殷峰

摘 要：煤炭行業(yè)是國(guó)家的重點(diǎn)行業(yè)，它的存在能夠帶動(dòng)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，能夠?yàn)閺V大群眾的生活創(chuàng)造便利。然而在開(kāi)采煤礦的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，其中煤層地板突水是最為常見(jiàn)的一種問(wèn)題，也是影響很嚴(yán)重的一類災(zāi)害。因此，作為煤炭單位一定要高度關(guān)注該問(wèn)題，制定合理的應(yīng)對(duì)策略和方法，其中最常用的是底板注漿法。具體來(lái)講是運(yùn)用定向孔朝底板處灌注漿液，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)加固的目的。文章具體地分析了注漿相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：煤層底板；超前注漿加固；定向孔；注漿工藝技術(shù)

中圖分類號(hào)：F416.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0162-02

眾所周知，注漿技術(shù)的應(yīng)用性非常強(qiáng)，而且它的使用區(qū)間非常廣。它的工作原理是將借助壓力將制作好的漿液灌注到巖體的縫隙之中，進(jìn)而經(jīng)由脫水以及固結(jié)等使得巖體變成新的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，而且具有較好的防滲能力。目前我們國(guó)家的煤礦企業(yè)在治理底板水害問(wèn)題的時(shí)候一般使用這種方法。許多企業(yè)在工作中一般使用普通鉆孔來(lái)加固底板，這就使得加固的工程量非常大，因此我們只能將巷道挖掘好以后才可以處理，不但增加了工作的難度，而且還有潛在的盲區(qū)。對(duì)于這種問(wèn)題，需要將定向孔鉆進(jìn)技術(shù)引入到煤礦井下，利用定向孔實(shí)現(xiàn)煤層底板的超前注漿加固。由于定向孔在底板的空間軌跡及鉆孔深度等多個(gè)方面均與常規(guī)鉆孔有較大的區(qū)別，因此，需要針對(duì)性地對(duì)其注漿技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1 注漿設(shè)計(jì)原則

通過(guò)開(kāi)展注漿工作可以降低鉆孔工作量，提升灌注的效益，便于場(chǎng)地施工工作的開(kāi)展。具體來(lái)講，在開(kāi)展注漿設(shè)計(jì)工作的時(shí)候一定要認(rèn)真遵守如下的原則內(nèi)容。

第一，要確保布孔一致。一般的鉆孔為雨傘狀的，但是定向孔卻是平行存在的單排孔，因此在鉆孔的時(shí)候一定要確保其均勻一致。第二，要確保施工不受干擾。因?yàn)楣こ趟璧你@孔要在一個(gè)統(tǒng)一的鉆場(chǎng)實(shí)施，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要確保它們彼此不會(huì)影響。第三，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不能夠只是考慮經(jīng)濟(jì)性，還要分析其是否可行。第四，我們之所以注漿，其目的有二，第一是為了堵住漏水的孔隙，第二是為了加固，所以要選擇正確的材料。第五，一定要考慮到各種潛在的危險(xiǎn)，將問(wèn)題控制在發(fā)生之前。

2 注漿層位與注漿材料

2.1 注漿層位與加固半徑

煤層底板超前注漿加固定向鉆孔布孔層位在確定的時(shí)候必須考慮如下幾點(diǎn)內(nèi)容。第一，要將鉆孔選擇在水分含量較高或是縫隙較多的區(qū)域之中。第二，要確保目標(biāo)層位和煤層之間的距離恰當(dāng)，不能太大或是太小了。因?yàn)樘蟮脑捑蜁?huì)導(dǎo)致鉆孔工作的難度增加，如果太小的話就無(wú)法發(fā)揮施工的目的，不能夠加固隔水層了，更加不能夠確保施工安全，導(dǎo)致問(wèn)題頻繁出現(xiàn)。第三，要確保目標(biāo)才能到硬度符合規(guī)定，而且要保證地層平穩(wěn)，最好不要在較硬的地層中實(shí)施，以免增加施工的難度，導(dǎo)致效率不高。

通過(guò)以上的敘述我們可知，在布局孔位的時(shí)候一定要結(jié)合底板的具體情況來(lái)定。

2.2 注漿孔間距

底板超前注漿加固定向孔間距可依據(jù)單孔注漿擴(kuò)散范圍確定，一般單孔注漿擴(kuò)散范圍為25～30m，在設(shè)計(jì)定向孔時(shí)，鉆孔間距應(yīng)定在 50～60m。

