地面注浆站在治理煤层底板灰岩承压水的应用

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摘要：本文介绍了地面建立注浆站对矿井水害治理进行注浆的优点，并通过对底板注浆的实际案例分析，得到了注浆过程中的一些常见问题及解决方法，证明建立地面注浆站在治理矿井水害中具有广泛的推广应用前景。

关键词：注浆 灰岩承压水

淮北矿区10（6）煤层底板富含岩溶承压水，开采过程中不同程度地受到岩溶承压水的威胁。治理方法主要采用“深降强排”和“带压开采”两种方法，目前“深降强排”已不能满足安全生产要求，而且破坏水资源；“带压开采”关键是提高隔水层的隔水能力，才能确保安全开采。注浆加固改造含水层为隔水层，是通过地质体注浆改造技术，提高隔水层的阻水能力。针对祁南煤矿10煤层开采受到底板太灰水的直接威胁，结合本地区成功的防治水实践，建设注浆站对煤层底板灰岩含水层进行注浆充填改造，并对煤层底板进行注浆加固。在考察研究兄弟矿区地面注浆站建设的基础上，2011年5月建成了注浆站和井上下注浆系统。

1.国内煤矿地面注浆站的发展现状

我国地面注浆站的应用最早源于20世纪50年代水电行业的大坝基岩注浆。当时的杭州钻探机械制造厂是水电行业最早生产注浆站设备的厂家。在大坝注浆取得成功，获取大量的科学数据后，得到广泛推广和应用。国内地面注浆站按制浆方法划分，经历了低速搅拌制浆、射流法制浆和高速涡流技术制浆的三个阶段。按照制浆核心技术及自动化控制程度划分，可分为三代：第一代为人工上料搅拌制浆（简称为第一代注浆站），第二代为计量螺旋控制水泥上料射流法制浆（简称为第二代注浆站），第三代为水、粘土浆（或粘土精浆）、水泥、粉煤灰均采用称重计量，采用高速涡流技术制浆（简称为第三代注浆站）。

煤炭行业地面建注浆站最早应用于注浆堵水。自20世纪80年代末肥城矿区采用落后的射流法技术建站制浆应用于底板注浆改造技术以来，到2007年杭钻成套的高速涡流制浆法自动化注浆站在煤矿得到应用，经过近30年的发展和完善，浆液材料由原来的水泥浆、粘土水泥浆，到现在的粉煤灰水泥浆被广泛应用。目前国内矿山均采用地面注浆站进行大型注浆。国内地面注浆站按制浆核心技术及自动化控制程度划分已有三代。第三代注浆站最为先进。现已在焦作矿区（赵固一矿、二矿）、永夏矿区（神火集团薛湖矿、新庄矿、葛店矿）、义马煤业集团（新安煤矿、义安矿、孟津煤矿）、禹州矿区等得到成功应用。

2.防治水注浆站系统构成

2.1土建工程

根据井下采掘接替的考虑，注浆站选择在中央风井附近建立。按照结构紧凑、布局合理、施工操作方便的原则，建造储料棚、粗浆池、精浆池、储浆池、散装水泥罐平台、控制室、办公室、化验室、仓库等。

2.2造浆系统

祁南煤矿造浆系统为1套粘土制浆系统+1套水泥粉煤灰+1套水泥制浆系统。粘土造浆系统：是把粗粘土制成合格的粘土浆。由上料皮带输送机、高位水池、粘土制浆机、一级振动除砂机、粗浆池、液下多用泵、二级振动除砂机、搅拌机、精浆池等组成。其作用是把粘土经过粉碎搅拌除砂后制成合乎要求的粘土浆。核心设备是NJ系列粘土制浆机和ZDS系列振动除砂机。

水泥造浆系统或粘土水泥造浆系统：是把水或1.12的粘土浆与水泥分别称重后经高速制浆机（ZJ-2000高速制浆机、NJ-20/40粘土制浆机）制成高质量浆液。由制浆控制系统控制，把精浆池中的粘土浆、水、水泥罐中的干料称重计量后，经高速制浆机（这是目前最先进的水泥及粉煤灰制浆设备）制成高质量单液浆或混合浆，进入吸浆池储浆。该系统把粘土浆、水泥制成合乎要求的粘土水泥精浆或把水泥制成高质量的单液水泥浆。

