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【摘 要】王河煤矿主采太原组一1煤层，其直接顶板为太原组L1—2灰岩，岩溶裂隙较发育，富水性较强。一1煤层底板下 2.7-33m分布有奥灰含水层，岩溶十分发育，富水性极强，承压水头高，富含岩溶水。因一1煤层底板隔水层薄厚不匀，威胁一1煤安全开采的主要含水层是一1煤层底板的奥灰含水层。在薄隔水层下对奥灰含水层采取主动注浆加固堵水技术，使奥灰含水层变为相对隔水层，确保采掘安全。
【关键词】薄隔水层；注浆；堵水技术
引言
王河煤矿矿井水文地质类型为复杂，地质构造简单。多年来影响矿井采掘安全的主要含水层为顶板L1～2灰岩含水层及底板奥灰含水层，以岩溶裂隙充水为主。历年来工作面在回采过程中经常发生底板出水，严重制约采掘安全与生产，为此王河煤矿对一1煤层底板奥灰含水层采取主动注浆加固堵水，使奥灰含水层改造为相对隔水层，并采取相应的矿井综合防治水安全技术措施与施工组织措施，近年来矿井没有出现过任何水害事故和与之相关的安全事故，对矿井的采掘安全与生产提供了可靠的技术保障。
1.矿井水文地质条件
1.1 水文地质情况
1.1.1水文地质探测
（1）掘进工作面每次掘进作业前，进行一次直流电法超前物探，主要探明前方是否有地质构造或其它异常地质情况。
（2）根据超前物探结果进行分析，然后再进行超前钻探验证，超前钻探设计为5个孔（两个煤层孔、两个底板孔、一个顶板孔），孔深一般超过100-120m ，钻孔成扇形布置。
（3）根据超前钻探及物探实际资料进行综合分析与评价，然后以安全通知单的形式下达安全允掘通知书给采掘施工作业单位，施工单位严格按照允掘通知书施工，不得超掘，确保留有20米的超前距，待到位后再进行下一次超前物探与钻探作业。
1.1.2 水文地質条件分析
（1）王河煤矿主采太原组一1煤，其顶板为太原组L1—2灰岩，岩溶裂隙较发育，富水性较强。根据王河煤矿的实际情况，L1—2灰岩水容易疏干，水量一般为30-50m3/h，出水后在较短的时间内疏放干枯或无水，一般情况下我矿对顶板L1—2灰岩水以自然疏放为主。
（2）一1煤底板下 2.7-33m分布为铝土泥岩隔水层，铝土泥岩薄厚不均，平均为9.16m，其下为奥灰含水层，厚度约130m，岩溶裂隙极发育，富水性强，承压水头高，富含岩溶水。因此，威胁一1煤安全开采的主要含水层是煤层底板的奥灰含水层。
2.底板注浆加固与综合防治水措施
2.1 疏水降压
根据直流电法探测结果，并结合区域水文地质条件综合分析，对已揭露的顶板裂隙出水点进行疏放，通过疏放降压，降低奥灰含水层静水位标高。
2.2 矿井综合排水
王河煤矿建有完善安全可靠的永久排水泵房，分别为±0m水平中央排水泵房、109-150m采区排水泵房、108采区-150m采区排水泵房。±0m水平中央泵房综合排水能力为2500m3/h，水仓有效容积为4000m3，配备B122-60×4水泵7台，单泵排水能力546m3/h，在主井筒内布置5趟排水管路，其中φ325mm的4趟，φ250mm的1趟。