2.3 注漿材料

因?yàn)槊壕男再|(zhì)較為獨(dú)特，因此在注漿施工的時(shí)候一定要確保使用的注漿材料性能優(yōu)越。具體來(lái)講要確保其有如下的性能。第一，要確保固結(jié)體有強(qiáng)大的抗?jié)B能力，而且它的持久性要好，不會(huì)受環(huán)境的干擾。第二，要確保漿液的固化時(shí)間可變化，而且要保證強(qiáng)度高。第三，要保證漿液不存在毒副作用，不會(huì)影響到生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還要確保工藝難度指數(shù)低。第四，保證材料的來(lái)源有保證，便于輸送存放。第五，規(guī)定漿液有良好的抗液化水平，就算是遇到地震的話也不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

對(duì)于普通的鉆孔來(lái)講，其注漿用到的材料主要是水泥以及煤灰和黏土水泥等。對(duì)于定向孔來(lái)講，由于其注漿量非常大，而且還需要分次透孔，因此很多的常見(jiàn)材料都無(wú)法被用到施工之中。在對(duì)地層開(kāi)展堵水改造工作的時(shí)候，黏土泥漿憑借它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被大量運(yùn)用，具體來(lái)講它的優(yōu)點(diǎn)是堵水性能非常好，而且強(qiáng)度高，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，項(xiàng)目所需的成本少，耗時(shí)短等。如果遇到出水情況較為嚴(yán)重的地段，必須增加材料的使用量，以此實(shí)現(xiàn)良好的加固效益。

3 注漿工藝

3.1 注漿方式及工藝流程

顧名思義，注漿方式講的是施工時(shí)候使用的方法，目前煤礦井下常規(guī)鉆孔均采用全孔一次性注漿。不過(guò)因?yàn)槎ㄏ蚩椎纳疃容^深，如果使用全孔注漿的話，其段落長(zhǎng)度非常長(zhǎng)，構(gòu)造差異明顯，因此會(huì)導(dǎo)致注漿的效果不是很好，長(zhǎng)距離注漿時(shí)大裂隙較多，漿液將首先順巖層交界面填充，然后沿空隙較大的部位滲透。在空隙較小的部位滲透能力小，因此注漿的帷幕是不連續(xù)的，這就會(huì)使得效果大打折扣。所以，如果使用定向孔的話，一定不能夠采取全孔形式，而要采取分段法。前進(jìn)式分段注漿是指采用鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，也就是說(shuō)在工作的時(shí)候，鉆一段之后立即注漿，然后停止再次鉆孔，然后再次注漿，不斷交替。

3.2 注漿順序

單個(gè)定向孔采用前進(jìn)式分段注漿方式進(jìn)行注漿，而多個(gè)定向孔組成的集束型定向孔群更要合理設(shè)計(jì)鉆孔的注漿順序，只有確定好注漿的順序，才可以確保工作開(kāi)展順利。

（1）從外向里

依據(jù)約束發(fā)展思想，先處理外側(cè)的孔，然后再朝內(nèi)部孔注漿，這樣做的目的是確保漿液逐漸壓密進(jìn)而起到加固的作用。

（2）跳孔注漿

在具體的注漿的時(shí)候，因?yàn)闀?huì)受到前面孔隙的干擾，后續(xù)的孔隙會(huì)因?yàn)閴毫^(guò)高或是別的一些干擾要素的存在而出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，漿液量也會(huì)變少。所以，在具體的注漿的時(shí)候可以使用跳孔法，以此來(lái)確保漿液被壓實(shí)，確保注漿工作持續(xù)。同時(shí)使用該方法還能夠防止臨近的鉆孔工作互相干擾，確保施工的安全性。

（3）相鄰孔錯(cuò)位注漿

當(dāng)必須對(duì)相鄰定向孔同時(shí)進(jìn)行注漿或鉆進(jìn)等施工時(shí)，必須對(duì)其錯(cuò)位施工，相鄰定向孔注漿或鉆進(jìn)段落應(yīng)至少間隔一個(gè)注漿段，比如A鉆孔進(jìn)行第N段注漿時(shí)，相鄰B鉆孔不能對(duì)N-1至N+1段進(jìn)行注漿或定向鉆進(jìn)，其目的是為了防止竄漿，干擾施工工作的開(kāi)展。

3.3 注漿參數(shù)

