一种奥灰顶部注浆加固工作面底板的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于矿井奥灰含水层注浆改造技术领域，涉及一种奥灰顶部注浆改造工作 面底板的工艺，特别是一种奥灰顶部注浆加固工作面底板的方法。
【背景技术】：
[0002] 随着近年来华北型煤田开采深度的增加，矿山压力、奥灰含水层的水压也在显著 增加，奥灰突水系数已超过临界值，奥灰直接突水的威胁愈来愈大，奥灰突水的危害单纯靠 预防不能确保安全，必须开展对奥灰积极治理技术的研宄，才能确保深部矿井受奥灰水威 胁煤炭储量的安全开采。
[0003] 针对煤矿底板岩溶水的治理主要经历以下发展过程：（1)煤田大规模工业放水试 验技术，以肥城煤田为代表，先后分两期在煤田东、西部矿区实施了多矿井地面与井下联合 进行的大规模工业放水试验和综合勘探试验，为矿井的水文地质条件划分提供了依据。经 过放水实验研宄查明区域性水文地质条件；(2)矿区薄层灰岩注浆改造技术，薄层灰岩注 浆技术是从地面打孔，地面注水泥浆开始的，再到井下打孔，井下注水泥浆，最后发展到井 下打孔，地面注粘土水泥浆的过程，实现了矿井水以预防为主到积极治理的跨越发展，该技 术在华北型煤田得到了推广和应用；（3)突水机理研宄研宄，以《薄隔水层底板突水机理及 预测》为代表的底板突水机理的研宄。"以岩移运动为中心的"实用矿山理论出发，深入研 宄采场断层在矿山压力作用下活化机理；提出了开采煤层底板"下四带"划分理论，分析煤 层底板隔水层原始导高形成机制，提出岩石的应力溶蚀机理；根据采场底板应力分布特征， 研宄岩石裂隙对底板高峰应力传播角的影响；提出了突水概率指数法预测底板突水的新方 法，开发了底板突水预测预报应用软件；(4)奥灰顶部注浆改造技术探索阶段，在薄层灰岩 注浆改造技术基础上，结合深部奥灰高水压、岩溶裂隙发育不均一性等特征，通过现场试验 与理论研宄结合，探索性对奥灰顶部进行注浆改造工作面底板。
[0004] 目前，"五灰以治为主，奥灰以防为主"的防治水指导思想已不能够满足矿区深部 安全生产的需要，必须对奥灰进行主动治理。因此，寻求一种基于奥灰顶部注浆技术加固工 作面底板的方法，在矿区深部严重受奥灰水威胁实际情况下，在国内外防治水研宄成果基 础上，尤其在薄层灰岩注浆改造经验基础上，通过多年的实践探索，理论联系实践，形成奥 灰顶部注浆改造工作面底板的方法，利用该方法能够及时划分受奥灰水威胁区域，确定奥 灰顶部注浆厚度，通过一系列注浆改造工作面底板工作环节，最终保证受奥灰水威胁工作 面安全开采，提高资源枯竭矿井的产量，延长矿井服务年限。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种基于奥灰顶部注 浆技术加固工作面底板的方法，首先在分析奥灰顶部注浆可行性基础上，分析下组煤受奥 灰水威胁工作面，确定奥灰顶部注浆改造工作面底板区域；从突水系数出发，确定奥灰顶部 注浆深度，并分析下组煤层奥灰顶部注浆情况，对各煤层注浆改造工作做出具体要求；然后 采用注浆斜孔三级套管的设计，在工作面上均匀布置钻孔的原则，确保奥灰顶部含水层注 浆有效性和针对性；最后采用先进的注浆改造工艺及多种方法联合评价注浆效果等一系列 工作，以保证奥灰顶部注浆加固工作面底板的质量问题，确保工作面能安全回采。
[0006] 为了实现上述目的，本发明具体包括以下步骤：
