常建軍

（山西寧武大運(yùn)華盛老窯溝煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

注漿技術(shù)對(duì)于煤炭底板水害的防治工作具有顯著的保障作用，可有效提高煤礦對(duì)不利地質(zhì)構(gòu)造所引起的冒頂和突水事故。而注漿泵的選擇、注漿量的計(jì)算和選用是注漿技術(shù)的關(guān)鍵[1-2]。通過注漿泵的注漿封堵可以有效填充煤巷裂隙，對(duì)隔水層進(jìn)行保護(hù)，增加隔水層厚度和煤層抗壓強(qiáng)度，從而提高煤炭生產(chǎn)的安全性。但由于注漿系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要?jiǎng)佑幂^大的人力和物力，所以在施工初期需要對(duì)注漿設(shè)備的注漿能力、注漿位置、注漿量的大小進(jìn)行計(jì)算。

1 老窯溝煤礦工作面概況

老窯溝煤礦井田內(nèi)奧灰水位較高，導(dǎo)致2、5 號(hào)煤層部分區(qū)域處于帶壓開采區(qū)，因此在進(jìn)行采掘活動(dòng)之前，需要在井下建造臨時(shí)注漿系統(tǒng)，對(duì)鉆探探查到的斷層、裂隙密集帶等導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行注漿治理。本次工程的主要目的在于加固502 機(jī)軌合一下山底板隔水層薄弱帶，預(yù)加固頂板破碎帶，預(yù)防回采中發(fā)生奧灰水突出，為礦井安全提供保障。

2 注漿泵的選擇

以往老窯溝煤礦所采用的注漿泵為330 型隔爆注漿泵，在使用過程中具有操作簡單、注漿均勻的優(yōu)點(diǎn)，但由于該設(shè)備整機(jī)故障率較高，存在變速箱、花鍵套、封圈閥門等零部件容易損壞的特點(diǎn)，注漿過程中經(jīng)常需要對(duì)密封圈進(jìn)行更換，難以保持注漿作業(yè)得到穩(wěn)定進(jìn)行，維護(hù)工作量大。并且該設(shè)備體積較大，搬運(yùn)需要較多的人力和物力，無形中增加了井下人員的作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

因此，老窯溝煤礦選擇2ZGZ-120/105 型高壓注漿泵作為本次注漿的主要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)見圖1，主要包括變速把手、離合器把手、排漿接頭、安全閥等零部件。該泵壓力可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)的雙重設(shè)置，利用不同壓力的轉(zhuǎn)換使?jié){體凝固，將水泥漿輸送至煤巖層，通過對(duì)頂?shù)装辶严逗突規(guī)r裂隙的滲透達(dá)到加固煤層、增加隔水層厚度的的作用。該注漿泵為高壓泵，為便于零部件的清洗和更換，油（漿）缸內(nèi)的柱塞、柱塞密封圈、柱塞桿等都采用可拆卸式連接而成。另外，對(duì)設(shè)備提高了抗震、抗沖的保護(hù)，壓力表可實(shí)時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)設(shè)備體積較小，設(shè)備底部采用輪式設(shè)計(jì)，搬運(yùn)安全、輕便，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 2ZGZ-120/105 型高壓注漿泵結(jié)構(gòu)示意圖

3 導(dǎo)水通道的注漿封堵

老窯溝礦在礦井生產(chǎn)時(shí)，將對(duì)導(dǎo)水裂隙、構(gòu)造和導(dǎo)水舊鉆孔采用2ZGZ-120/105 型高壓注漿泵進(jìn)行注漿堵水。根據(jù)探查資料顯示，目前地質(zhì)構(gòu)造以斷層為主，因此，本次封堵方案將以斷層的突水封堵為主。對(duì)斷層突水的注漿方法主要有兩種：對(duì)導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造區(qū)域進(jìn)行封堵，將鉆孔打至斷裂構(gòu)造導(dǎo)水通道帶，然后進(jìn)行注漿[3]；對(duì)揭露斷層巷道進(jìn)行封堵，此方法主要適用于當(dāng)突水?dāng)嗔褬?gòu)造發(fā)育地點(diǎn)不明確時(shí)，先通過往巷道中填充砂石，然后再注漿加固，從而起到隔離突水點(diǎn)的作用[4]。

3.1 鉆場及鉆孔的布設(shè)

鉆場采用錨噴聯(lián)合支護(hù)，其施工地點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在巖體的完整區(qū)域，為便于排水，鉆場底部至少應(yīng)與巷道底部水平甚至高出。漿液的擴(kuò)散半徑是決定鉆孔布置的主要原因，根據(jù)老窯溝礦以往經(jīng)驗(yàn)，決定設(shè)定漿液擴(kuò)散半徑為25 m，即注漿加固與改造范圍內(nèi)鉆孔終孔位置的間距需在50 m 以內(nèi)，見下頁圖2。