109采区-150m水平排水泵房综合排水能力为1500m3/h，水仓有效容积为11000m3，配备有MD450-60×8水泵8台，单泵排水能力450m3/h，敷设3趟φ325mm排水管路通过地面直排钻孔达到地面，目前条件下，东翼涌水量大，为保证109-150排水泵房具备一定的富余排水能力，190-150排水泵房以外安装4台MD450水泵，一旦东翼水量增大，可实现与中央泵房的联合水量调节与排水；108采区-150排水泵房综合排水能力为2000m3/h，担负着矿井整个西翼排水任务，水仓有效容积为8800m3，配备有MD450-60×8水泵8台，单泵排水能力450m3/h，敷设4趟φ325mm排水管路通过地面直排钻孔达到地面，综合排水能力将达到6000 m3/h。
2.3工作面底板注浆加固
2.3.1工作面地质及水文地质条件探测
工作面形成后，首先对工作面进行瞬变电磁物探，根据瞬变电磁物探报告结果所圈定的富水异常区或地质异常区，编制工作面底板注浆加固钻探设计，并制定注浆加固安全技术措施、防水安全措施及施工组织措施。
2.3.2工作面底板加固设计
（1）工作面底板加固设计包括：钻场布置、钻孔数量、方位、倾角、结构、终孔层位、终孔深度、岩芯采取率、套管长度、耐压试验、施工顺序、验收及综合水害评价；
（2）钻探设计对工作面富水异常区或地质异常区全部覆盖；
（3）工作面其它地区按常规设计进行探测，一般以钻孔终孔层位辐射半径20-30m设计为宜，在施工中根据注浆情况可适当加密钻孔或对钻孔补注；
（4）钻孔方位与倾角设计尽量与裂隙走向垂直或斜交布置；
（5）钻孔终孔位置为进入奥灰含水层垂深30-40m；
（6）一般在受水害威胁的工作面泄水巷（下一个工作面上顺槽），每隔50m布置一个钻场，在钻场内不同的方位和倾角分别向工作面上、中、下部施工钻孔；工作面较长时，可在上顺槽、下一工作面上顺槽（备注：顺槽一般双巷布置，上顺槽为下一个工作面泄水巷，上顺槽沿等高线布置，便于水能自流，下顺槽为按中线施工）同时布置钻场；
（7）工作面底板注浆加固钻探设计编制完成后，根据设计编制相应的安全技术措施，组织相关部门进行技术会审，并经矿井总工程师审查批准后上报鹤郑公司审批，待鹤郑公司批复后进行注浆加固作业。
2.3.3 注浆加固
（1）注浆系统
①王河煤矿建有地面注浆站1座，配有NBB-250/6A型注浆泵4台，60吨水泥储灰罐2座， φ159耐高压管路连接井上下，注浆能力为每小时4t/h； ②井下临时注浆站3座，每处均有3NB-250/6-15型注浆泵1台，均有φ63高压管路连接到工作面各钻场，注浆能力14t/班。
（2）注浆资料管理
①井下注浆使用矿统一格式的原始记录，每班及时规范填写记录，记录中各项参数真实可靠，且不得涂改，现场做到现场交接班，切实做到班清班结，并且每班由安检员、瓦检员和探水队班组长一起核对进尺和记录；
②注浆每1个小时记录1次灰量、水量、泵量、泵压、浆流流量、浆液比重、孔口压力、添加剂量、水玻璃量等，作为注浆原始资料存档。
（3）注浆准备工作
①注浆堵水或加固前，制浆点注浆孔口要设有专用电话，保证通信畅通；注浆期间，出水点设专人观测水量变化情况；
②注浆堵水或加固前，做联通实验及压注水实验，并现场测定水量，否则不得井下正式注浆作业；
③注浆前司泵工首先要电话通知井下孔口观测员做好注浆准备，确保孔口管路处于连接紧固状态，闸阀处于正确开关位置；
④开动泥浆泵，清水冲洗注浆管路，观测泥浆泵上水正常，注浆管路保持畅通，停泵后关闭井下闸阀，对注浆管路进行耐压试验，试验压力不低于5Mpa，并持续30分钟以上；
