煤矿灰岩层水平井注浆技术研究.pdf

第４２卷第６期能源与环保Ｖｏｌ  ４２Ｎｏ  ６２０２０年６月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＪｕｎ．２０２０收稿日期２０２０－０３－３１；责任编辑刘欢欢ＤＯＩ１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０６．００９作者简介刘坤鹏（１９８７），男，河南商丘人，工程师，２００９年毕业于河南理工大学，现从事地质勘探工作。通讯作者齐治虎（１９６７），男，河南洛阳人，高级工程师，２０１１年毕业于中国地质大学（武汉），现从事地质勘探工作。引用格式刘坤鹏，齐治虎．煤矿灰岩层水平井注浆技术研究［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（６）３９  ４３，４８．ＬｉｕＫｕｎｐｅｎｇ，ＱｉＺｈｉｈｕ．Ｓｔｕｄｙｏｎｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｈａｆｔｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（６）３９  ４３，４８．煤矿灰岩层水平井注浆技术研究刘坤鹏１，２，齐治虎１，２（１．河南省煤田地质局，河南郑州４５００１６；２．河南省能源钻井工程技术研究中心，河南郑州４５００５３）摘要通过煤矿底板灰岩含水层水平井注浆加固治理，可较好地解决煤矿底板防治水难题。为了提高水平井注浆加固灰岩含水层的效果，以界沟煤矿东一下采区水平井为研究对象，根据灰岩含水层渗透性特征，确定了扩散半径、浆液类型及配比。结合水平孔钻进情况，运用破壁和清水洗井技术，进行压水试验和静压升压注浆加固治理；确定了注浆压力、终止流量、注浆数量；在注浆顺序、装备选型、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明，治理区采用扩散半径２７ｍ，灰岩采用水泥浆单浆液；清除泥皮，清水洗井，选配高速制浆和智能化注浆装备，进行孔口分段式注浆，递增升压至１０ＭＰａ，注浆量提升至０．８ｔ／ｍ，有效提升加固治理效果。关键词灰岩水害；扩散半径；压水试验；注浆压力；清水洗井；分段式注浆中图分类号ＴＤ７４３文献标志码Ａ文章编号１００３－０５０６（２０２０）０６－００３９－０５ＳｔｕｄｙｏｎｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｈａｆｔｉｎｃｏａｌｍｉｎｅＬｉｕＫｕｎｐｅｎｇ１，２，ＱｉＺｈｉｈｕ１，２（１．ＨｅｎａｎＢｕｒｅａｕｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＤｒｉｌｌｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｆｌｏｏｒｃａｎｂｅｗｅｌｌｓｏｌｖｅｄｂｙｇｒｏｕｔｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｈａｆｔｉｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｆｌｏｏｒ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｏｎｃｅｍｅｎｔｉｎｇｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒ，ｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｄｉｕｓ，ｓｌｕｒｒｙｔｙｐｅａｎｄｒａｔｉｏｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃ  ｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｈａｆｔｉｎｔｈｅＥａｓｔＮｏ．１ｌｏｗｅｒｍｉｎｉｎｇａｒｅａｏｆＪｉｅ  ｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｕｓｉｎｇｗａｌｌｂｒｅａｋｉｎｇａｎｄｃｌｅａｎｗａｔｅｒｗｅｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｒｅｓ  