专题底板注浆加固.pptx

其中，其中，L78灰岩水是开采灰岩水是开采21煤的直接充水水源，岩溶裂隙发煤的直接充水水源，岩溶裂隙发育，含水丰富，如果没有其他水源补充，育，含水丰富，如果没有其他水源补充，L78灰岩突水量一般在灰岩突水量一般在300m3/h左右。左右。L14灰岩中间夹有灰岩中间夹有11、12、13、14四个薄煤层，煤四个薄煤层，煤层和灰岩顶板直接接触。几层灰岩厚度相对较大，岩溶裂隙发育，层和灰岩顶板直接接触。几层灰岩厚度相对较大，岩溶裂隙发育，含水丰富，是开采含水丰富，是开采21 煤的第一间接充水水源。如果与煤的第一间接充水水源。如果与L78灰岩之灰岩之间有水力联系，可以直接补充间有水力联系，可以直接补充L78水，突水量一般在水，突水量一般在5001000m3/h之间。奥陶系灰岩厚度大，溶隙、溶槽、溶洞发育，之间。奥陶系灰岩厚度大，溶隙、溶槽、溶洞发育，富水性强，是开采富水性强，是开采21煤的第二间接充水水源。一旦遇到断裂构造，煤的第二间接充水水源。一旦遇到断裂构造，与与L14灰岩、灰岩、L78灰岩及灰岩及21煤层之间发生水力联系，突水量可高煤层之间发生水力联系，突水量可高达达100010000m3/h。由于灰岩水的补给属侧向补给，补给范围很广，所以由于灰岩水的补给属侧向补给，补给范围很广，所以2 21 1煤底板水属于动储量，一旦发生突水，水量大、水压高，煤底板水属于动储量，一旦发生突水，水量大、水压高，难以疏排，轻者给煤矿造成经济损失，重者造成重大的人身难以疏排，轻者给煤矿造成经济损失，重者造成重大的人身伤亡事故。寒武系白云质灰岩含水层的含水性比奥陶系灰岩伤亡事故。寒武系白云质灰岩含水层的含水性比奥陶系灰岩含水层的含水性相对较弱，岩溶发育极不均匀，以溶洞水为含水层的含水性相对较弱，岩溶发育极不均匀，以溶洞水为主。华北部分地区缺失奥陶系地层，寒武系白云质灰岩直接主。华北部分地区缺失奥陶系地层，寒武系白云质灰岩直接与本溪群、太原群地层呈不整合接触，开采过程中偶尔发生与本溪群、太原群地层呈不整合接触，开采过程中偶尔发生溶洞突水，突水量最高达溶洞突水，突水量最高达30000m30000m3/h/h。在在2 21 1煤层与几个含水层之间有几个良好的隔水层，发挥了很煤层与几个含水层之间有几个良好的隔水层，发挥了很好的隔水作用。其一是好的隔水作用。其一是2 21 1煤底板至太原组灰岩之间的海相泥岩煤底板至太原组灰岩之间的海相泥岩和砂质泥岩隔水层，岩性致密均匀，隔水性能好，在华北和华和砂质泥岩隔水层，岩性致密均匀，隔水性能好，在华北和华东地区普遍发育。东地区普遍发育。其二是太原组中段的砂质泥岩隔水层，它起其二是太原组中段的砂质泥岩隔水层，它起到了阻隔到了阻隔L14灰岩与灰岩与L78灰岩之间水力联系的作用。其三是本灰岩之间水力联系的作用。其三是本溪组地层，主要是铝土质泥岩、砂质泥岩、泥岩，夹有煤线和溪组地层，主要是铝土质泥岩、砂质泥岩、泥岩，夹有煤线和黄铁矿、赤铁矿薄层，如果本溪组地层较厚，可有效阻隔奥陶黄铁矿、赤铁矿薄层，如果本溪组地层较厚，可有效阻隔奥陶系与系与L14灰岩之间的水力联系。灰岩之间的水力联系。人们希望人们希望3 3个良好的隔水层能有效地阻隔二个良好的隔水层能有效地阻隔二1 1煤底板突煤底板突水，但这仅是个美好的愿望，在煤矿生产建设过程中，二水，但这仅是个美好的愿望，在煤矿生产建设过程中，二1 1煤底板突水事故不断发生，尤其是采煤工作面底板突水及煤底板突水事故不断发生，尤其是采煤工作面底板突水及工作面后方采空区底板滞后突水，水量大、水压高，轻者工作面后方采空区底板滞后突水，水量大、水压高，轻者淹没工作面，重者淹没整个采区，给矿井安全生产带来很淹没工作面，重者淹没整个采区，给矿井安全生产带来很大影响。近年来，采煤工作面底板突水事故呈上升趋势，大影响。近年来，采煤工作面底板突水事故呈上升趋势，究其原因有以下几点究其原因有以下几点:有些地区二有些地区二1 1煤底板海相泥岩地层太薄，其强度不足以抵煤底板海相泥岩地层太薄，其强度不足以抵抗含水层的突水压力。抗含水层的突水压力。采煤工作面前后方受矿山支承压力影响，煤层底板受矿山压采煤工作面前后方受矿山支承压力影响，煤层底板受矿山压力强烈扰动，破坏了底板隔水层的完整性，降低其强度，弱化力强烈扰动，破坏了底板隔水层的完整性，降低其强度，弱化其水性能。其水性能。煤层底板岩层中存在裂隙、溶隙、断层、陷落柱等，沟通了煤层底板岩层中存在裂隙、溶隙、断层、陷落柱等，沟通了含水层与二含水层与二1 1煤层之间的水力联系。