CN111042831A

CN111042831A - 一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法

Info

Publication number: CN111042831A
Application number: CN201911057239.1A
Authority: CN
Inventors: 毛善君; 陈玉华; 郭兵; 陈华洲; 李鑫超; 张鹏鹏
Original assignee: Beijing Longruan Technologies Inc
Current assignee: Beijing Longruan Technologies Inc
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本申请涉及煤矿水害防治技术领域，提供了一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，对煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计，确定注浆加固改造范围，然后按照网格法设计钻孔平面位置，钻孔布置均匀；钻场内钻孔呈伞状均匀布置，钻孔设计方向与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜交；然后进行钻注工程施工，同一条顺槽安排一个钻场进行钻注工作，同一钻场安排一套钻注设备，钻孔注浆连续作业，一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再施工另一钻孔；最后进行注浆效果检查和评价。通过对煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造，实现了受煤层底板灰岩承压含水层水害威胁的综采工作面的安全环保、优质高效开采。

Description

一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法

技术领域

本申请涉及煤矿水害防治技术领域，特别是涉及一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法。

背景技术

我国灰岩岩溶面积大，分布广，面积大约有2Mkm²，约占全国总面积的五分之一。这些地区也正是重要的煤产地。有60％的煤矿不同强度地受到底板岩溶承压水的威胁，受水害的面积和严重程度均居世界各主要采煤国家的首位。在长期大规模的开发中，浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度也越来越大。目前，不少矿井已进入深部开采，最深的已将近1500m。煤层底板承受岩溶承压水的压力很大，水压值已达到2.0～6.5MPa。另外，煤层与其下伏的灰岩岩溶含水层之间的隔水层厚度一般只有10～20m，最大可达50～60m，突水的机率大增，淹井的事故也逐年上升。为确保受底板灰岩承压含水层威胁煤层的开采，实现安全环保、优质高效开采，必须对其治理技术及方法进行研究。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，以解决煤层底板灰岩承压含水层对煤层开采存在的水害威胁问题。

为了解决上述问题，本申请公开了一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计；

(2)确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度；

(3)钻场及钻孔设计：钻场设计：根据煤层底板水文地质预测预报及物探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，两顺槽钻场间距为工作面切眼长度，从切眼向工作面推采反方向设计布置钻场，两顺槽钻场距切眼最小距离为切眼长度的一半，两顺槽钻场距工作面停采线距离不大于切眼长度的一半，钻场布置在顺槽的上帮侧；钻孔设计：a. 按照网格法设计钻孔平面位置，根据浆液扩散半径，确定网格划分长度，所述钻孔布置均匀；b.钻场内所述钻孔呈伞状均匀布置，所述钻孔设计方向与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜交，在物探探明的异常区域加密布置检查孔；c.所述钻孔结构采用两级套管设计结构，两级套管安装后均需注浆封闭，充分凝固后扫孔注水，进行耐压试验，试压合格后方可进行下一步钻注工作；

(4)钻注工程施工：随着工作面两顺槽掘进，具备钻场施工条件时，及时施工钻场，同一条顺槽安排一个钻场进行钻注工作；同一钻场安排一套钻注设备，钻孔注浆连续作业，一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再施工另一钻孔，上下顺槽钻场同时施工的两个钻孔不要同时揭露含水层，以免注浆时两钻孔串浆；

(5)注浆效果检查和评价：a.物探检查，在注浆改造之前进行物探，物探后布孔，注浆之后再进行物探检查对比；b.钻探检查：在物探检查的异常区域，首先布孔检查，检查孔的数量不少于钻孔的20％，判断检查孔水量是否大于3m³/h，若大于3m³/h则继续打孔注浆，直至小于3m³/h为止；c. 综合水动态分析：根据钻孔、注浆前后的地下水观测数据，绘制历时曲线图，用距注浆加固改造区域较近的出水点、观测孔资料等进行综合对比分析。