⑤注浆管路进行耐压试验合格后，连接至待注钻孔闸阀上，然后注浆站压清水，压入水量不小于管路与钻孔的管路5-10倍，使钻孔待注层畅通，并选择合适的浆量开始注浆。
（4）注浆管理
①注浆系统运行与造浆系统井下统一集中管理，开始注浆后，司泵工应注意观察泵压，发现异常立即通知停止施工。注浆过程中，龙头一直摇动避免堵塞，注浆管路有专人来回巡视；
②根据注浆中的情况，随时调整浆液配比及注浆延续时间，如钻孔属于连续升压，则应连续注浆，直至达到注浆结束标准；
③注浆人员时刻注意：当设备运转出现异常（压力突然增大、注浆管路跳动剧烈等）时，要立即停机，进行处理；注浆期间，注浆工密切注意管路及各处阀门的情况，发现堵孔或者管路漏浆时，必须首先通知停止送浆，同时派人关闭上一道阀门，然后进行处理。正在注浆的钻孔，如发现进浆不正常，暂停注浆，并及时用清水冲洗管路；遇到底板跑浆时，可变低档注浆，视情况采取地面添加骨料充填等措施；跑浆或漏浆严重时，要停泵处理，但也要防止注浆管路堵塞；
④注双液浆时，必须现场重新测定水泥、水玻璃比重并做水泥-水玻璃雙液浆凝固时间试验，双液浆凝固时间一般控制在双液浆刚进入受注层位发生凝结为宜；注双液浆操作顺序为先注水泥浆，数分钟后再注水玻璃浆，结束时先停水泥泵，后停水玻璃泵；
⑤不论何种情况，凡注浆孔连续注浆未能达到结束标准的钻孔都要进行第二次甚至多次复注，直至达到结束标准。每次停注都要冲洗管路及孔内受注层裂隙通道，防止堵孔，以便下次再注。为此均应压入一定量的清水，其压入量应为钻孔及管路体积之和的5-10倍，过少容易使孔内残存浆液堵孔，过多则浪费浆液；
⑥注浆结束标准，泵量控制在80L/min以下，孔口压力达到设计压力，持续30分钟后方可停止注浆；各加固孔必须用高标号水泥封孔，以孔充满水泥不漏水不漏浆为准；
⑦达到注浆结束标准后，停止注浆前，必须先通知制浆泵站停止送浆，要持续15-20分钟闭浆，将管内存浆全部注入钻孔内。先关闭注浆孔阀，然后立即向孔内压清水冲洗，冲洗时间不少于20分钟，（水先小后大），冲孔后将各处管路、阀门处理好。
（5）注浆效果检查
①每个钻场都有注浆效果检验孔，检验孔水量小于5m3/h时工作面方可，并且每个孔结束时必须有安检人员和地测科人员在场监督检查钻孔的各项参数，抽查率不低于20%，确保注浆效果；
②再次使用瞬变电磁进行物探，通过工作面注浆加固前后物探对比；
③经过二次物探、钻探验证、水情水害评价，确认工作面回采无水害威胁，地测部门下发经矿总工程师审批的允许回采通知书和综合水害评价上报鹤郑公司，经鹤郑公司批复后方可回采。
3.实施效果
王河煤矿在长达30多年的开采中，矿井井巷涌水很突出，据不完全统计，矿井突水多达 20 余次（突水量在100m3/h以上），其中影响最大的有底板O2突水14次，突水量100～1500 m3/h，对矿井安全生产造成严重威胁，经过近两年来不间断的进行工作面底板注浆加固和对矿井老出水点进行底板注浆封堵治理，矿井总涌水量由2011年的1900m3/h左右减小到现在的1200m3/h左右，减小水量700m3/h，今年以来采掘工作面没有发生出水或滞后出水现象，确保了采掘作业安全。根据减小水量预计年可节约排水电费1700万元，矿井安全生产的直接效益和间接效益均取得了良好效果。
4.结语