煤层之间的水力联系。随着近几年煤矿开采强度不断增大，开采深度越来越大，开随着近几年煤矿开采强度不断增大，开采深度越来越大，开采过程中承担的水压越来越高，突水的概率增高，突水量也相采过程中承担的水压越来越高，突水的概率增高，突水量也相对增大。对增大。一些矿区开采二一些矿区开采二1 1煤的方法不正确，巷道布置不合理，回采工煤的方法不正确，巷道布置不合理，回采工艺不对路，不利于底板水的防治。艺不对路，不利于底板水的防治。水文地质工作不到位，防治水措施不得力水文地质工作不到位，防治水措施不得力,没有认真贯彻执行没有认真贯彻执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针。的防治水方针。防治水安全投入不够，矿井排水能力不足，防治水工程不完防治水安全投入不够，矿井排水能力不足，防治水工程不完善。善。针对二针对二1 1煤采煤工作面及其后方采空区底板突水问题，煤采煤工作面及其后方采空区底板突水问题，煤炭企业、科研院所和大专院校科研人员进行了艰苦的探煤炭企业、科研院所和大专院校科研人员进行了艰苦的探索。索。由于注浆加固底板技术充分体现了由于注浆加固底板技术充分体现了“预测预报、有疑必预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采探、先探后掘、先治后采”的防治水方针，有效地控制了的防治水方针，有效地控制了底板突水事故的发生，降低了矿井排水量，目前许多矿区底板突水事故的发生，降低了矿井排水量，目前许多矿区已经把注浆加固煤层底板作为矿井防治水的必备措施之一，已经把注浆加固煤层底板作为矿井防治水的必备措施之一，随着开采深度的增加，这一技术有着广泛的推广应用前景。随着开采深度的增加，这一技术有着广泛的推广应用前景。第二节第二节 注浆加固层位的确定注浆加固层位的确定 为了保证注浆加固煤层底板的防治水效果，必须首先确为了保证注浆加固煤层底板的防治水效果，必须首先确定需加固的层位。如果加固层位距离煤层太近，在注浆过程定需加固的层位。如果加固层位距离煤层太近，在注浆过程中可能会出现大量跑浆，浪费注浆材料，达不到加固的目的中可能会出现大量跑浆，浪费注浆材料，达不到加固的目的;如果加固层位距离煤层太远，钻孔工程量大，技术经济不如果加固层位距离煤层太远，钻孔工程量大，技术经济不合理合理;如果加固层位太薄，加固后其强度仍然不足以抵抗水如果加固层位太薄，加固后其强度仍然不足以抵抗水的压力的压力;如果加固层位太厚，可能会消耗更多的注浆材料，如果加固层位太厚，可能会消耗更多的注浆材料，费工费时，影响回采进度。合理的加固层位应该有如下规定费工费时，影响回采进度。合理的加固层位应该有如下规定:（1 1）岩层厚度应大于由于矿山压力向底板传播所形成的破碎）岩层厚度应大于由于矿山压力向底板传播所形成的破碎带厚度。带厚度。（2 2）加固地层可注性强，浆液可在地层中大面积扩散，在高）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。压注浆条件下不跑浆，浆液利用率高。（3 3）加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质，提高其）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，有效防止突水。强度和隔水性能，有效防止突水。（4 4）在井下布置钻场方便，辅助工程量小，注浆钻孔钻进工）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。程量小。一、回采引起底板岩层形成破碎带厚度的确定一、回采引起底板岩层形成破碎带厚度的确定 目前采用的方法有理论计算法、巷道观测法、钻孔透视法、目前采用的方法有理论计算法、巷道观测法、钻孔透视法、钻孔电视法等。钻孔电视法等。(一一)理论计算法理论计算法 利用矿山压力在底板中的传播理论，计算底板受回采影响利用矿山压力在底板中的传播理论，计算底板受回采影响带的厚度。目前我国在矿山压力及其控制的研究方面处于国际带的厚度。目前我国在矿山压力及其控制的研究方面处于国际领先水平，理论系统完善，可操作性强。关于回采引起煤层顶、领先水平，理论系统完善，可操作性强。关于回采引起煤层顶、底板破坏的研究成果已经成熟，并己经过大量的实践证明。确底板破坏的研究成果已经成熟，并己经过大量的实践证明。确定底板注浆加固层位可以利用矿山压力在底板中的传播范围和定底板注浆加固层位可以利用矿山压力在底板中的传播范围和传播强度的计算公式计算出底板破碎带的厚度。