进一步地，所述煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计的步骤包括：根据对煤层工作面状况、工作面地质、底板岩层水文地质的分析，确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程设计的目的层主要为L6灰岩岩溶裂隙承压含水层，其次是奥陶系灰岩顶部岩溶裂隙承压含水层。

进一步地，所述确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度的步骤，具体包括：

依据突水系数计算公式：

式中：T—突水系数，P—隔水层承受的水压，M—底板隔水层厚度；

以及回采时底板破坏深度计算公式：

h＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579

式中，h—底板破坏深度，H—回采采深，α—煤层倾角，L—工作面斜长；计算出工作面回采时底板的破坏深度，然后再与底板隔水层厚度和灰岩承压含水层导高求和，三者之和即为所述煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度。

进一步地，所述钻场及钻孔设计步骤还包括：每个所述钻场布置7～10 个所述钻孔，每个所述钻孔的倾角为30°～60°，所述钻孔的终孔位置要考虑到上下相邻工作面的注浆加固改造。

进一步地，所述钻场及钻孔设计步骤还包括：对每个所述钻场及所述钻场内的每个所述钻孔进行编号，按编号建立统计台账。

进一步地，所述钻注工程施工步骤还包括：钻注工作与掘进工作可平行作业。

进一步地，所述钻注工程施工步骤还包括：先施工第一次序钻孔，所述第一次序钻孔个数不低于钻孔总数的50％，完成第一次序后再施工第二次序钻孔，所述第二次序钻孔个数不得低于总数的30％，所述第一次序钻孔、所述第二次序钻孔完成后再施工第三次序检查孔，所述第三次序检查孔的个数为总孔数的20％，所述钻孔打一个注浆一个，同序次的钻孔可先注涌水量大的钻孔。

进一步地，单孔注浆结束标准：泵量为80L/min以下，所述钻孔孔口压力不低于水压的2.5倍，持续时间为30min以上。

进一步地，所述所述钻孔结构采用两级套管设计结构，两级套管安装后均需注浆封闭，充分凝固后扫孔注水，进行耐压试验的步骤具体包括：钻孔结构采用两级套管结构，一级套管以下到稳定岩层为准，开孔用Φ146mm钻头，钻进5.5m后下入Φ146mm护壁管5.0m；再用Φ127mm钻头钻进10.5m 后下入Φ108mm套管10m，泵入水泥浆对其封固，凝固48小时后，扫孔超过套管底口0.5m，做套管打压试验，压力达6.0MPa，持续30分钟，孔口牢固不动、周围无渗漏水现象方为合格。

进一步地，所述物探检查，在注浆改造之前进行物探，物探后布孔，注浆之后再进行物探检查对比的步骤包括：采用直流电法和/或瞬变电磁法进行物探检查。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

本申请提供的煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，不仅能够利用网格法进行注浆钻孔平面均匀布孔设计，还可以依据对每个钻孔剖切出的地质剖面所揭露含水层的面积，进行优化钻孔方位和倾角，使每个钻孔在保持平面均匀布置的条件下，保持所揭露含水层面积最大。将注浆加固和注浆改造有机结合，注浆加固可使岩层抗压强度提高，注浆改造可使含水层或导水层变为隔水层或弱含水层或不导水层，实现了受煤层底板灰岩承压含水层水害威胁的综采工作面的安全环保、优质高效开采。

