210108面底板灰岩注浆加固工艺的探讨

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【摘要】新集二矿210108面底板灰岩水防治措施为“底板注浆加固”，为保证工作面底板注浆加固效果，开展了210108工作面底板加固注浆材料及配比选择试验，通过对不同注浆材料的注浆速率，泄压速率及总进浆量等参数定性分析，合理选择了210108工作面底板岩层注浆加固注浆材料及配比，为210108面安全、经济开采提供了技术保障。

【关键词】注浆材料；配比；定性分析

1 前言

210108工作面是新集二矿2101采区首采工作面，该面设计平均走向长1281.6m，平均倾向宽148m，工作面煤层倾角1～16°，平均8°，平均煤厚4.3m，可采储量117.5万t。

工作面布置机巷、风巷、切眼三条基本巷道；在工作面中部沿太原组1灰顶板施工一条专门截水巷及-650m1煤东翼截水巷；距1煤顶板13～38m布置一条走向高抽巷。

工作面距下伏1煤底板太原组灰岩平均间距18m，1煤底板太原灰岩水将是是工作面回采期间主要水害威胁。为确保210108工作面安全回采，新集二矿确立了“底板注浆加固”的总体防治水方案。即通过前期在-650m1煤东翼截水巷探放水钻场施工的注浆加固钻孔对底板隔水层进行注浆加固和对含水层（C33、C34）进行注浆改造，来增加工作面底板有效隔水层厚度，提高底板岩体整体强度，同时，对C33、C34灰岩构造发育带进行了注浆加固、充填。

2 注浆材料及配比选择依据

2.1 注浆材料选择的一般要求

（1）浆液粘度低、流动性好、可注性好，能够进入细小隙缝和粉细砂层；

（2）浆液无毒、无臭，对人体无害，属非易燃、易爆物品；

（3）浆液对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性，并且容易清洗；

（4）浆液固化时，无收缩现象，固化后有一定粘结性，能牢固地与岩石粘结 ；

（5）浆液结石率高，结石体有一定的抗压强度和抗拉强度，不龟裂，抗渗性好；

（6）结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀，并且不受温度影响；

（7）注浆后材料颗粒应有一定的细度，以满足注浆效果；

（8）浆液配制方便，操作容易掌握，原材料来源丰富，价格便宜，能够大规模使用。

2.2 注浆材料

根据注浆材料选择的一般要求，210108工作面底板注浆材料初步定为水泥、黄泥、粉煤灰。

2.3 配比选择依据

新集二矿本次注浆材料及配比选择试验主要以注浆效果为依据，以注浆速率，泄压速率及总进浆量为主要考察对象，来选择最佳注浆材料及配比。即般注浆速率v1、卸压速率v2越快，注浆越有效；水灰比h越高，注浆成效越好；总进浆量Q越大，试验结果越接近真实效果。由此可以假设一定性有效因子M，则第i组水灰配比有：

式中：v1为注浆速率， v2为卸压速率，Q为总进浆量，h为水灰比。

M值用以定性判断浆液效果，由定性公式可知其M值越小越有效。

3 试验方案

3.1 试验目的

由于新集二矿首次对1煤底板进行注浆加固，注浆材料及配比选择无具体经验参数，由于各地区水文地质条件相差较大，参考其他矿井经验参数存在较大误差，为确定新集二矿注浆加固的各类参数，在注浆加固工作开始前进行注浆材料的扩散半径监测试验。

3.2 试验钻孔布置

本次试验地点位于新集二矿-650m1煤东翼截水巷，该巷道掘进期间共施工24对钻场（分上下帮），每对钻场上下帮各施工2个注浆加固钻孔，本次试验选取每对钻场的上帮钻场进行试验，分别为2#、3#、4#、10#、11#和12#钻场，同时，根据以上钻场的现场试验情况，可在16#钻场的适当增加一组注浆材料试验。

3.3 注浆试验材料及配比选择

本次注浆试验分别选用水泥浆、水泥黄泥浆和水泥黄泥粉煤灰浆，材料配比分别选择为：水泥黄泥浆液配比配比采用3:1、2:1、1.5:1、1:1、0.75:1和0.6:1（水泥型号325#硅酸盐水泥）；水泥黄泥浆液配比采用5:1、4:1、3:1、2.5:1、2:1和1:1；水泥黄泥粉煤灰浆液配比采用5:1、4:1、3:1、2.5:1、2:1和1:1。