计算时要注意传播强度的计算公式计算出底板破碎带的厚度。计算时要注意各种参数的选取，如岩石的容重、弹性模量、变形模量、泊松各种参数的选取，如岩石的容重、弹性模量、变形模量、泊松比、单向抗压强度、单抗拉强度等，如果这些参数选取合适，比、单向抗压强度、单抗拉强度等，如果这些参数选取合适，计算结果则是正确的，参数选取不当，计算结果显然正确。为计算结果则是正确的，参数选取不当，计算结果显然正确。为了安全起见，理论数值计算出来后，往往要取了安全起见，理论数值计算出来后，往往要取1.21.4的系数。的系数。(二二)巷道观测巷道观测 为了比较直观地了解回采引起的煤层底板破坏的全部过程和为了比较直观地了解回采引起的煤层底板破坏的全部过程和最终状况，可以在合适的位置向底板开掘专门巷道或利用已有的最终状况，可以在合适的位置向底板开掘专门巷道或利用已有的巷道进行直接观测，从而确定底板注浆加固层位。在回采工作开巷道进行直接观测，从而确定底板注浆加固层位。在回采工作开始之前，向煤层底板开掘一条专门的观测巷道，在巷道内设置观始之前，向煤层底板开掘一条专门的观测巷道，在巷道内设置观测点和观测仪器，对回采引起的底板岩层移动、变形和破坏的全测点和观测仪器，对回采引起的底板岩层移动、变形和破坏的全过程及最终状况直接地用仪器测量。采用这种方法能够获得比较过程及最终状况直接地用仪器测量。采用这种方法能够获得比较真实可靠的第一手材料，但影响观测效果的因素很多，如观测仪真实可靠的第一手材料，但影响观测效果的因素很多，如观测仪器的精度和可靠性、观测人员的素质和责任心、数据分析处理方器的精度和可靠性、观测人员的素质和责任心、数据分析处理方法等。还必须注意，向底板岩层开掘巷道要慎重，必须采取有效法等。还必须注意，向底板岩层开掘巷道要慎重，必须采取有效措施防止底板突水。如果有条件，最好利用现成的生产巷进行观措施防止底板突水。如果有条件，最好利用现成的生产巷进行观测，也同样能收到良好的效果。测，也同样能收到良好的效果。(三三)钻孔透视法钻孔透视法 钻孔透视法的实质是在合适的位置向煤层底板打两个钻孔，钻孔透视法的实质是在合适的位置向煤层底板打两个钻孔，一个孔内放置无线电发射机，另一个孔内放置接收机。无线电波一个孔内放置无线电发射机，另一个孔内放置接收机。无线电波在不同介质中或在受破坏的均质体中传播时受到不程度的衰减，在不同介质中或在受破坏的均质体中传播时受到不程度的衰减，衰减的大小决定于介质的电阻率。当岩层中构造、裂隙、溶洞或衰减的大小决定于介质的电阻率。当岩层中构造、裂隙、溶洞或有用矿体等质异常体与周围岩层的电阻率有明显差异时，无线电有用矿体等质异常体与周围岩层的电阻率有明显差异时，无线电波穿透这些低电阻的异常体时就易于衰减。根据这种原理，可测波穿透这些低电阻的异常体时就易于衰减。根据这种原理，可测试和分辨岩层受采动破坏的界面，从而确定注浆加固层位。实践试和分辨岩层受采动破坏的界面，从而确定注浆加固层位。实践证明，这种方法是可行的。证明，这种方法是可行的。(四四)钻孔电视法钻孔电视法 钻孔电视法的实质是在钻孔中悬挂探头钻孔电视法的实质是在钻孔中悬挂探头(电视摄像部分电视摄像部分)作作360o旋转，观测孔壁受采动破旋转，观测孔壁受采动破 坏情况，并直接由电缆传送到架在坏情况，并直接由电缆传送到架在钻孔上部的接受屏幕上。实际应用中常对分界面上、下钻孔上部的接受屏幕上。实际应用中常对分界面上、下5m处进处进行钻孔电视重点观测，其他位置作一般观测。观测的内容主要是行钻孔电视重点观测，其他位置作一般观测。观测的内容主要是由于采动引起的石裂缝的位置、大小、条数和方向等。由于采动引起的石裂缝的位置、大小、条数和方向等。二、注浆加固底板层位的确定二、注浆加固底板层位的确定 （一）加固二（一）加固二1煤底板海相泥岩煤底板海相泥岩 二二1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。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选择这一层位需要考虑以下几个方面的因素:1二二1煤底板海相泥岩的厚度煤底板海相泥岩的厚度 通过理论计算和大量的矿压观测数据证明，回采期间矿山支通过理论计算和大量的矿压观测数据证明，回采期间矿山支承压力对煤层底板的强扰动深度一般为承压力对煤层底板的强扰动深度一般为2030m。因此，海相泥。