附图说明

图1为本发明某矿11205工作面注浆加固改造钻场钻孔平面布置图；

图2为本发明某矿11205工作面部分注浆加固改造钻孔剖面图；

图3为本发明某矿11205工作面单孔剖面示意图；

图4为本发明注浆加固改造前胶带顺槽底板视电阻率等值线剖面图；

图5为本发明注浆加固改造后切眼向后110m区段胶带顺槽底板视电阻率等值线剖面图；

图6为本发明某矿11205地下水文观测数据历时曲线图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

我国煤层底板灰岩承压含水层水害治理主要经历了以下6个阶段：(1) 地面抽水试验；(2)井下放水试验；(3)井下疏水降压；(4)地面注浆加固； (5)井下注浆加固；(6)地面井下联合注浆加固。所用注浆材料由水泥逐渐过渡到粘土水泥注浆材料。注浆的目的也经历了由注浆加固煤层底板隔水层到注浆改造底板承压含水层的过程。本申请提供的煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，采用网格法和剖面法对钻孔的布置进行优化设计，并且将注浆加固和注浆改造的原理有机结合，煤层底板承压含水层注浆加固改造包括奥灰层，确保综采工作面能够安全环保、优质高效开采。其中，出于经济效果考虑，可以只对奥灰层的上部进行改造为弱含水层。

本实施例提供一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，包括以下步骤：

(1)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计：注浆岩层确定性分析，结合区域及邻近矿区开采资料，确定对煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案的可行性。

(2)确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度。依据《煤矿防治水细则》突水系数计算公式：

式中：T——突水系数，MPa/m；

P——底板隔水层承受的实际水头值，MPa；

M——底板隔水层厚度，m。

通过计算T值，底板受构造破坏的地段，当T值＞0.06MPa/m；或隔水层完整无断裂构造破坏的地段，T值＞0.1MPa/m时，一般认为煤层底板不安全，存在回采时底板突水的危险，必须对该煤层底板灰岩承压含水层进行注浆加固改造。

依据回采时底板破坏深度计算公式：

h＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579

式中：h—底板破坏深度(m)；

H—回采采深(m)；

α—煤层倾角(°)；

L—工作面斜长(m)。

计算出工作面回采时底板的破坏深度，然后再与底板隔水层厚度和灰岩承压含水层导高求和，三者之和即为煤层底板注浆加固改造深度。

(3)钻场及钻孔设计：

钻场设计：根据煤层底板水文地质预测预报及物探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，两顺槽钻场间距为工作面切眼长度，从切眼向工作面推采反方向设计布置钻场，两顺槽钻场距切眼最小距离为切眼长度的一半，两顺槽钻场距工作面停采线距离不大于切眼长度的一半，钻场布置在顺槽的上帮侧；

钻孔设计：a.按照网格法设计钻孔平面位置，根据浆液扩散半径，确定网格划分长度，钻孔布置均匀；b.钻场内钻孔呈伞状均匀布置，钻孔设计方向与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜交，在物探探明的异常区域加密布置检查孔；c.钻孔结构采用两级套管设计结构，两级套管安装后均需注浆封闭，充分凝固后扫空注水，进行耐压试验，试压合格后方可进行下一步钻注工作。

每个钻场布置7～10个钻孔，每个钻孔的倾角为30°～60°，钻孔的终孔位置要考虑到上下相邻工作面的注浆加固改造。对每个钻场及钻场内的每个钻孔进行编号，按编号建立统计台账。

(4)钻注工程施工：随着工作面两顺槽掘进，具备钻场施工条件时，及时施工钻场，同一条顺槽安排一个钻场进行钻注工作，钻注工作与掘进工作可平行作业；同一钻场安排一套钻注设备，钻孔注浆连续作业，一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再施工另一钻孔，上下顺槽钻场同时施工的两个钻孔不要同时揭露含水层，以免注浆时两钻孔串浆。

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，第一次序钻孔个数不低于钻孔总数的50％，完成第一次序后再施工第二次序钻孔，第二次序钻孔个数不得低于总数的30％，第一次序钻孔、第二次序钻孔完成后再施工第三次序检查孔，第三次序检查孔的个数为总孔数的20％，钻孔打一个注浆一个，同序次的钻孔可先注涌水量大的钻孔。钻注施工严格按照钻注施工安全技术要求进行实施。单孔注浆结束标准：泵量为80L/min以下，孔口压力不得低于水压的2.5倍，持续时间为30min以上。