王河煤矿在奥灰含水层上成功回采一1煤，累计采出煤炭129.07万吨，说明通过对薄隔水层强富水奥灰含水层进行注浆加固综合治理，并采取针对性的安全与防范措施，完全可以防止底板奥灰水害事故的发生，即降低矿井排水费用，又保证了矿井采掘安全与生产。
【关键词】薄隔水层；注浆；堵水技术
引言
王河煤矿矿井水文地质类型为复杂，地质构造简单。多年来影响矿井采掘安全的主要含水层为顶板L1～2灰岩含水层及底板奥灰含水层，以岩溶裂隙充水为主。历年来工作面在回采过程中经常发生底板出水，严重制约采掘安全与生产，为此王河煤矿对一1煤层底板奥灰含水层采取主动注浆加固堵水，使奥灰含水层改造为相对隔水层，并采取相应的矿井综合防治水安全技术措施与施工组织措施，近年来矿井没有出现过任何水害事故和与之相关的安全事故，对矿井的采掘安全与生产提供了可靠的技术保障。
1.矿井水文地质条件
1.1 水文地质情况
1.1.1水文地质探测
（1）掘进工作面每次掘进作业前，进行一次直流电法超前物探，主要探明前方是否有地质构造或其它异常地质情况。
（2）根据超前物探结果进行分析，然后再进行超前钻探验证，超前钻探设计为5个孔（两个煤层孔、两个底板孔、一个顶板孔），孔深一般超过100-120m ，钻孔成扇形布置。
（3）根据超前钻探及物探实际资料进行综合分析与评价，然后以安全通知单的形式下达安全允掘通知书给采掘施工作业单位，施工单位严格按照允掘通知书施工，不得超掘，确保留有20米的超前距，待到位后再进行下一次超前物探与钻探作业。
1.1.2 水文地質条件分析
（1）王河煤矿主采太原组一1煤，其顶板为太原组L1—2灰岩，岩溶裂隙较发育，富水性较强。根据王河煤矿的实际情况，L1—2灰岩水容易疏干，水量一般为30-50m3/h，出水后在较短的时间内疏放干枯或无水，一般情况下我矿对顶板L1—2灰岩水以自然疏放为主。
（2）一1煤底板下 2.7-33m分布为铝土泥岩隔水层，铝土泥岩薄厚不均，平均为9.16m，其下为奥灰含水层，厚度约130m，岩溶裂隙极发育，富水性强，承压水头高，富含岩溶水。因此，威胁一1煤安全开采的主要含水层是煤层底板的奥灰含水层。
2.底板注浆加固与综合防治水措施
2.1 疏水降压
根据直流电法探测结果，并结合区域水文地质条件综合分析，对已揭露的顶板裂隙出水点进行疏放，通过疏放降压，降低奥灰含水层静水位标高。
2.2 矿井综合排水
王河煤矿建有完善安全可靠的永久排水泵房，分别为±0m水平中央排水泵房、109-150m采区排水泵房、108采区-150m采区排水泵房。±0m水平中央泵房综合排水能力为2500m3/h，水仓有效容积为4000m3，配备B122-60×4水泵7台，单泵排水能力546m3/h，在主井筒内布置5趟排水管路，其中φ325mm的4趟，φ250mm的1趟。109采区-150m水平排水泵房综合排水能力为1500m3/h，水仓有效容积为11000m3，配备有MD450-60×8水泵8台，单泵排水能力450m3/h，敷设3趟φ325mm排水管路通过地面直排钻孔达到地面，目前条件下，东翼涌水量大，为保证109-150排水泵房具备一定的富余排水能力，190-150排水泵房以外安装4台MD450水泵，一旦东翼水量增大，可实现与中央泵房的联合水量调节与排水；108采区-150排水泵房综合排水能力为2000m3/h，担负着矿井整个西翼排水任务，水仓有效容积为8800m3，配备有MD450-60×8水泵8台，单泵排水能力450m3/h，敷设4趟φ325mm排水管路通过地面直排钻孔达到地面，综合排水能力将达到6000 m3/h。