2.3送浆及浆液计量

由高压水泥浆柱塞泵、压力表、电磁流量计、在线密度计、注浆管路、送料孔、井下注浆管路、注浆孔等组成。

电磁流量计：用于时时测量注浆量，安装在注浆泵后、下料孔前。

三参数在线记录仪：选用杭钻的在线分析记录仪，实现比重、流量、压力、液位实时测量。

注浆管路：根据目前选用的注浆泵量，防治水注浆系统采用2趟管路系统，注浆站到风井口使用Φ60mm的注浆管路，井筒内使用Φ89mm的管路，井底到到注浆工作面使用Φ60mm的注浆管路。拐弯的地方使用钢丝高压胶管连接。

2.4供水系统

包括：水源井、水泵、高位储水池、清水池、水管等，确保注浆站连续造浆、注浆用水。

2.5供电系统

根据注浆站配备的设备最大功率考虑供电线路及配电设施。实现双回路供电，380V三相四线制。

3.地面注浆站在煤层底板灰岩水注浆加固治理运用案例

3.1首采面1021工作面的注浆工程

祁南煤矿地质构造复杂，水文地质条件为中等~复杂类型。102采区为矿井的首采区主采10煤层，地质构造较复杂，采区内有发育四条倾向断层（落差均大于30m）将采区划分三个可采块段，造成10煤层局部与灰岩对接。根据祁南煤矿101、102采区《开采底板灰岩水防治关键技术研究》及《101、102采区施工的太灰综合勘探》的相关资料表明，102采区灰岩水赋存特点为高水压，贫富水且不均一。由于10煤层的回采前必须进行灰岩水害治理，102采区的首采面1021工作面回采前进行了防治水工程设计，先物探探查工作面底板富水异常区，然后针对异常区设计注浆钻孔进行底板加固。工作面共设计了28个钻孔，终孔在二灰底板，钻孔单孔出水量为2.1m3/h～22.5m3/h，单孔正常出水量在4m3/h左右，对28个钻孔其中的23个钻孔利用地面注浆站进行了注浆。

3.2注浆过程中存在的几个问题及解决办法

由于初次使用地面注浆站注浆，以及长距离高压注浆，在实际注浆过程中出现了不少问题。

①人员配备和操作技能欠缺：注浆初期由于新井人员少配备人员不足且对设备的操作不熟练，造成注浆程序不规范、注浆压力控制不准、注浆管路巡查不到位，跑浆、堵管路等问题。解决办法：从防突区抽调人员补充，另外从集团公司朱庄煤矿请来地面注浆站的熟练师傅来指导和培训，理顺注浆程序，严格按规程操作，井上下注浆时均观测注浆压力，井下管路安排专人巡查，注浆停止时对管路进行不低于2个小时的清水冲刷等措施，使注浆工作得以顺利进行。

②每个注浆钻孔终孔后，进行一次注浆，由于煤层底板岩层裂隙发育，加上注浆过程中压水试验以及注浆压力没有控制好，压力较大破坏了底板岩石的完整性，注浆过程中造成巷道和切眼局部地段底板跑浆严重。针对其问题采取了对施工好的钻孔注浆时在孔口加麻绳、锯未等材料充填裂隙，具有一定的较果；另外对没施工的钻孔采取：钻孔分段施工分次注浆，先施工砂岩段对其先注浆，后施工灰岩段进行注浆。效果较为显著，作为主要解决问题的手段。

4.结束语

建立地面注浆站对10煤底板灰岩承压水进行注浆治理后，从目前的应用来看，取得了很好的效果。由于它的连续性，方便造浆和大量注浆，与在传统的井下注浆相比，运料方便、快捷，节省了大量的人力、物力，井下需求人员减少，增加了人员的安全系数，有着无可替代的优越性和可靠性。在治理矿井水害中具有广泛的推广应用前景。