ｓｕｒｅｗａｔｅｒｔｅｓｔａｎｄｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ；ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｆｌｏｗａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｑｕａｎｔｉｔｙｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓｇｒｏｕｔｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｄｅｆｆｅｃｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｄｉｕｓｏｆ２７ｍｉｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｒｅａａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔｓｌｕｒｒｙｉｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｌｉｍｅｓｔｏｎｅ．Ｒｅｍｏｖｅｍｕｄ，ｃｌｅａｎｗｅｌｌｂｙｗａｔｅｒ，ａｎｄｓｅｌｅｃｔｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄｐｕｌｐｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｒｏｕｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｓｅｇ  ｍｅｎｔａｌｇｒｏｕｔｉｎｇａｔｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｓ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ１０ＭＰａ，ａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇａｍｏｕｎｔｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｏ０．８ｔ／ｍ，ｗｈｉｃｈｈａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌｉｍｅｓｔｏｎｅｗａｔｅｒｄａｍａｇｅ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒａｄｉｕｓ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｔｅｓｔ；ｇｒｏｕｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｃｌｅａｎｗｅｌｌｂｙｗａｔｅｒ；ｓｅｇｍｅｎｔａｌｇｒｏｕｔｉｎｇ０引言近年来，华北地区煤矿应用地面水平分支孔注浆加固技术进行防治水区域治理逐渐增多，水平孔注浆是其最重要技术之一，它是利用水平孔在目的层接触面积大优势，高压将浆液注入预定位置，通过泵压泵量来调整注浆参数，使其扩散、固化，封堵灰岩含水层、断层带等导水构造，提高整体岩层完整性，增加灰岩含水层抗压强度，降低水害突水危险。水平孔注浆工程实践较少，注浆效果影响因素较多，注浆设备原始简单，理论与经验结合并不紧密，有很多问题需要解决。在界沟煤矿东一１０下采９３２０２０年第６期能源与环保第４２卷区治理工程实践中，针对该区注浆量一直偏低，总结分析以往理论与经验，优化了制浆注浆设备，采用了先进的注浆工艺技术，优化水平孔注浆参数，顺利地对该区进行了注浆治理［１  ５］。总结该区水平孔注浆技术，以期更好地指导注浆施工。１水平孔注浆方案１．１注浆影响因素从注浆对象和过程总结裂隙岩体浆液扩散影响因素，影响注浆浆液扩散的因素主要分为浆液性质、裂隙特征、注浆工艺［２］。根据以上影响因素，需要首先确定注浆材料、注浆方式和注浆系统等方案；而后确定注浆参数及质量检查和评价方法。１．２注浆材料选择石灰岩属于孔洞或裂隙状岩层，具有储水、流水、透气等特性。界沟煤矿治理区正断层发育，三灰厚度９  ４１～１２  ４８ｍ，平均厚１１  ０８ｍ，地下水流速不超过０  ６８～３  ７３ｍ／ｄ，在垂向上岩溶裂隙浅部发育，深部减弱，在水平方向上岩溶裂隙发育程度也具有不均一性。根据浆液的可行性、可注性、环保及经济性进行综合分析，结合治理区地质特征，采用普通水泥单液浆，主材料为ＰＣＳ３２  ５Ｒ复合散装硅酸盐水泥，取材便利、可注性好，价格低，结石体强度高。其配比和结石体的主要性能见表１［６  ９］。表１单液水泥浆的配比和结石体的主要性能Ｔａｂ  １Ｒａｔｉｏｏｆｓｉｎｇｌｅｌｉｑｕｉｄｃｅｍｅｎｔｓｌｕｒｒｙａｎｄｍａｉｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｔｏｎｅｂｏｄｙ水灰比黏度／ｓ密度／（ｇｃｍ－３）凝胶时间初凝终凝结石率／％抗压强度／ＭＰａ３ｄ７ｄ１４ｄ２８ｄ１ ∶ １１８１  ４９１５～５６２５～２７８５２  ００２  ４０２  ４２８  ９０１  ５ ∶ １１７１  ３７１６～５２３５～４７６７２  ０４２  ３３１  ７８２  ２２２ ∶ １１６１  ３０１７～０７４８～１５５６１  ６６２  ５６２  １０２  ８０１  ３注浆工序方式三开水平段钻至三灰内靶点，近水平顺层钻进，为裸孔段。