2.3工作面底板注浆加固
2.3.1工作面地质及水文地质条件探测
工作面形成后，首先对工作面进行瞬变电磁物探，根据瞬变电磁物探报告结果所圈定的富水异常区或地质异常区，编制工作面底板注浆加固钻探设计，并制定注浆加固安全技术措施、防水安全措施及施工组织措施。
2.3.2工作面底板加固设计
（1）工作面底板加固设计包括：钻场布置、钻孔数量、方位、倾角、结构、终孔层位、终孔深度、岩芯采取率、套管长度、耐压试验、施工顺序、验收及综合水害评价；
（2）钻探设计对工作面富水异常区或地质异常区全部覆盖；
（3）工作面其它地区按常规设计进行探测，一般以钻孔终孔层位辐射半径20-30m设计为宜，在施工中根据注浆情况可适当加密钻孔或对钻孔补注；
（4）钻孔方位与倾角设计尽量与裂隙走向垂直或斜交布置；
（5）钻孔终孔位置为进入奥灰含水层垂深30-40m；
（6）一般在受水害威胁的工作面泄水巷（下一个工作面上顺槽），每隔50m布置一个钻场，在钻场内不同的方位和倾角分别向工作面上、中、下部施工钻孔；工作面较长时，可在上顺槽、下一工作面上顺槽（备注：顺槽一般双巷布置，上顺槽为下一个工作面泄水巷，上顺槽沿等高线布置，便于水能自流，下顺槽为按中线施工）同时布置钻场；
（7）工作面底板注浆加固钻探设计编制完成后，根据设计编制相应的安全技术措施，组织相关部门进行技术会审，并经矿井总工程师审查批准后上报鹤郑公司审批，待鹤郑公司批复后进行注浆加固作业。
2.3.3 注浆加固
（1）注浆系统
①王河煤矿建有地面注浆站1座，配有NBB-250/6A型注浆泵4台，60吨水泥储灰罐2座， φ159耐高压管路连接井上下，注浆能力为每小时4t/h； ②井下临时注浆站3座，每处均有3NB-250/6-15型注浆泵1台，均有φ63高压管路连接到工作面各钻场，注浆能力14t/班。
（2）注浆资料管理
①井下注浆使用矿统一格式的原始记录，每班及时规范填写记录，记录中各项参数真实可靠，且不得涂改，现场做到现场交接班，切实做到班清班结，并且每班由安检员、瓦检员和探水队班组长一起核对进尺和记录；
②注浆每1个小时记录1次灰量、水量、泵量、泵压、浆流流量、浆液比重、孔口压力、添加剂量、水玻璃量等，作为注浆原始资料存档。
（3）注浆准备工作
①注浆堵水或加固前，制浆点注浆孔口要设有专用电话，保证通信畅通；注浆期间，出水点设专人观测水量变化情况；
②注浆堵水或加固前，做联通实验及压注水实验，并现场测定水量，否则不得井下正式注浆作业；
③注浆前司泵工首先要电话通知井下孔口观测员做好注浆准备，确保孔口管路处于连接紧固状态，闸阀处于正确开关位置；
④开动泥浆泵，清水冲洗注浆管路，观测泥浆泵上水正常，注浆管路保持畅通，停泵后关闭井下闸阀，对注浆管路进行耐压试验，试验压力不低于5Mpa，并持续30分钟以上；
⑤注浆管路进行耐压试验合格后，连接至待注钻孔闸阀上，然后注浆站压清水，压入水量不小于管路与钻孔的管路5-10倍，使钻孔待注层畅通，并选择合适的浆量开始注浆。
（4）注浆管理