注浆材料与注浆系统。注浆材料根据钻孔出水情况，分别选用水泥浆液、水泥水玻璃双液浆、黏土水泥浆液和粉煤灰水泥浆液，根据钻孔掉钻情况可以加入锯末、海带、碎石等骨料。注浆系统由地面制浆系统、注浆泵、井筒送料管路、井下注浆管路和井下注浆孔组成。地面制浆系统由粘土制浆机、水泥添加器、搅拌机以及其他辅助设施组成，可以按技术要求配制一定相对密度的粘土—水泥浆、粉煤灰—水泥浆液或单液水泥浆；同时，根据堵水工作的需要，可以在注浆孔孔口安设骨料添加器，加入锯末、海带、碎石等骨料，如果跑浆严重或者有其他特殊要求，可注入混合浆或双液浆。

物探检查的方式可以选择直流电法，也可以选择瞬变电磁法，也可以同时使用直流电法和瞬变电磁法进行物探检查。优选地，同时采用直流电法和瞬变电磁法进行物探检查，检查效果更好。

采用本实施例提供的煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，不仅能够利用网格法进行注浆钻孔平面均匀布孔设计，还可以依据对每个钻孔剖切出的地质剖面所揭露含水层的面积，进行优化钻孔方位和倾角，使每个钻孔在保持平面均匀布置的条件下，保持所揭露含水层面积最大。将注浆加固和注浆改造有机结合，注浆加固可使岩层抗压强度提高，注浆改造可使含水层或导水层变为隔水层或弱含水层或不导水层，实现了受煤层底板灰岩承压含水层水害威胁的综采工作面的安全环保、优质高效开采。

本申请提供的另一实施例为某矿区综采工作面煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程实例，其具体实施过程如下：

(1)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计，对注浆岩层进行确定分析，请参阅图1至图3：

(a)工作面概况：走向长度490m、倾斜长度100m，煤层倾角8°～ 12°、平均10°，主采煤层

煤平均厚度3.3m。

(b)工作面地质、底板岩层水文地质分析：煤层赋存较为稳定，地质构造相对简单，为一单斜构造，切眼附近受断层影响，地层发生褶曲。煤层底板隔水层平均厚14.71m，自上而下分别为火成岩、

煤、砂质泥岩(粉砂岩)。本矿区煤层底板灰岩承压含水层有太原群灰岩岩溶裂隙承压含水层：其共发育灰岩2～6层，自上而下分别为L6～L1。顶部L6灰岩为深灰色厚层状致密灰岩，层位稳定，灰岩厚10.36～11.77m，水压3.0Mpa，其上距

煤层平均距离为14.71m，其为

煤底板直接充水含水层；奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层：其为深灰色致密厚层石灰岩夹浅灰色白云质灰岩，厚230m，岩溶裂隙发育，富水性不均一，属强含水层，水压3.5Mpa，上距

煤层平均61m。

结合区域及邻近矿区开采资料，可以确定对上述L6～L1灰岩层和奥陶系灰岩顶部岩层进行注浆加固改造是可行的、有效的。

(c)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程设计的目的层主要为 L6灰岩岩溶裂隙承压含水层，其次是奥陶系灰岩顶部岩溶裂隙承压含水层。

(2)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度的确定：

(a)本区L6层灰岩平均厚11.06m，上距

煤层底板平均14.71m，L6 灰水压按3.0Mpa计算。

突水系数计算：

T——突水系数(Mpa/m)

P——隔水层承受的水压(Mpa)，取3.0

M——底板隔水层厚度(m)，取14.71

T＝0.203Mpa/m＞0.10Mpa/m

根据《煤矿防治水细则》有关规定，需对底板隔水层及含水层进行注浆加固改造。

(b)本区奥陶系灰岩厚230m，上距

煤层底板61m，奥灰水压按3.5Mpa 计算。

突水系数计算：

T——突水系数(Mpa/m)