3.3.1 注漿段落長(zhǎng)度

采用前進(jìn)式分段注漿方式進(jìn)行注漿時(shí)，一定要確保段落的長(zhǎng)度符合規(guī)定。所謂的長(zhǎng)度具體來(lái)說(shuō)指的是注漿的豎向范圍。其和所在區(qū)域的地質(zhì)狀態(tài)以及使用的工藝有很大的關(guān)系。對(duì)于那些地質(zhì)狀況不是很好的區(qū)域，由于其注漿效果容易被干擾，所以要合理縮短其長(zhǎng)度。如果鉆孔的間距非常長(zhǎng)的話，巖粉不能夠被排出，工作效率不高，會(huì)干擾到注漿工作，所以此時(shí)最好將段落縮短一些。通過(guò)很多的實(shí)際案例我們發(fā)現(xiàn)，注漿存在“契形效應(yīng)”，也即是說(shuō)越是向前灌注，漿液越是不容易擴(kuò)散，進(jìn)而使得效果變差，所以要合理確定灌注的段落。

3.3.2 注漿速度

在確定速度的時(shí)候一定要認(rèn)真考慮使用的材料的類型以及設(shè)備的特征和項(xiàng)目的時(shí)間規(guī)定等。對(duì)于定向孔進(jìn)行煤層底板注漿時(shí)注漿速度建議控制在6～10m3/h。

3.3.3 漿液的體積質(zhì)量

黏土漿體積質(zhì)量穩(wěn)定在1.12t/m3左右，按照先稀后濃的原則，分檔控制。根據(jù)定向孔注漿特點(diǎn)選擇采用黏土水泥漿，黏土水泥漿具有很好的可注性。黏土水泥漿體積質(zhì)量應(yīng)根據(jù)漿液滲透性、黏度和結(jié)石率等重要性能指標(biāo)確定。

3.3.4 注漿結(jié)束控制標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)泥漿的壓力變大的時(shí)候，其擴(kuò)散范圍相應(yīng)的就會(huì)變大，此時(shí)填充的縫隙就更加的飽和，強(qiáng)度也相應(yīng)的要高很多，不過(guò)如果壓力大于設(shè)定值的話，就會(huì)導(dǎo)致跑漿現(xiàn)象，所以要明確注漿標(biāo)準(zhǔn)。使用正確的定壓措施，具體的壓力要依據(jù)孔口的壓力而定。如果中途發(fā)生了漏漿或是鼓底等現(xiàn)象的話要停止活動(dòng)，除此情況之外只要沒(méi)有達(dá)到注漿規(guī)定就不可以停止。

4 注漿方法

因?yàn)槊壕幵诘叵?，其空間較窄，定向孔所需的漿液較多，所以普通的鉆孔工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)較好的意義，此時(shí)只能使用地面注漿法，顧名思義就是在地面造漿，然后使用專門的管線輸送，借助注漿孔朝著孔隙之中注入漿液。注漿之前要測(cè)試管線的抗壓水平，只有測(cè)試達(dá)標(biāo)之后才可以開(kāi)展后續(xù)工作。

5 注漿效果檢查與評(píng)價(jià)

5.1 檢驗(yàn)孔評(píng)價(jià)

根據(jù)定向孔出水量、裂隙發(fā)育情況，有針對(duì)性布置檢查孔，檢查孔的布置要重點(diǎn)考慮構(gòu)造復(fù)雜地段、注漿質(zhì)量相對(duì)較弱的地段。若檢查孔涌水量大于規(guī)定值，則需鉆進(jìn)常規(guī)鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿，直到檢查孔水量小于規(guī)定值。

5.2 物探檢查

在開(kāi)展改造工作之前的時(shí)候要做好物探活動(dòng)，有目的的布局，注漿以后再比對(duì)物探，只有這樣才能夠得知改造的是否到位。

5.3 注漿量評(píng)價(jià)

根據(jù)注漿量與周圍工作面注漿情況對(duì)比，判斷定向孔注漿加固效果。

5.4 施工評(píng)價(jià)

根據(jù)工作面巷道掘進(jìn)和回采出水量等施工情況對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用定向孔對(duì)工作面底板進(jìn)行超前注漿加固是一種先進(jìn)的煤層底板水害防治辦法。文章具體論述了其特征，并且深入分析了注漿工藝，我們期待在廣大工作者的共同努力之下，我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)會(huì)越來(lái)越發(fā)達(dá)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫恒，彭峰.分段前進(jìn)式超前深孔注漿地層預(yù)加固技術(shù)[J].市政技術(shù)，2008，26（6）：483-486.

[2]呂彪.高水位異常區(qū)綜采工作面綜合防治水技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2013，41（4）：40-45.

[3]王希良，張書國(guó)，李水祥.基于巖體阻水能力測(cè)試的煤層底板突水評(píng)價(jià)方法[J].煤田地質(zhì)與勘探，2012，40（1）：38-42.

[4]翟培合，肖艷麗，施龍青，等.基于matlab的煤層底板突水預(yù)測(cè)系統(tǒng)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2012，40（3）：40-43.

[5]張民慶，彭峰.地下工程注漿工藝技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，2008.