因此，海相泥岩厚度大于岩厚度大于30m时才能选择加固这一层位，否则即使海相泥岩得时才能选择加固这一层位，否则即使海相泥岩得到了充分加固，也不能实现阻止底板突水的效果。我国华东地区到了充分加固，也不能实现阻止底板突水的效果。我国华东地区 二二1 煤板海相泥岩厚度一般大于煤板海相泥岩厚度一般大于40m，可以选择直接加固这一层，可以选择直接加固这一层位。例如，肥城、永城矿区加固位。例如，肥城、永城矿区加固相泥岩单孔注浆量一般在相泥岩单孔注浆量一般在300500m3，个别达到，个别达到3000m3,浆液利用率较高，取得了良好的浆液利用率较高，取得了良好的加固效果。如果二加固效果。如果二1煤底板海相泥岩厚度太薄，在注浆过程中有煤底板海相泥岩厚度太薄，在注浆过程中有可能发生底鼓现象，给全生产带来很大影响。可能发生底鼓现象，给全生产带来很大影响。2加固区域是否有采区加固区域是否有采区 注浆加固煤层底板施工时，注浆站是在地面设置的，注浆加固煤层底板施工时，注浆站是在地面设置的，由于注浆站与受注地点高差比较大，浆柱压力很高，一般由于注浆站与受注地点高差比较大，浆柱压力很高，一般属于高压注浆。如果加固区域有采空区，浆液就有可能向属于高压注浆。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。近年来有些矿井在回采期间工作面发浆加固的预期效果。近年来有些矿井在回采期间工作面发生底板突水后，为了在不停产的条件下治理水患，采用动生底板突水后，为了在不停产的条件下治理水患，采用动水注浆技术，向煤层底板打钻注浆，水在高压状态下，沿水注浆技术，向煤层底板打钻注浆，水在高压状态下，沿涌水通道向采空区流动，浆液如不能及时凝固，也随着水涌水通道向采空区流动，浆液如不能及时凝固，也随着水流向采空区流动，浆液损失大，很难有效地封堵突水。流向采空区流动，浆液损失大，很难有效地封堵突水。3采空区与注浆加固区域的相对位置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。注浆时可以通过控制浆液的凝胶时间控制浆液的区的影响。注浆时可以通过控制浆液的凝胶时间控制浆液的流程。浆液凝胶太快，不利于浆液的充分扩散，影响注浆效流程。浆液凝胶太快，不利于浆液的充分扩散，影响注浆效果；凝胶太慢，浆液流程远，可能向采空区扩散。因此，注果；凝胶太慢，浆液流程远，可能向采空区扩散。因此，注浆施工前应认真做好浆液凝疑验，在浆液主剂中加人适量添浆施工前应认真做好浆液凝疑验，在浆液主剂中加人适量添加剂，使浆液有一个合理的凝胶时间，从而控制浆液流程，加剂，使浆液有一个合理的凝胶时间，从而控制浆液流程，既保证注浆效果，又可避免浆液向采空区扩散。既保证注浆效果，又可避免浆液向采空区扩散。(二二)加固太原组上段薄层灰岩加固太原组上段薄层灰岩 如果二如果二1煤底板海相泥岩的厚度太薄，仅加固泥岩底板不能满煤底板海相泥岩的厚度太薄，仅加固泥岩底板不能满足阻水要求，应选择加固太原组上段薄层灰岩。与加固泥岩底足阻水要求，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直接充填薄层灰岩岩溶裂隙，从根本上治理薄层灰 岩突水。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，提高隔水层的整太原组上段薄层灰岩煤底板隔水层的厚度，提高隔水层的整体强度，增强抵抗下部体强度，增强抵抗下部L14灰岩和奥陶系灰岩突水的能力。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。）岩溶裂隙发育，可注性强，容易实现预期的注浆加固效果。永城矿区煤底板海泥岩厚度永城矿区煤底板海泥岩厚度50m左右，近年来一直选择加固太左右，近年来一直选择加固太原组上段的原组上段的L89灰岩，效果很好。灰岩，效果很好。(4)太原组上段薄层灰岩强度较大，能够承受较高的注浆压力，太原组上段薄层灰岩强度较大，能够承受较高的注浆压力，注浆过程中失浆量少，易发生底鼓现象。注浆过程中失浆量少，易发生底鼓现象。(三三)加固太原组中段隔水层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，该矿区煤泥岩底板厚度仅有煤泥岩底板厚度仅有812m，太原组上段，太原组上段L78灰岩厚度为灰岩厚度为810m。如果加固。如果加固L78灰岩，由于距离煤层太近，浆压力又比灰岩，由于距离煤层太近，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。