P——隔水层承受的水压(Mpa)，取3.5

M——底板隔水层厚度(m)，取61

T＝0.057Mpa/m＜0.06Mpa/m

根据《煤矿防治水细则》有关规定，底板受构造破坏地段突水系数T一般不大于0.06，正常地段不大于0.1。当突水系数大于以上数值时，煤层底板被认为是不安全的，存在底板突水的危险。奥灰突水系数接近0.06，正常块段不会对回采构成威胁，但构造破坏块段有突水可能，同时以上计算是把太原群灰岩岩溶裂隙承压含水层也作为隔水层计算的，所以底板受构造破坏地段必须对奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层进行注浆加固改造。

(c)工作面回采底板破坏深度计算。

h＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579

＝0.0085×410+0.1665×10+0.1079×100-4.3579＝11.6m

h——底板破坏深度(m)

H——采深，取410m

α——煤层倾角，取10°

L——工作面斜长，取100m

(d)满足工作面安全回采，煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造后的底板隔水层厚度计算。

a.底板正常块段：

L6灰：

奥灰：

b.底板受构造破坏块段：

L6灰：

奥灰：

确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度还需考虑底板破坏深度及导高(取6m)影响。因此正常块段底板加固改造厚度为 11.6+30+6＝47.6m，取48m(仅涉及煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压含水层段的注浆加固改造即可)，受构造破坏块段加固改造厚度为 11.6+58+6＝75.6m，取76m(不仅涉及煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压含水层段，还要涉及奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层段的注浆加固改造)。

(3)钻场及钻孔设计：

(a)钻场设计：根据煤层底板水文地质预测预报及物探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。两顺槽钻场间距为工作面切眼长度，从切眼向工作面推采反方向设计布置钻场，两顺槽钻场距切眼最小距离为切眼长度的一半，两顺槽钻场距工作面停采线距离不大于切眼长度的一半，钻场一般布置在顺槽的上帮侧。

(b)钻孔设计：a.按照网格法设计钻孔平面位置，浆液扩散半径按30m 考虑，则网格取30m×30m的网格。钻孔均匀布置，力求浆液在注浆加固改造层位的覆盖率接近100％。

b.钻场内钻孔呈伞状均匀布置，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，在物探探明的异常区域要加密布置检查孔。每个钻场布置7～10个钻孔；每个钻孔尽量增加揭露含水层的面积，一般钻孔倾角在30°～60°为宜，钻孔的终孔位置要考虑到上下相邻工作面的注浆加固改造。每个钻场及钻场内的每个钻孔都要进行编号，按编号建立钻孔设计和实际参数统计台账。

c.钻孔结构采用两级套管结构，一级套管以下到稳定岩层为准，开孔用 Φ146mm钻头，钻进5.5m后下入Φ146mm护壁管5.0m；再用Φ127mm钻头钻进10.5m后下入Φ108mm套管10m，泵入水泥浆对其封固，凝固48小时后，扫孔超过套管底口0.5m，做套管打压试验，压力达6.0MPa，持续30分钟，孔口牢固不动、周围无渗漏水现象方为合格。

(4)钻注工程施工：

(a)随着工作面两顺槽掘进，具备钻场施工条件时，及时施工钻场，同一条顺槽安排一个钻场进行钻注工作，钻注工作与掘进工作可平行作业。同一钻场只能安排一套钻探设备，一个钻孔施工完毕应立即注浆，然后再施工另一钻孔。上下顺槽钻场同时施工的两个钻孔不要同时揭露含水层，以免注浆时两钻孔串浆。

(b)为保证注浆加固效果，钻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50％。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数的30％，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的20％。打一个注一个，同序次的钻孔可先注涌水量大的钻孔。钻注施工严格按照钻注施工安全技术要求进行实施。

