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第十一章煤层底板注浆加固技术 第一节 概述 华北及华东地区二叠纪下统山西组的二1煤普遍发育,煤层赋存稳定,厚度大,储量丰富,煤质好,经济价值高,开采条件好,是许多矿区的主要开采煤层之一。 2001年肥城矿区首先提出对二1煤底板进行注浆加固的方案: 在回采工作面上、下顺槽及开切眼准备出来之后,先用直流电法仪或瞬变电磁仪对回采工作面圈定范围内煤层底板含水层进行超前探测,找出可能发生突水的局部区域(低阻区) 在上、下顺槽向低阻区上方海相泥岩打钻 在地面建立注浆站,通过输浆管路与钻孔孔口管上的高压闸阀连接,注浆加固海相泥岩,充填其涌水通道,防止开采期间回采工作面及其后方采空区底板突水。 第二节注浆加固层位的确定 ① 岩层厚度应大于由于矿山压力向底板中传播所形成的破碎带厚度。 ② 加固地层可注性强,浆液可在地层中大面积扩散,在高压注浆条件下不跑浆,浆液利用率高。 ③ 加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质,提高其强度和隔水性能,有效防止底板突水。 ④ 在井下布置钻场方便,辅助工程量小,注浆钻孔钻进工程量小。 一、回采引起底板岩层形成破碎带厚度的确定 (一)理论计算法 (二)巷道观测 (三)钻孔透视法 (四)钻孔电视法 二、注浆加固底板层位的确定 二1煤底板海相泥岩底与太原组地层呈整合接触,是注浆加固煤层底板的首选层位。选择这一层位需要考虑以下几个方面的因素: 1. 二1煤底板海相泥岩的厚度 通过计算和矿压观测,支承压力对底板的强烈扰动深度为20~30m。因此,海相泥岩厚度大于30m才能选择加固这一层位,否则即使海相泥岩得到了加固,也不能实现阻止底板突水的效果。 2. 加固区域是否有采空区 注浆加固煤层底板施工时注浆站是在地面设置,由于注浆站与受注地点高差比较大,浆柱压力很高,一般属高压注浆。如果加固区域有采空区,浆液就有可能向采空区扩散。尽管消耗了大量的注浆材料,仍然达不到注浆加固的预期效果。 3. 采空区与注浆加固区域的相对位置 如果采空区与注浆加固区域距离较远,可以不考虑采空区的影响。 (二)加固太原组上段薄层灰岩 如果二1煤底板泥岩的厚度太薄,应选择加固太原组上段薄层灰岩。与加固泥岩底板相比,有其明显的优越性,主要表现在以下几个方面: ①直接充填薄层灰岩岩溶裂隙,从根本上治理薄层灰岩突水。 ②可以将太原组上段薄层灰岩由含水层变为隔水层,增加了二1太原组上段薄层灰岩煤底板隔水层的厚度,增强抵抗L1~4灰岩和奥陶系灰岩突水的能力。 ③岩溶裂隙发育,可注性强,容易实现预期的注浆加固效果。 ④灰岩强度较大,能够承受较高的注浆压力,注浆过程中失浆量少,不易发生底鼓现象。 (三)加固太原组中段隔水层 选择注浆加固太原组中段隔水层的主要是郑州矿区。 该矿区二1煤泥岩底板厚度仅有8~12m,太原组上段L7~8灰岩厚度8~10m。如果加固L7~8灰岩,由于距离煤层太近,注浆压力又比较大,注浆过程中跑浆现象严重,局部出现底鼓,达不到预期的加固效果。将钻孔打到L5~6灰岩,增加止浆层厚度和强度,可有效控制跑浆,提高浆液利用率。 第三节底板注浆加固方案的确定 一、注浆加固时机与顺序的选择 选择加固底板的时机必须贯彻“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则,注浆加固底板的时机应选择在回采工作面上、下顺槽和开切眼掘进完成之后进行。先用直流电法或瞬变电磁法对煤层底板进行一次全面的水文地质物理探测,圈定回采工作面推进范围内的低阻区,然后根据低阻区的分布进行注浆加固方案设计。 二、煤层底板水文地质预测预报 煤层底板水文地质预测预报的目的: 查明推进范围内煤层底板的水文地质情况,找出发生底板突水的可疑区,然后针对可疑区采取有效措施。由于水是良好的导电体,电阻率很低,多数岩石是半导体,电阻率很高,所以目前采用最多的预测预报方法是直流电法和瞬变电磁法。 (一)采用直流电法仪进行煤层底板水文地质预测预报 直流电法仪 (二)采用瞬变电磁仪进行煤层底板水文地质预测预报 1. 瞬变电磁仪工作原理 (1)TEM47HP井下探水系统的组成 TEM47HP是加拿大Geonics 公司专门生产的井下探水瞬变电磁系统,也叫PROTEM47HP。 其组成包括: (2)井下瞬变电磁法的装置结构 ① 重叠回线装置 ② 中心装置 ③ 共面偶极装置 ④ 共轴偶极装置 (3)技术指标 2. 巷道掘进头超前探测应用实例 三、注浆加固方案 (一)工作面概况 说明: 回采工作面位置、技术参数 煤层赋存特征 底板岩性 采煤方法 煤层底板标高 地面标高及相关生产系统等情况。 (二)工作面底板岩层水文地质分析 ① 说明煤层底板直接充水含水层、间接充水含水层的岩性、强度、厚度、节
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