将孔打到的加固效果。将孔打到L56灰岩，增加止浆层厚度和强度，可灰岩，增加止浆层厚度和强度，可有效控制跑浆，提高浆液利用率。郑州矿煤底板突水水源主要有效控制跑浆，提高浆液利用率。郑州矿煤底板突水水源主要是是L14灰岩水和奥陶系灰岩水。尽管灰岩水和奥陶系灰岩水。尽管L78灰岩岩溶发育，但由厚灰岩岩溶发育，但由厚度有限，涌水量不会太大，一旦度有限，涌水量不会太大，一旦L14灰岩和奥陶系灰岩通过断灰岩和奥陶系灰岩通过断层、陷落柱等地质构造与采煤系统发生水力联系，就有可能发层、陷落柱等地质构造与采煤系统发生水力联系，就有可能发生重大突水事故，多年来的生产实践充分证明了这一结论。生重大突水事故，多年来的生产实践充分证明了这一结论。注浆加固煤底板的主要目的是防治注浆加固煤底板的主要目的是防治L14灰岩水和奥灰岩水和奥陶系灰岩水，尤其是防治奥陶岩水。加固太原组中段隔陶系灰岩水，尤其是防治奥陶岩水。加固太原组中段隔水层需要考虑该地层节理裂隙的发育程度，如果节理裂水层需要考虑该地层节理裂隙的发育程度，如果节理裂隙不发育，浆液注不进去，同样达不到注浆效果。应考隙不发育，浆液注不进去，同样达不到注浆效果。应考虑进一步加深钻孔，加固虑进一步加深钻孔，加固L14灰岩。灰岩。L14可注性强，可注性强，注浆效果好，但注浆孔钻进工程量大，注浆材料消耗多，注浆效果好，但注浆孔钻进工程量大，注浆材料消耗多，施工工期长，成本高，在充分论证的基础上慎重确定。施工工期长，成本高，在充分论证的基础上慎重确定。第三节第三节 底板注浆加固方案的确定底板注浆加固方案的确定一、注浆加固时机与顺序的选择一、注浆加固时机与顺序的选择 在生产实践中，底板突水事故多发生在采煤工作面及其后方在生产实践中，底板突水事故多发生在采煤工作面及其后方采空区，这是因为底板岩层中的各种节理、裂隙或断层沟通了含采空区，这是因为底板岩层中的各种节理、裂隙或断层沟通了含水层与采煤系统之间的水力联系所致。选择加固底板机必须贯彻水层与采煤系统之间的水力联系所致。选择加固底板机必须贯彻落实落实“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原的防治水原则，在回采工作前，通过向底板岩层大量注浆，使注浆材料充分则，在回采工作前，通过向底板岩层大量注浆，使注浆材料充分充填各种涌水通道，切断含水层与采煤之间的水力联系，从而避充填各种涌水通道，切断含水层与采煤之间的水力联系，从而避免在采煤工作面推进过程中底板突水事故的发生。因此，注浆底免在采煤工作面推进过程中底板突水事故的发生。因此，注浆底板的时机应选择在采煤工作面上、下顺槽和开切眼掘进完成并顺板的时机应选择在采煤工作面上、下顺槽和开切眼掘进完成并顺利贯通之后进行。工作面生产系统形成后，先用直流电法或瞬变利贯通之后进行。工作面生产系统形成后，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物理探测，圈定采煤工作电磁法对煤层底板进行一次全面的水文物理探测，圈定采煤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设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设计，确定注浆孔分布和钻场位置。为了尽量减少注浆工作对工作计，确定注浆孔分布和钻场位置。为了尽量减少注浆工作对工作面生产的影响，注浆顺序应采用先里后外的后退式，注浆工作超面生产的影响，注浆顺序应采用先里后外的后退式，注浆工作超前工作面前工作面80120m，保证浆液充分凝固。，保证浆液充分凝固。二、煤层底板水文地质预测预报二、煤层底板水文地质预测预报 煤层底板水文地质预测预报是井下防治水的一个重要煤层底板水文地质预测预报是井下防治水的一个重要环节，其目的是查明采煤工作面范围内煤层底板的水文地环节，其目的是查明采煤工作面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施，防止底板突水事故的发生。由于水是良好的导电取有施，防止底板突水事故的发生。由于水是良好的导电体，其电阻率很低，多数岩石是半导电体，其视电阻率很体，其电阻率很低，多数岩石是半导电体，其视电阻率很高，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。这两去都是通过测定岩石的视电阻率来判断岩层电磁法。