①注浆系统运行与造浆系统井下统一集中管理，开始注浆后，司泵工应注意观察泵压，发现异常立即通知停止施工。注浆过程中，龙头一直摇动避免堵塞，注浆管路有专人来回巡视；
②根据注浆中的情况，随时调整浆液配比及注浆延续时间，如钻孔属于连续升压，则应连续注浆，直至达到注浆结束标准；
③注浆人员时刻注意：当设备运转出现异常（压力突然增大、注浆管路跳动剧烈等）时，要立即停机，进行处理；注浆期间，注浆工密切注意管路及各处阀门的情况，发现堵孔或者管路漏浆时，必须首先通知停止送浆，同时派人关闭上一道阀门，然后进行处理。正在注浆的钻孔，如发现进浆不正常，暂停注浆，并及时用清水冲洗管路；遇到底板跑浆时，可变低档注浆，视情况采取地面添加骨料充填等措施；跑浆或漏浆严重时，要停泵处理，但也要防止注浆管路堵塞；
④注双液浆时，必须现场重新测定水泥、水玻璃比重并做水泥-水玻璃雙液浆凝固时间试验，双液浆凝固时间一般控制在双液浆刚进入受注层位发生凝结为宜；注双液浆操作顺序为先注水泥浆，数分钟后再注水玻璃浆，结束时先停水泥泵，后停水玻璃泵；
⑤不论何种情况，凡注浆孔连续注浆未能达到结束标准的钻孔都要进行第二次甚至多次复注，直至达到结束标准。每次停注都要冲洗管路及孔内受注层裂隙通道，防止堵孔，以便下次再注。为此均应压入一定量的清水，其压入量应为钻孔及管路体积之和的5-10倍，过少容易使孔内残存浆液堵孔，过多则浪费浆液；
⑥注浆结束标准，泵量控制在80L/min以下，孔口压力达到设计压力，持续30分钟后方可停止注浆；各加固孔必须用高标号水泥封孔，以孔充满水泥不漏水不漏浆为准；
⑦达到注浆结束标准后，停止注浆前，必须先通知制浆泵站停止送浆，要持续15-20分钟闭浆，将管内存浆全部注入钻孔内。先关闭注浆孔阀，然后立即向孔内压清水冲洗，冲洗时间不少于20分钟，（水先小后大），冲孔后将各处管路、阀门处理好。
（5）注浆效果检查
①每个钻场都有注浆效果检验孔，检验孔水量小于5m3/h时工作面方可，并且每个孔结束时必须有安检人员和地测科人员在场监督检查钻孔的各项参数，抽查率不低于20%，确保注浆效果；
②再次使用瞬变电磁进行物探，通过工作面注浆加固前后物探对比；
③经过二次物探、钻探验证、水情水害评价，确认工作面回采无水害威胁，地测部门下发经矿总工程师审批的允许回采通知书和综合水害评价上报鹤郑公司，经鹤郑公司批复后方可回采。
3.实施效果
王河煤矿在长达30多年的开采中，矿井井巷涌水很突出，据不完全统计，矿井突水多达 20 余次（突水量在100m3/h以上），其中影响最大的有底板O2突水14次，突水量100～1500 m3/h，对矿井安全生产造成严重威胁，经过近两年来不间断的进行工作面底板注浆加固和对矿井老出水点进行底板注浆封堵治理，矿井总涌水量由2011年的1900m3/h左右减小到现在的1200m3/h左右，减小水量700m3/h，今年以来采掘工作面没有发生出水或滞后出水现象，确保了采掘作业安全。根据减小水量预计年可节约排水电费1700万元，矿井安全生产的直接效益和间接效益均取得了良好效果。
4.结语
王河煤矿在奥灰含水层上成功回采一1煤，累计采出煤炭129.07万吨，说明通过对薄隔水层强富水奥灰含水层进行注浆加固综合治理，并采取针对性的安全与防范措施，完全可以防止底板奥灰水害事故的发生，即降低矿井排水费用，又保证了矿井采掘安全与生产。