先钻主支、洗井、注浆；再扫孔、钻分支孔、洗井、注浆，最后封孔到井口，如图１所示。根据水平井深度和该段三灰裂隙发育情况，若靠近断层破碎带位置，为防止浆液在大裂隙扩散远、小裂隙扩散近，一般采用分段注浆，保证高渗透井段充分进浆。根据注浆孔的地质、水文地质条件及所注浆液种类，钻孔进入水平段后，逢漏必注（漏失量大于１０ｍ３／ｈ）和能注尽注。水平段注浆采用下行式（前进式）、孔口封闭静压注浆法进行注浆，即重图１钻孔井身结构Ｆｉｇ  １Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｄｒａｗｉｎｇｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｓｈａｆｔ复钻进→注浆→钻进→注浆的施工过程，直至终孔。上段注浆后，下段高压注浆时不跑浆，同时上段获得复注，注浆堵水效果好。若水平钻进２００ｍ无漏失，要压水试验，大于５ｍ３／ｈ即注浆；若无异常，也可采用终孔一次全段注浆，缩短工期。１  ４制浆注浆系统根据三灰特性、钻孔结构、注浆方式、输送距离等对注浆设备系统最小化智能化配置，匹配优选ＳＺ  ＺＪ２０００高速涡流制浆机（１２０ｍ３／ｈ），３ＮＢ３５０注浆泵（１８  ７Ｌ／ｓ）、ＮＢＢ３９０注浆泵（６  ５Ｌ／ｓ，尾浆用）、变频控制柜、智能控制台、水泥仓罐（４００ｔ）、螺旋输送机、除尘轴流式风机、ＸＬＤ７  ５ＫＷ ６  ２９立式搅拌机空压机、输浆管路（５０ＭＰａ高压胶管）及测试检测仪器。注浆系统平面布置如图２所示，注浆系统立体布置如图３所示。图２注浆系统平面布置Ｆｉｇ  ２Ｐｌａｎｅｌａｙｏｕｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ浆液浓度根据岩溶裂隙发育程度和钻孔可注性确定。采用自动配水上料、高速涡流制浆系统，相比传统地锅搅拌制浆，具有量大精准、安全环保、智能０４２０２０年第６期刘坤鹏，等煤矿灰岩层水平井注浆技术研究第４２卷图３注浆系统立体布置Ｆｉｇ  ３Ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｙｏｕｔｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ控制等优势；过滤采用２道震动过滤网进行过滤，过滤由粗到细，对过滤出的杂物要及时清除，以免影响浆液的流动。制浆后进入二级低搅池即成品池内，不断供应注浆泵吸浆。２水平孔注浆参数治理区水平孔注浆主要工艺包括破壁洗井与压水试验、高速制浆与精准注浆，有必要优选注浆参数，确定有效扩散距离和透水率，为了高速制浆和精准注浆，确保注浆压力和注浆量的控制。２  １注浆有效扩散距离的确定根据注浆经验，在标准模型（没有大的裂隙、遇断层等情况）的太原组灰岩含水层中进行单液水泥浆注浆，其有效扩散半径为２０～６０ｍ，能布满含水层治理范围［１１  １３］。采用灰岩段扩散半径经验公式Ｒ＝ＲＣＫ＋Ｋ（Ｐ－Ｐ０） γＢｂ γ ｕμＢｂ槡０ｍＴ（１）式中，ＲＣＫ为注浆孔半径；Ｋ为渗透系数；Ｐ为孔底最终压力；Ｐ０为岩层静水压力； γＢ为水的密度；ｂ为试验系数，灰水比为１ ∶ １、１ ∶ ３、１ ∶ ８时，ｂ值分别取８  ５、５  １、３  １；中间浓度用内插法确定取值；ｂ０为裂隙平均张开度；ｍＴ为岩层裂隙率； μＢ为水的动力黏度系数。治理区三灰渗透率取５０μ ｍ２；灰水比１  ９～２  ０，水泥浆密度１  ２９～１  ３０ｇ／ｃｍ３，符合要求，ｂ取６  ８；孔底最终压力取１７  ８ＭＰａ；静水压力按３  ７ＭＰａ；ｂ０取０  ００５ｍ；ｍＴ取０  ０４。经计算，扩散半径为２７  ６ｍ，考虑岩层倾角１５，注浆扩散半径采用２７ｍ。２  ２破壁洗井及压水试验水平段某段完钻后，漏失量不大于３０ｍ３／ｈ，进行划眼破壁、破除泥皮、换浆，大泵量冲洗等，通过清水洗井，将钻孔中泥浆、沉淀物、泥皮及漏失层堵塞物携带至地面，以疏通注浆通道；起钻、每半小时进行水文观测至稳定水位；钻井泵泵量大，流速高，压力大，冲洗携砂能力强，对钻具、钻孔均能有效冲洗。如果灰岩段裂隙疏通效果不佳，采用盐酸洗井。注酸位置为孔底，浓度约３０％，速度在２～３ｔ／ｈ，静置压井１２～２４ｈ，以保持盐酸和灰岩充分接触反应。