这两去都是通过测定岩石的视电阻率来判断岩层水文地质情况的，所建立的电场和磁场对常敏感，测定结水文地质情况的，所建立的电场和磁场对常敏感，测定结果反差大，可比性强，相对准确，目前己经在很多矿区得果反差大，可比性强，相对准确，目前己经在很多矿区得到了广泛应用到了广泛应用。（一）采用直流电法仪进行煤层底板水文地质预测预报（一）采用直流电法仪进行煤层底板水文地质预测预报 运用直流电法仪，采用四极对称法进行采煤工作面超前水运用直流电法仪，采用四极对称法进行采煤工作面超前水文地质预测预采用四极对称法可以探测煤层底板文地质预测预采用四极对称法可以探测煤层底板60m范围内范围内的水文地质情况，这一深度对华北多来说，均可了解到的水文地质情况，这一深度对华北多来说，均可了解到L78灰岩的富水情况，有些地区二灰岩的富水情况，有些地区二1煤底板泥岩较薄，可以煤底板泥岩较薄，可以探测到探测到L14灰岩甚至奥陶系灰岩的富水情况。如果煤层倾灰岩甚至奥陶系灰岩的富水情况。如果煤层倾角较小，可以直接测底板，倾角较大工作面下顺槽侧上帮同角较小，可以直接测底板，倾角较大工作面下顺槽侧上帮同样可以实现探测煤层底板水文地质情况的目的。图样可以实现探测煤层底板水文地质情况的目的。图1所示所示 在在工作面下顺槽对煤底板进行水文地质预测预报的结果，图中工作面下顺槽对煤底板进行水文地质预测预报的结果，图中曲线是岩石视电阻率值线，颜色较浅表示视电阻率较低，颜曲线是岩石视电阻率值线，颜色较浅表示视电阻率较低，颜色较深表示视电阻率较高，颜色较浅的区域表示板突水可疑色较深表示视电阻率较高，颜色较浅的区域表示板突水可疑区，需要在回采前进行底板注浆加固。区，需要在回采前进行底板注浆加固。三、注浆加固方案三、注浆加固方案 采煤工作面底板注浆加固方案设计的主要内容包括采煤工作面底板注浆加固方案设计的主要内容包括:工作面工作面概况、工作面底板岩层水文地质分析、钻场布置、钻孔结构、概况、工作面底板岩层水文地质分析、钻场布置、钻孔结构、钻孔施工顺序、钻孔施工技术要求、注浆系统、注浆方式注浆钻孔施工顺序、钻孔施工技术要求、注浆系统、注浆方式注浆材料、注浆参数、注浆顺序和注浆技术措施等。材料、注浆参数、注浆顺序和注浆技术措施等。(一一)工作面概况工作面概况 工作面概况主要说明采煤工作面位置、工作面技术参数、煤工作面概况主要说明采煤工作面位置、工作面技术参数、煤层赋存特征、顶底板岩性、层赋存特征、顶底板岩性、方法、煤层底板标高、工作面地面方法、煤层底板标高、工作面地面标高及与本工作面相关生产系统的基本情况等。标高及与本工作面相关生产系统的基本情况等。(二二)工作面底板岩层水文地质分析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、）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、节理裂隙发育程度、含水性、导水性、水头高强度、厚度、节理裂隙发育程度、含水性、导水性、水头高度、水压、补给水源、补给强度、补给与季节的关系及其与度、水压、补给水源、补给强度、补给与季节的关系及其与煤层之间的相对位置。煤层之间的相对位置。（2）说明煤层底板直接隔水层、间接隔水层的岩性、厚度、）说明煤层底板直接隔水层、间接隔水层的岩性、厚度、节理裂隙发育程度、强度、隔水性能及其与煤层之间的相对节理裂隙发育程度、强度、隔水性能及其与煤层之间的相对位置。位置。（3）说明回采范围内及其附近的地质构造分布情况，分析断）说明回采范围内及其附近的地质构造分布情况，分析断层、裂隙的含导水性，各含水层之间的水力联系等。层、裂隙的含导水性，各含水层之间的水力联系等。（4）介绍煤层底板水文地质预测预报的主要结论，结合本矿）介绍煤层底板水文地质预测预报的主要结论，结合本矿以及本区在过去生产过程中水灾事故特点，分析有可能发生以及本区在过去生产过程中水灾事故特点，分析有可能发生底板突水的主要区域、突水强度、突水量预测等底板突水的主要区域、突水强度、突水量预测等。(三三)注浆加固范围及加固层位的确定注浆加固范围及加固层位的确定 根据煤层底板水文地质预测预报的主要结论以及对工作面根据煤层底板水文地质预测预报的主要结论以及对工作面底板岩层水文地质条件的分析，进一步分析注浆加固、改造底板岩层水文地质条件的分析，进一步分析注浆加固、改造底板隔水层的必要性，确定注浆加固总体方案，包括加固范底板隔水层的必要性，确定注浆加固总体方案，包括加固范围和加固层位、加固工程量、辅助工程量、辅助工程位置、围和加固层位、加固工程量、辅助工程量、辅助工程位置、需要的钻场数量、钻孔数目、注浆系统、工程工期、工程进需要的钻场数量、钻孔数目、注浆系统、工程工期、工程进度、施工组织等。