(c)单孔注浆结束标准：泵量为80L/min以下，孔口压力不得低于水压的2.5倍，持续时间为30min以上。

(5)注浆材料及注浆系统：

(a)注浆材料根据钻孔出水情况，分别选用水泥浆液、水泥水玻璃双液浆、黏土水泥浆液和粉煤灰水泥浆液，根据钻孔掉钻情况可以加入锯末、海带、碎石等骨料。

(b)注浆系统包括地面制浆系统、注浆泵、井筒送料管路、井下注浆管路和井下钻孔。地面制浆系统包括粘土制浆机、水泥添加器、搅拌机以及其他辅助设施组成，可以按技术要求配制一定相对密度的粘土—水泥浆、粉煤灰—水泥浆液或单液水泥浆。

(c)注浆方式，采用全段连续注浆方式，分孔分序次连续灌注，直到达到终孔压力为止，以最大量进浆，最大范围扩散，最大限度的充填岩溶裂隙为目的。初始水量大于30m³/h的钻孔，可采取分段注浆，穿透含水层后最终达到注浆终孔标准。相邻钻孔在含水层段间距小于50m时，不得同时穿透含水层，以免串浆。若发现井下跑浆时可采取间歇注浆，间歇时间一般为24 小时。

(d)注浆工艺流程，采用副井地面注浆站注浆，封孔压力为水压2.5～ 3倍。注浆流程：地面制浆站制浆，然后通过注浆泵输送至地面输浆管路，地面输浆管路至井筒输浆管路，井筒输浆管路至井下大巷输浆管路，井下大项输浆管路至采区上山输浆管路，采区上山输浆管路至顺槽输浆管路，顺槽输浆管路至钻孔孔口，最后从钻孔孔口到达含水层。

(6)注浆效果检查和评价：

(a)注浆加固改造效果：某矿11205工作面注浆加固改造工程(图1) 所示，共施工钻场8个注浆钻孔58个，累计孔深3675.6m，检查孔7个。累计注入水泥量4335t，注入粘土量2523t，平均每米钻孔注入1.87t注浆材料。经过对工作面煤层隔水底板和灰岩含水层打钻孔检验，注浆加固改造效果明显：①

煤层隔水底板的含水裂隙和L6灰岩的含水裂隙已被凝固的粘土-水泥浆充填；②位于

煤层底部的L6灰岩含水层，经过注浆加固改造后，转变为隔水层，

煤层的隔水底板厚度正常区段增加50m以上，物探异常及受构造影响区段达到70m以上；③为11205工作面煤层的正常开采提供了安全保证。

请参阅图4和图5，(b)物探检查：在注浆改造之前先进行物探，有针对性地布孔，注浆之后再进行物探检查对比，从而检查注浆改造的效果，多采用直流电法和瞬变电磁法，最好两种方法同时使用效果会更佳。11205工作面切眼向后110m区段注浆加固改造前后胶带顺槽底板视电阻率等值线剖面图显示，A、B号异常区已基本消除。

钻探检查：在物探检查的异常区域，首先布孔检查，检查孔的数量不少于钻孔的20％，检查孔水量以不大于3m³/h为准，若大于3m³/h则继续打孔注浆，直至小于3m³/h为止。检查孔的布置要重点考虑构造复杂地段、含水层相对富水区以及注浆质量相对较弱的地段。

请参阅图6，(c)综合水文动态观测分析：根据打钻、注浆前后的地下水观测数据，绘制历时曲线图(11205切眼联络巷L6灰岩含水层2号观测孔，其涌水量稳定在52m³/h上下，17号对8-050孔注浆时发现跑浆，两孔揭露含水层最近距离57.6m，随即关闭放水阀门继续注浆，18号打开2号孔阀门测其水量在2.6m³/h上下，以后涌水量一直没有变化，说明串浆后的注浆改造效果较佳)，用距注浆加固改造区域较近的出水点、观测孔资料等进行综合对比分析，可对注浆加固改造效果作出定性评价或定量评价。