盐酸和灰岩ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３等成分发生反应，形成可溶的ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２物质和ＣＯ２气体，有效疏通裂隙，并形成一定气压，携带反应物和堵塞物返出地表。透水率是反映岩体可注性的指标。压水试验能直观、有效地反映注浆段岩层的透水性和富水性，为合理地调整注浆参数和分析注浆效果提供依据。压水的主要目的是疏通注浆管路及孔内岩石裂隙、测定单位受注层段透水率。至水位稳定后进行压水，先小泵量开始试压水，若无压力，需保证压水量大于孔内体积２倍才可停止压水；若压水过程中有压力，则需压水至压力稳定，压水水压一般不小于受注含水层最大静水压力的２倍，压水时间不小４ｈ；如果压水量大于５ｍ３／ｈ时，实施注浆［１４  １５］。压水试验成果以透水率（ｑ，单位Ｌｕ）表示，ｑ＝ＱＰＬ（２）式中，ｑ为透水率；Ｑ为压入流量；Ｐ为作用于试段内的全压力；Ｌ为受注层段长度。根据三灰注４  ２孔某段压水试验情况，其流量为１０００Ｌ／ｍｉｎ；井口压力１０ＭＰａ，钻孔液柱压力６ＭＰａ，水平段长度３００ｍ，计算透水率０  ２１Ｌｕ；探查注浆结果与该区三灰裂隙稍发育、钻孔微消耗、单米注浆量偏低相符。２  ３高压精准注浆浆液浓度是注浆质量的关键，通过注浆管路向钻孔内注浆，根据压水试验结果，确定注浆液浓度，起始泵量等注浆参数，考虑浆液结石体的强度及注浆加固半径要求，合理的选择水灰比是保证注浆质量的关键。浆液太稠，使浆液的流动性变差和注浆加固半径变小。浆液太稀，其强度增长较慢，注浆时间长。根据吸水量确定浆液配比，密度先小后大，尽最大可能地注入大量浆液。第１注浆时必须先用稀浆（１  １ｇ／ｃｍ３）进行试注，了解该段吃浆量大小；试注体积为孔内体积的２～３倍。在注浆的过程中，采用连续注浆，在孔口１４２０２０年第６期能源与环保第４２卷无压的阶段，可以采用间歇或调整密度的方式。遇到特殊情况，如大漏、掉钻等现象，再作研究，确定注浆方式。浆液浓度用水与灰质量之比ｗ／ｃ表示，而浆液密度 ρ ２，因此，须用式（３）求出水灰比及注入水泥量。ｗ／ｃ＝（ ρ １－ ρ２）／［ ρ１（ ρ２－１）］Ｗｃ＝ ρ ２Ｖ／（１＋ｗ／ｃ { ）（３）式中， ρ １为水泥密度，现场使用Ｐ  Ｏ３２  ５复合硅酸盐水泥，取值为２  ８ｇ／ｃｍ３； ρ ２为浆液密度；Ｗｃ为单位时间水泥的注入量；Ｖ为单位时间进浆量。注浆过程测定浆液的密度、黏度、配比，泵量、泵压、孔口压力、注入量、稳定时间等参数；注浆参数根据地面定向钻孔含水层水压水位变化速率及时调整。注浆最终压力为受注点静水压力的２．０～２  ５倍，注浆扩散半径为２５～６０ｍ，但随着压力继续增加，充填变得比较密实，扩散半径没有显著增加。在注浆过程中如孔口逐渐升压，应改变水灰比降低浆液浓度，直到最后达到结束标准。根据地层岩性、深度及设备性能，考虑水泥浆流变性、时变性等因素，针对性地优选出一套注浆参数组合，包括机械参数、压力参数、浆液参数（表２）。注浆施工过程中既要满足注浆改造和终压标准要求，又要防止浆液严重扩散导致的浪费。进行注浆过程的精准控制，有效的保证注浆质量的同时节约了注浆材料。每次注浆结束后均向孔内压清水，压水量为管路与孔内体积之和的２倍，目的在于冲洗注浆泵、管路，把孔中浆液压入注层中，以减少水泥的浪费，也有利于扫孔，同时保持裂隙通畅以利于下次再注。控制好压力及压水量，避免压通原裂隙。再决定是否调整注浆参数，实现了注浆由定性向定量的转变。表２地面治理注浆参数Ｔａｂ  ２ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ项目参数注浆段长／ｍ２５～２００扩散半径／ｍ２５～６０密度／（ｇｃｍ－３）１  １～１  ３泵排量（Ｌｍｉｎ－１）３５０～１０００试注浆量／ｍ３３０～４０项目参数泵压／ＭＰａ６～１３孔口压力／ＭＰａ４～１１注浆总压／ＭＰａ１１  ８～１８  ８注浆量／（ｔｍ－１）０  １３～３  ７０注后压水时间／ｈ０  ５～２  ０２  ４注浆压力的控制注浆压力是使浆液在岩石裂隙中充填、扩散的动力，同时又受诸多因数的影响，直接影响到浆液的扩散距离与有效的充填范围。一般来讲，平稳升压，压力越高，充填饱满；既不可将压力定得过低，造成漏注，也不可将压力定得太高，致使浆液扩散太远，甚至刷大原有裂隙，出现新的突破口。注浆终压（总压力）不小于受注含水层最大静水压力的２  ０倍，并稳定３０ｍｉｎ以上，单漏水点注浆孔口压力和单孔终孔注浆压力为１０ＭＰａ。压力泵的压力大小取决于钻孔深度、通道的阻力以及所水泥浆液浓度等。注浆总压包括钻孔内浆柱自重压力和注浆泵压力２部分，计算公式如下Ｐ＝Ｐｍ＋（Ｈ γ－ｈ）／１００（４）式中，Ｐ为注浆总压力；Ｐｍ为孔口压力；Ｈ为孔口至注浆段１／２处的高度； γ为浆液密度；ｈ为注浆前注浆段１／２（主要含水层）的水柱高度。Ｐｍ＝１０ＭＰａ，Ｈ＝６００ｍ、 γ＝１  ３ｇ／ｃｍ３、ｈ＝３７０ｍ，即注浆总压为１４  １ＭＰａ。