根据高压注浆堵水加固工作原理，选用先度、施工组织等。根据高压注浆堵水加固工作原理，选用先进合理的技术路线，以进合理的技术路线，以堵源截流、阻堵结合、加固底板堵源截流、阻堵结合、加固底板为为原则，采用先简单、后复杂，先骨料后单液，最后采用双液原则，采用先简单、后复杂，先骨料后单液，最后采用双液浆的注浆顺序，保证注浆加固、改造底板隔水层的目的。浆的注浆顺序，保证注浆加固、改造底板隔水层的目的。(四四)钻场布置钻场布置 根据底板水文地质预测预报成果，针对探测到的低阻区位根据底板水文地质预测预报成果，针对探测到的低阻区位置，结合工作面巷道布置特点，合理安排钻场位置。考虑到置，结合工作面巷道布置特点，合理安排钻场位置。考虑到注浆工作有可能和工作面生产同时作业，钻场位置应选择顶注浆工作有可能和工作面生产同时作业，钻场位置应选择顶板较完整的地段，尽可能不影响工作面上下顺槽中的设备运板较完整的地段，尽可能不影响工作面上下顺槽中的设备运行。合理设计钻场巷道断面为了避免钻场巷道断面过大，钻行。合理设计钻场巷道断面为了避免钻场巷道断面过大，钻场内钻孔可全部设计为斜空孔。钻巷断面规格一般为宽场内钻孔可全部设计为斜空孔。钻巷断面规格一般为宽高高=3m3m，钻场断面规格一般为长，钻场断面规格一般为长宽宽高高=5m3m3m。钻。钻巷的支护形式以锚网支护为好，也可以选用金属棚子支护。巷的支护形式以锚网支护为好，也可以选用金属棚子支护。为了减少布置钻场的辅助工程量，要充分利用钻场位置安排为了减少布置钻场的辅助工程量，要充分利用钻场位置安排注浆孔，尽量减少钻场数量，同一条钻巷可以布置多个钻场，注浆孔，尽量减少钻场数量，同一条钻巷可以布置多个钻场，每个钻场可布置多个注浆孔。根据注浆施工与工作面生产之每个钻场可布置多个注浆孔。根据注浆施工与工作面生产之间的配合关系，合理安排钻孔施工次序，一般注浆工作要超间的配合关系，合理安排钻孔施工次序，一般注浆工作要超前工作面生产两个月时间。前工作面生产两个月时间。（五）注浆孔布置原则（五）注浆孔布置原则（1）根据水文地质预测预报圈定的低阻区分布范围，合理设计钻）根据水文地质预测预报圈定的低阻区分布范围，合理设计钻孔的位置和数目，钻孔的孔径一般要大于孔的位置和数目，钻孔的孔径一般要大于75mm，在高压注浆，在高压注浆条件下，按浆液扩散半径条件下，按浆液扩散半径30m计算，均匀布置钻孔，力求浆液计算，均匀布置钻孔，力求浆液在注浆改造层位的覆盖率接近在注浆改造层位的覆盖率接近100%。（2）尽量增加钻孔揭露含水层的面积，确保注浆效果。钻孔均设）尽量增加钻孔揭露含水层的面积，确保注浆效果。钻孔均设计为斜孔，但由于煤层底板中泥岩层较多，遇水易变软、膨胀，计为斜孔，但由于煤层底板中泥岩层较多，遇水易变软、膨胀，不利于钻孔施工，因此钻孔的角度也不宜太小，要根据现场施不利于钻孔施工，因此钻孔的角度也不宜太小，要根据现场施工的实际情况确定，一般以工的实际情况确定，一般以3040为宜，只有靠多布置钻孔来为宜，只有靠多布置钻孔来保证注浆加固效果。保证注浆加固效果。（3）钻孔设计方向要尽量与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜）钻孔设计方向要尽量与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜交，尽可能多地穿越断层带和裂隙，使钻孔能大面积地揭露含交，尽可能多地穿越断层带和裂隙，使钻孔能大面积地揭露含水层。水层。(4)在构造异常区，特别是断层、裂隙发育地段，如断层的交在构造异常区，特别是断层、裂隙发育地段，如断层的交叉、尖灭、拐弯处叉、尖灭、拐弯处;作面初次来压、周期来压显现地段作面初次来压、周期来压显现地段;煤柱煤柱集中压力区以及摺皱构造的轴都要尽量多布置钻孔。集中压力区以及摺皱构造的轴都要尽量多布置钻孔。(5)钻场内注浆孔多为伞状布置，根据选用钻机的最大钻进深钻场内注浆孔多为伞状布置，根据选用钻机的最大钻进深度，调整钻孔的方位和倾角，均匀布置钻孔。度，调整钻孔的方位和倾角，均匀布置钻孔。(6)同一个钻场要尽可能多地布置钻孔，以减少钻场数量，减同一个钻场要尽可能多地布置钻孔，以减少钻场数量，减少钻场辅助施工工程量。少钻场辅助施工工程量。