圖2 導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造封堵施工示意圖

3.2 注漿站工作方案的制訂

老窯溝礦本次注漿將主要圍繞502 機(jī)軌合一下山底板隔水層薄弱帶進(jìn)行加固。

3.2.1 注漿流程

將吸漿管和吸水管擰緊牢固后分別置入水泥漿和水儲(chǔ)漿桶內(nèi)，按照產(chǎn)品比例進(jìn)行漿液的調(diào)配，一般情況可用單液水泥漿進(jìn)行澆筑，當(dāng)遇到大量擴(kuò)散時(shí)采用水泥+水玻璃雙液漿交替灌注[5-6]。

注漿方法采用分段下行式注漿法，孔口止?jié){的方式，注漿過程可以按實(shí)際情況連續(xù)與間歇相結(jié)合。注漿中需注意：注漿作業(yè)前利用高壓清水將裂隙貫通，使裂隙處于較高的可注性，并通過注水測(cè)定鉆孔內(nèi)的水壓、涌水量和漿體配比參數(shù)；漿體配比完成后，再通過注漿泵注入。在此過程中，將對(duì)壓力表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，直到注漿結(jié)束后在關(guān)閉進(jìn)漿閥門打開泄?jié){閥；注漿完畢后，需用清水對(duì)注漿管路進(jìn)行沖洗，待鉆孔穩(wěn)定后再進(jìn)行注漿系統(tǒng)的拆除工作，沒有破損的水泥漿管和吸水玻璃管需及時(shí)回收并做好標(biāo)記，防止混用[7-8]。

3.2.2 注漿管路

注漿管路為6.67 cm（2 寸）不銹鋼注漿管兩趟，通過高壓法蘭盤連接，單趟管路長400 m。

3.2.3 注漿材料

注漿的原材料以水泥、水、早強(qiáng)劑、三乙醇胺、水玻璃風(fēng)成分，水泥漿選用不易受潮的硅酸鹽水泥，水質(zhì)中ω（SO2）的含量應(yīng)<1%，pH 值>4。經(jīng)過配比后的水泥單液漿主要用于裂隙、小型巖溶且鉆孔水量小于50 m3/h 的受注層段，水灰比控制在1∶（1～3）之間，大水鉆孔后期階段也可部分采用。

3.2.4 注漿總壓

注漿壓力的高低直接決定了注漿液的擴(kuò)散距離和有效充填范圍，若壓力設(shè)定過低，會(huì)致使?jié){液漏注，無法達(dá)到既定的擴(kuò)散區(qū)域；壓力設(shè)定，過高則有可能對(duì)漿液產(chǎn)生較大的沖擊，擴(kuò)散至其他裂隙通道，產(chǎn)生新的裂隙。通常而言，注漿總壓由孔內(nèi)漿柱自重壓力和注漿泵所產(chǎn)生的壓力相加而成，根據(jù)老窯溝礦以往注漿經(jīng)驗(yàn)，注漿總壓應(yīng)大于受注含水層最大靜水壓力的3 倍以上，設(shè)計(jì)設(shè)定為3.5~6 MPa。

3.2.5 單孔注漿效果

在鉆孔注漿結(jié)束后，對(duì)注漿效果進(jìn)行檢測(cè)，通常選用壓水進(jìn)行試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)通過在鉆孔內(nèi)高壓注水進(jìn)行的巖體原位的滲透作用，從而測(cè)定2、5 號(hào)煤底板巖石的透水率。最后根據(jù)巖石的滲透性對(duì)注漿效果進(jìn)行定型的分析，如果發(fā)現(xiàn)裂隙發(fā)育水量較大時(shí)要進(jìn)行補(bǔ)注漿作業(yè)。

3.3 注漿量

本工程注漿總量84.5 t，注漿孔口壓力介于3.5~6 MPa，各個(gè)鉆孔注漿量見表1。根據(jù)鉆探信息分析，注漿量大小與孔口壓力沒有明顯的相關(guān)性。鉆孔主要揭露巖性以泥巖、煤為主，少量砂巖，涌水點(diǎn)主要發(fā)生在砂巖段，薄層砂巖裂隙發(fā)育弱，且上下有泥巖隔水層，垂向水力聯(lián)系弱，故鉆孔吃漿量一般不大，局部受構(gòu)造影響的破碎帶，鉆孔注漿量較大[9]。

表1 單孔注漿量統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

2ZGZ-120/105 型高壓注漿泵是一種搬運(yùn)方便、結(jié)構(gòu)操作簡單的礦用注漿設(shè)備。對(duì)于老窯溝礦2、5 號(hào)煤層開采無法避開的導(dǎo)水通道，采用水泥注漿封堵的方法進(jìn)行防治。502 機(jī)軌合一下山底板隔水層薄弱帶注漿工程共計(jì)注漿84.5 t，減輕了排水負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了隔水層厚度的增加，并較之前的設(shè)備減少了人力和物力的浪費(fèi)。