根据以往的注浆经验及本次突水的特点和受注层的岩性特征，孔口压力达到１０ＭＰａ可认为该孔压力达到结束标准。２  ５注浆量的控制注浆过程中控制泵量，通过调节浆液浓度来控制泵压升高的速度，当注入的浆量达到预计值时，当注入量为６０Ｌ／ｍｉｎ及注浆压力达到终压时，继续以１０ＭＰａ压力，注入较稀泥浆密度１  １～１  ３ｇ／ｃｍ３的浆液３０ｍｉｎ后，可停止该孔段的注浆工作。若经长时间注浆或井下巷道出现底鼓、漏浆等异常现象，达不到注浆结束标准的，根据实际情况重新确定结束标准。考虑地层吸浆量等综合因素，注浆量根据实际调整，该矿按式（５）计算Ｑ＝２ＡＲＨＬ β ｎ／ｍ（５）式中，Ａ为注浆损耗量，取１  ２～１  ５；Ｒ为浆液有效扩散半径；Ｈ为注浆层厚度；Ｌ为水平段长； β 为岩体孔隙率，取１％～５％；ｎ为浆液充填系数，取０  ８～０  ９；ｍ为浆液结石率，取０  ５０～０  ９５，水灰比大取小值，水灰比小取大值。根据资料，则Ｑ＝２ＡＲＨＬ β ｎ／ｍ＝４  ８ｍ３。按水灰比２ ∶ １，则水泥浆密度１  ３ｇ／ｃｍ３，水泥质量０  ２８ｔ／ｍ３，则需注入水泥量为１  ３４ｔ。即水平段平均钻进１ｍ注入水泥量为１  ２５ｔ。根据以往工程实际，注浆量与钻探工程量按１ ∶ １计算，根据现场实际注浆情况调整。各分支注浆施工完成，采用密度不小于１  ５ｇ／ｃｍ３的水泥浆进行封孔，压注的水２４２０２０年第６期刘坤鹏，等煤矿灰岩层水平井注浆技术研究第４２卷泥量不少于水平孔段钻孔体积。３应用效果根据注浆技术要求，优化注浆顺序，匹配注浆设备系统，优化浆液配制。按此方法已完成注浆孔２个井组，钻进２６个分支，进尺１  ９万ｍ，注浆１  ５万ｔ，单孔达３０００ｔ，注浆效果明显；三灰注浆量平均达０  ６５ｔ／ｍ，高频率分布在０  ６５ｔ／ｍ，最高达３  ７０ｔ／ｍ，治理面积９０万ｍ２，达到０  ０１５ｔ／ｍ２，远超过该区普遍水平；清除泥皮多，洗井效果好，注浆扩散距离远，达到要求；压力平稳上升，注浆过程稳定。通过２个注浆孔地面轨迹进行了交会探查验证，某个方向首支先行孔和断层附近水平孔注浆量最高，其他分支钻遇已注浆地层时，压水及注浆量明显降低，根据返至地面的岩屑碎片判断浆液胶结较好，以达到良好注浆效果。封堵了界沟断层等导水构造，为安全达标开采提供了地质保障［１２］。经试验，相比传统地锅搅拌注浆方式，采用地面打钻、地面造浆、通过钻孔对含水层注浆，彻底改造底板三灰含水层，实现了覆盖范围广、钻孔工程量小、防治水费用低的效果，达到超前区域防治、安全掘进和回采的水害防治效果，实现了精准注浆。开展“ 边施工、边分析研究、边调整设计” 的三边工作，单米注浆量持续增加，施工进展顺利。及时汇总注浆量资料、注浆前后压水试验资料，分析注浆效果。４结论（１）根据界沟煤矿水文地质特性及三灰含水层渗透性特征，查清三灰吸水率及吸浆能力一般，确定了扩散半径２７ｍ，浆液类型为单液水泥浆，水灰比２ ∶ １。（２）结合水平孔钻进情况，运用破壁和清水洗井等技术，有效清除泥皮，疏通灰岩段裂隙，进行压水试验和分段式静压升压加固治理。（３）通过研究注浆设备、参数，取得较好效果，单米注浆量上升。确定了注浆压力、终止压力、终止流量、注浆数量；在注浆顺序、注浆装备、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明采用高速制浆和智能化注浆装备，实行孔口分段式注浆，递增升压至１０ＭＰａ，注浆量提升至０．８ｔ／ｍ，有效提升加固治理效果。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］赵庆彪，赵兵文，付永刚，等．大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１６，４４（８）１４  ２０．ＺｈａｏＱｉｎｇｂｉａｏ．ＺｈａｏＢｉｎｇｗｅｎ，ＦｕＹｏｎｇｇａｎｇ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｗａｔｅｒｄｉｓａｓｔｅｒｏｆＯｒｄｏｖｉｃｉａｎｌｉｍｅ  ｓｔｏｎｅｉｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄａｒｅａｏｆｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，４４（８）１４  ２０．［２］杨仁树，薛华俊，李涛涛．九龙煤矿深部岩体实验室注浆浆液配比优化研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１５，４７（２）１  ４．