(7)钻场内钻孔位置、倾角及方位的选择要考虑到方便钻机架钻场内钻孔位置、倾角及方位的选择要考虑到方便钻机架设和钻进施工。设和钻进施工。(8)各钻孔要按照设计施工次序编号。各钻孔要按照设计施工次序编号。(六六)钻孔结构钻孔结构 注浆钻孔一般选用注浆钻孔一般选用135mm钻头开孔，下入钻头开孔，下入108mm、长、长610m的无缝钢管作孔口管，然后换用的无缝钢管作孔口管，然后换用90mm钻头钻迸，直至终钻头钻迸，直至终孔位置。如果二孔位置。如果二1底板破碎，为防止注浆过程中从孔口附近漏浆，底板破碎，为防止注浆过程中从孔口附近漏浆，可选用可选用155mm钻头开孔，下入钻头开孔，下入146mm、长、长610m的无缝钢管作的无缝钢管作为孔口管，然后换用为孔口管，然后换用130mm钻头钻迸，穿过钻头钻迸，穿过L7 后，下入后，下入108mm的无缝钢管作为二级套管，最后换用中的无缝钢管作为二级套管，最后换用中90mm钻头钻进直至终孔钻头钻进直至终孔位置，一般注浆孔终孔直径不得小于位置，一般注浆孔终孔直径不得小于75mm。孔口管长度一般以。孔口管长度一般以穿入二穿入二1底板第一层较硬的砂质泥岩为原则，二级套管应穿过底板第一层较硬的砂质泥岩为原则，二级套管应穿过L7 级套管均需注浆封闭，封闭套管时注双液浆，待双液浆充分凝固级套管均需注浆封闭，封闭套管时注双液浆，待双液浆充分凝固后，扫孔注水，进行耐压试验。耐压试验压力应不低于设计注浆后，扫孔注水，进行耐压试验。耐压试验压力应不低于设计注浆终压时的孔口压力，持续时间不少于终压时的孔口压力，持续时间不少于30min，以钻孔周围不漏水，以钻孔周围不漏水为合格，合格后安装配套控制闸阀，方可继续施工。必须根据突为合格，合格后安装配套控制闸阀，方可继续施工。必须根据突水压力，选用合格的高压闸阀，闸阀强度要大于水压的水压力，选用合格的高压闸阀，闸阀强度要大于水压的34倍。倍。(七七)钻孔施工顺序钻孔施工顺序 为加快底板注浆加固施工速度，必须建立一支技术过硬、素为加快底板注浆加固施工速度，必须建立一支技术过硬、素质较高的专业注浆施工队伍，配备先进的技术装备，合理安排质较高的专业注浆施工队伍，配备先进的技术装备，合理安排施工程序，尽可能加快工程进度。同一个工作面可以安排施工程序，尽可能加快工程进度。同一个工作面可以安排23个个钻场同时施工，配备足够的钻孔与注浆设备，多工种、多工序钻场同时施工，配备足够的钻孔与注浆设备，多工种、多工序平行作业。考虑到钻场所在位置作业场所狭小，同一个钻场只平行作业。考虑到钻场所在位置作业场所狭小，同一个钻场只能安排一套钻注设备。一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再能安排一套钻注设备。一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再施工另一个钻孔。相邻钻场同时施工的两个钻孔不要同时揭露施工另一个钻孔。相邻钻场同时施工的两个钻孔不要同时揭露含水层，以免注浆时相邻钻孔串浆。为保证注浆加固效果，注含水层，以免注浆时相邻钻孔串浆。为保证注浆加固效果，注浆孔一般要分为三个次序，分三遍注浆。先施工第一次序钻孔，浆孔一般要分为三个次序，分三遍注浆。先施工第一次序钻孔，钻孔个数不低于钻孔总数的钻孔个数不低于钻孔总数的50%。完成一次序后再施工第二次。完成一次序后再施工第二次序钻孔，二次序钻孔个数不得低于总孔数的序钻孔，二次序钻孔个数不得低于总孔数的30%，一、二次序，一、二次序完成后再施工第三次序的检查孔，检查孔的个数一般为总孔数完成后再施工第三次序的检查孔，检查孔的个数一般为总孔数的的20%。（八）钻孔施工技术要求（八）钻孔施工技术要求（1）必须严格按照设计标定的钻孔方位、倾角施工注浆孔，在施）必须严格按照设计标定的钻孔方位、倾角施工注浆孔，在施工过程中不得随意改动，如因现场施工条件受限而需要变动时，工过程中不得随意改动，如因现场施工条件受限而需要变动时，必须经项目负责人同意后方可变动。项目负责人可以根据现场必须经项目负责人同意后方可变动。项目负责人可以根据现场施工条件的变化及时修改钻孔设计，并拟订修改通知单通知施施工条件的变化及时修改钻孔设计，并拟订修改通知单通知施工单位。工单位。（2）如果含水层水压较大，为确保施工人员安全，必须使用防喷）如果含水层水压较大，为确保施工人员安全，必须使用防喷冒和孔口钻杆卡持器等防喷反压装置，以免钻具被高压水顶出冒和孔口钻杆卡持器等防喷反压装置，以免钻具被高压水顶出伤人。伤人。（3）钻孔孔口套管的