[0007] (1)、分析奥灰顶部注浆的可行性：奥灰含水层是具有层控性、构控性和韵律性的 多层段含水层，各含水层段具有相对独立性和相互联系性；其中奥灰顶部上段〇~20m为相 对弱含水层段，其中0~IOm范围为相对隔水层段，形成奥灰顶部注浆改造所需的盖层；奥 灰顶部中段20~40m是相对强含水层段，为奥灰顶部注浆改造的目的层段；奥灰顶部下段 40~150m是厚度为90m的相对弱含水层段，为奥灰顶部注浆改造目的层段所需的底层；
[0008] (2)、确定奥灰顶部注浆加固工作面底板的区域：对具备下列条件之一的工作面底 板进行改造：(a)根据《煤矿防治水规定》：底板受构造破坏地段工作面奥灰突水系数超过 0. 06MPa/m，正常地段工作面奥灰突水系数超过0.1 MPa/m ; (b)工作面奥灰突水系数不超过 《煤矿防治水规定》，但处于富水区和强迳流带内，综合分析有奥灰突水危险的；（c)通过现 有的物探、钻探、巷探或抽/放水试验，检测到工作面底板存在构造破碎带、导水裂缝带、隔 水层变薄带、陷落柱、奥灰水补给薄层灰岩的垂向通道异常带，底板隔水层不能抵抗薄层灰 岩和奥灰含水层的实际水压值的；
[0009] (3)、确定奥灰顶部注浆深度：
[0010] 根据工作面奥灰突水系数计算出注浆深度公式f (1)式 中，T1为加固前的工作面奥灰突水系数，单位为MPa/m ;T2为加固后的工作面奥灰突水系数， 单位为MPa/m ^为加固前工作面底板隔水层厚度，单位为m ;再利用公式（1)，结合工作面 奥灰突水系数及临界标高分别计算下组煤各煤层工作面底板奥灰顶部注浆深度；从第一层 煤开始，当第一层煤开采完成后，使用现有双端封堵侧漏装置现场测量第一层煤底板破坏 深度，为开采第二层煤提供注浆改造数据，以此类推，至最后一层煤结束；
[0011] ⑷、注浆钻孔：注浆钻孔的倾角在25~35度之间变化，在同一地点不同走向采 用"多次开孔"的原则，减少钻机的移动带来的不变，使用现有的"三级套管"结构进行注浆 钻孔，确保奥灰顶部注浆的有效性；钻孔揭露及穿过五灰含水层时，要测定五灰含水层的水 压、水量并对该含水层进行注浆，防止五灰含水层对奥灰顶部注浆造成影响；
[0012] (5)、注浆：在地面通过注浆站将粘土水泥浆制作完成后，通过井下运输管道将粘 土水泥浆运送到相应注浆加固的工作面，通过注浆泵对施工好的钻孔进行井下注浆加固工 作面底板工作，在注浆过程中采用注浆工作面分次序、单孔分段注浆、单段连续注浆与间歇 注浆相结合的方法，注浆工作面采用先疏后密、中间补插的方法，单个注浆钻孔先对五灰进 行注浆，再延伸到奥灰顶部注浆，一个孔段进行连续注浆，发现井下跑浆时间歇注浆；注浆 压力为注浆含水层水压的2~5倍；注浆泵量根据含水层岩溶裂隙的发育程度确定；注浆 浆液密度为1. 12~I. 18g/cm3;
[0013] (6)注浆效果检测及评价：采用现有钻探或矿井地球物理检测法对注浆效果检 测，对构造复杂的区域做出重点检测；注浆效果检测完成后，利用现有钻探法检查孔水量大 小的变化对注浆效果评价，同时利用矿井地球物理成果图，对比注浆前后物性变化并做出 注浆效果评价。
[0014] 本发明与现有技术相比，能够及时划分受奥灰水威胁区域，确定奥灰顶部注浆厚 度，通过注浆加固工作面底板，保证受奥灰水威胁工作面安全开采，提高资源枯竭矿井的产 量，延长矿井服务年限。
【附图说明】：
[0015] 图1为本发明奥灰顶部岩层富水性剖面图。
[0016] 图