3.4 试验方案

（1）试验组别不少于6组；

（2）第一步，选择11#钻场的S21-1#孔进行注水泥浆配比试验，结束后，选择11#钻场S21-2#孔进行注水泥黄泥、水泥黄泥粉煤灰浆配比试验，然后按由浓到稀的水泥配比，一桶注浆一桶配浆的方法先后对11#钻场的S21-1#、S21-2#、ST11-3#钻孔进行连续注浆，直到水灰比3:1水泥浆注浆速率小于5L/min为止或观测孔出浆为止（10#钻场、12#钻场类比11#钻场步骤）。

（3）第二步，选择3#钻场的S5-1#孔进行注水泥浆配比试验，结束后，选择3#钻场的S5-2#钻孔进行注水泥黄泥、水泥黄泥粉煤灰浆配比试验。然后按由浓到稀的水泥配比，一桶注浆一桶配浆的方法先后对3#钻场的S5-1#、S5-2#、ST3-3#钻孔进行连续注浆，直到水灰比3:1水泥浆注浆速率小于5L/min为止或观测孔出浆为止，压力保持在8-10Mpa（2#钻场、4#钻场类比3#钻场步骤）。

（4）试验过程中，钻孔注浆压力均为孔口静水压的1.5倍，即8～10Mpa。

4 试验结果

（1）随着浆液浓度的提升，注浆速率呈现加速下降的趋势，转折点基本上在1:1与1.5:1之间（见图1）。

（2）从各个钻场计算出的M值可知，M值最小值基本在0.75:1与1.5:1之间（见图2）。

图1 注浆速率与浆液配比平均值曲线图图2M值与浆液配比平均值曲线图

（3）现场施工情况来看，加入黄泥和粉煤灰会加大工作量，而且黄泥的颗粒大小难以掌控，很难溶于水，几乎都沉淀形成块体，很容易打坏注浆机，故黄泥不考虑进入注浆材料中；而水泥强度较黄泥河粉煤灰高，当水泥充填进裂隙中所形成的整体结构强度大，对再造隔水关键层效果较粉煤灰和黄泥的好。

通过以上分析，210108工作面底板灰岩注浆材料选择为325#普通硅酸盐水泥，浆液浓度选择水灰比配比为1:1，注浆方法可先稀后浓，然后再由浓到稀的步骤进行注浆。

5 效果评价

5.1 注浆工程量

根据以上试验结果，210108工作面底板注浆加固工作从8月17日正式开始，采取由里到外的顺序逐个钻场进行注浆的方式，至9月14日结束，钻孔注浆累计184个，注入1：1浓度水泥浆248.449m3，注入水泥221.312t。

5.2 物探验证

210108工作面注浆加固工作结束后，针对注浆前物探富水异常区及构造发育区段进行探测，通过注浆加固前后效果对比，注浆前物探富水异常区及构造发育区段阻值明显升高，富水异常区消失，说明工作面注浆加固效果明显。

5.3 钻探验证

210108工作面底板注浆加固工作结束后，根据分析注浆后浆液的扩散规律在浆液没有扩散到的区域和注浆后在物探中探测出电阻率相对较低的区域，采用钻探方法进行验证，工作面共施工效果检验钻孔共计施工22个（占注浆钻孔 14%），除JY24-1#孔出水量约0.5m3/h，JY24-2#出现滴水现象之外，其余钻孔均未出水，同时针对效果检验钻孔JY24-1#、JY24-2#孔施工过程中少量出水，对24#钻场区域进行了补充注浆，补充注浆后施工了JY24-3#、JY24-4#，钻孔施工过程中水量小于1m3/h。注浆效果明显。

6 结束语

通过开展注浆材料及配比选择试验，对各种注浆材料的注浆速率，泄压速率及总进浆量等参数定性分析，优化选择了普通硅酸盐水泥为注浆材料，且最佳水灰比配比为1:1，保证了210108工作面底板注浆加固效果，确保新集二矿1煤首采面的安全、经济开采，为新集二矿1煤安全、经济开采提供了技术依据和实践经验。

参考文献：

[1]彭振武.注浆工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.

[2]王国际.注浆技术理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.

[3]赵全福,等.中国煤矿防治水技术汇编[M].北京:煤炭工业出版社,1998.