ＹａｎｇＲｅｎｓｈｕ，ＸｕｅＨｕａｊｕｎ，ＬｉＴａｏｔａｏ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｔｉｎｇｓｌｕｒｒｙｒａｔｉｏｉｎｄｅｅｐｒｏｃｋｍａｓｓｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＪｉｕｌｏｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，４７（２）１  ４．［３］赵庆彪．奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用［Ｊ］．煤炭学报，２０１４，３９（６）１１１２  １１１７．ＺｈａｏＱｉｎｇｂｉａｏ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈ  ｎｏｌｏｇｙｏｆｋａｒｓｔｗａｔｅｒｄｉｓａｓｔｅｒａｒｅａｉｎＯｒｄｏｖｉｃｉａｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｒｅａ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１４，３９（６）１１１２  １１１７．［４］任方．洗井增水处理技术探讨［Ｊ］．河南水利与南水北调，２０１６（５）１１７  １１９．ＲｅｎＦａｎｇ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｗｅｌｌｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｗａｔｅｒｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅａｔ  ｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＨｅｎａｎＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＳｏｕｔｈｔｏＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１６（５）１１７  １１９．［５］魏大勇．跨向斜构造区域工作面底板薄层灰岩含水层地面注浆改造实践［Ｊ］．煤炭工程，２０１６，４８（１１）２３  ２７．ＷｅｉＤａｙｏｎｇ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｇｒｏｕｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅａｑｕｉｆｅｒｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｆｌｏｏｒｉｎｃｒｏｓｓｓｙｎｃｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，４８（１１）２３  ２７．［６］杨志斌，董书宁．压水试验定量评价单孔注浆效果影响因素分析［Ｊ］．煤矿安全，２０１８，４９（６）１８７  １９４．ＹａｎｇＺｈｉｂｉｎ，ＤｏｎｇＳｈｕｎｉｎｇ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｈｏｌｅｇｒｏｕｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｙｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１８，４９（６）１８７  １９４．［７］屈浩．透明裂隙介质注浆扩散机理试验研究［Ｄ］．徐州中国矿业大学，２０１６．［８］董浩．基于浆液性能控制的岩溶裂隙注浆扩散规律及应用研究［Ｄ］．北京北京交通大学，２０１７．［９］田素川．裂隙岩体注浆浆液扩散规律研究［Ｄ］．徐州中国矿业大学，２０１４．［１０］乔卫国，彼尔绅Ｂ．Ｂ．水泥注浆加固细小裂隙岩体可行性研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００２（ｚ１）２２１５  ２２１７．ＱｉａｏＷｅｉｇｕｏ，ＰｉｌｓｈｅｎＢ．Ｂ．Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｏｆｃｅｍｅｎｔｇｒｏｕｔｉｎｇｆｏｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｆｉｎｅｆｒａｃｔｕｒｅｄｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅ  ｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２（ｚ１）

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