(d)经济技术分析：根据11201和11205工作面回采过程中的涌水量分析，对11205工作面实施煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造后，减少矿井涌水量150m³/h，当年节省排水费用100余万元，每年减少131万立方米地下水资源变成矿井污水，同时减少131万立方米地下水排放量，在一定程度上保护了日益匮乏的地下水资源。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计；

(2)确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度；

(3)钻场及钻孔设计：

钻孔设计：a.按照网格法设计钻孔平面位置，根据浆液扩散半径，确定网格划分长度，所述钻孔布置均匀；b.钻场内所述钻孔呈伞状均匀布置，所述钻孔设计方向与断裂构造及裂隙的发育方向垂直或斜交，在物探探明的异常区域加密布置检查孔；c.所述钻孔结构采用两级套管设计结构，两级套管安装后均需注浆封闭，充分凝固后扫孔注水，进行耐压试验，试压合格后方可进行下一步钻注工作；

(5)注浆效果检查和评价：a.物探检查，在注浆改造之前进行物探，物探后布孔，注浆之后再进行物探检查对比；b.钻探检查：在物探检查的异常区域，首先布孔检查，检查孔的数量不少于钻孔的20％，判断检查孔水量是否大于3m³/h，若大于3m³/h则继续打孔注浆，直至小于3m³/h为止；c.综合水动态分析：根据钻孔、注浆前后的地下水观测数据，绘制历时曲线图，用距注浆加固改造区域较近的出水点、观测孔资料等进行综合对比分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程方案设计的步骤包括：

根据对煤层工作面状况、工作面地质、底板岩层水文地质的分析，确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造工程设计的目的层主要为L6灰岩岩溶裂隙承压含水层，其次是奥陶系灰岩顶部岩溶裂隙承压含水层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度的步骤，具体包括：

依据突水系数计算公式：

以及回采时底板破坏深度计算公式：

h＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579

式中，h—底板破坏深度，H—回采采深，α—煤层倾角，L—工作面斜长；

计算出工作面回采时底板的破坏深度，然后再与底板隔水层厚度和灰岩承压含水层导高求和，三者之和即为所述煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造层段厚度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻场及钻孔设计步骤还包括：

每个所述钻场布置7～10个所述钻孔，每个所述钻孔的倾角为30°～60°，所述钻孔的终孔位置要考虑到上下相邻工作面的注浆加固改造。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻场及钻孔设计步骤还包括：

对每个所述钻场及所述钻场内的每个所述钻孔进行编号，按编号建立统计台账。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻注工程施工步骤还包括：

钻注工作与掘进工作可平行作业。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻注工程施工步骤还包括：

先施工第一次序钻孔，所述第一次序钻孔个数不低于钻孔总数的50％，完成第一次序后再施工第二次序钻孔，所述第二次序钻孔个数不得低于总数的30％，所述第一次序钻孔、所述第二次序钻孔完成后再施工第三次序检查孔，所述第三次序检查孔的个数为总孔数的20％，所述钻孔打一个注浆一个，同序次的钻孔可先注涌水量大的钻孔。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，单孔注浆结束标准：泵量为80L/min以下，所述钻孔孔口压力不低于水压的2.5倍，持续时间为30min以上。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所述钻孔结构采用两级套管设计结构，两级套管安装后均需注浆封闭，充分凝固后扫空注水，进行耐压试验的步骤具体包括：

钻孔结构采用两级套管结构，一级套管以下到稳定岩层为准，开孔用Φ146mm钻头，钻进5.5m后下入Φ146mm护壁管5.0m；再用Φ127mm钻头钻进10.5m后下入Φ108mm套管10m，泵入水泥浆对其封固，凝固48小时后，扫孔超过套管底口0.5m，做套管打压试验，压力达6.0MPa，持续30分钟，孔口牢固不动、周围无渗漏水现象方为合格。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物探检查，在注浆改造之前进行物探，物探后布孔，注浆之后再进行物探检查对比的步骤包括：

采用直流电法和/或瞬变电磁法进行物探检查。