一种利用煤层底板含水层单孔放水试验成果分类注浆方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及矿井水文地质领域，尤其设及煤矿底板注浆钻孔分类注浆的方法。
【背景技术】
[0002] 我国华北地区煤层普遍受到底板承压水害威胁，为避免底板承压水在煤层开采时 涌入工作面，最为常用的方法就是往煤层底板注浆。由于煤层底板注浆的层位多为含水层， 目前的注浆工程多假设注入含水层为相对均质的，因此多采用近似间距、多钻孔全方位注 浆，造成了大量的浆液的浪费，且没有重点加固和封堵有水力联系且富水的主要过水通道。 优势面理论认为；注浆后的地层的抗静水压力、抗渗水的能力主要取决于地层的主要结构 面，即注浆层位的原始主要过水通道应该是注浆的重点，因此常规底板注浆改造的效果受 到了限制。
[0003] 目前，虽然有学者通过模糊方法对煤层顶板注浆钻孔质量进行过评价分类，但评 价对象针对的是煤层顶板含水层，且评价参数中有一定的模糊参数，另外利用的参数缺少 钻孔揭露含水层的补给性和富水性，整体上评价方法不适用于底板含水层注浆。
[0004] 综合W上，目前煤层底板注浆钻孔分类注浆的方法存在W下几点问题：
[0005] 1)传统的底板注浆工程，对所有注浆钻孔统一标准注浆，造成了注浆材料的浪 费；
[0006] 2)传统的底板注浆工程，对注浆钻孔没有进行评价，找不出关键的注浆钻孔，导致 底板注浆工程的注浆效果较差；
[0007] 3)传统的底板注浆工程，由于未对底板注浆钻孔进行分类评价，注浆时会造成各 种煤层底板发生底鼓、跑浆现象，影响了工程周期。
【发明内容】
[000引本发明为了解决上述问题，提供一种利用煤层底板含水层单孔放水试验成果分类 注浆方法。
[0009] 一种利用煤层底板含水层单孔放水试验成果的分类注浆方法，包括W下步骤；（1) 施工煤层底板注浆钻孔；（2)对步骤（1)的每一个钻孔进行单孔放水试验，得到每一个钻孔 的限制放水量Q与钻孔内含水层水位降深值S的对应关系；（3)根据步骤（2)中的Q-S对 应关系对钻孔的富水性进行分类，对于非富水钻孔直接封孔，对于富水钻孔，执行步骤（4); (4)对于富水钻孔进行注浆钻孔分类；（5)根据不同类型的注浆钻孔，选择合适的注浆工 乙。
[0010] 步骤（1)的具体方法为；沿工作面的轨道巷和运输巷W近似间距布置注浆钻场， 每个钻场设置多个钻孔，钻孔的方位角指向工作面内，且方位角在空间上均匀布置。
[0011] 所述步骤（2)中的单孔放水试验中，控制每个钻孔的限制放水量为最大放水量的 1/3 ~1/2。
[0012]所述步骤（4)的具体步骤为：根据步骤（2)中的Q-S对应关系分别拟合直线型曲 线、抛物线型曲线、幕函数曲线、对数曲线，求该四种曲线的拟合度，最大拟合度的曲线为该 钻孔的类型。
[0013] 所述注浆点的补给条件由好到差依次为；直线型注浆钻孔、抛物线型注浆钻孔、幕 函数曲线注浆钻孔、对数曲线注浆钻孔。
[0014] 四种注浆钻孔的注浆材料的速凝性和强度依次降低。
[0015] 所述直线型注浆钻孔的注浆材料W海带粉和木屑为浆液的骨料，W水泥和黏±为 主要注浆材料，其他成分还包括水玻璃及水泥速凝早强剂；其中，黏±占主要浆料材料质量 总和的70 %~80 %，水泥占20 %~30 %，水玻璃按质量百分比占总浆液含水量的1 %~ 2%，水泥速凝早强剂用量为水泥质量的0. 05%~0. 1%，水与黏±和水泥总和的质量比为 0.6:1~1:1 ;注浆工艺为；首先下注浆的骨料，待注浆骨料充水吸水膨胀后，然后下水泥、 黏±、水玻璃、水泥速凝早强剂和水的混合浆液，待注浆压力满足停止压力后停止注浆并封 孔。
[0016] 所述抛物线型注浆钻孔的注浆材料主要包括；水泥、黏±及水泥速凝早强剂，其 中，水泥和黏±为主要注入材料，其中黏±占两者质量总和的80%~90%，水泥占10%~ 20 %，水泥速凝早强剂选氯化巧，其用量为所用水泥质量的1 %~2 %，水与黏±和水泥总 和的质量比为1:1~2:1 ;注浆工艺为；直接注入水泥、黏±、氯化巧和水的混合浆液，待注 浆压力达到停止压力后停止注浆并封孔。
[0017] 所述幕函数曲线型注浆钻孔的注浆材料主要为黏±浆液，水与黏±的质量比为 1:1~2:1 ;注浆工艺为将黏±与水的混合浆液注入，达到注浆停止压力后停止注浆并封 孔。
[001引对于对数曲线型注浆钻孔应W疏放含水层中有限的水体为主，然后对钻孔进行封 孔。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于；1)操作简单、易实施；2)考虑钻孔揭露 的底板含水层的水文特性，使得注浆工程更有效；3)考虑钻孔揭露的底板含水测定水文特 性，使得浆液浪费更少，节约成本；4)考虑钻孔揭露的底板含水测定水文特性，使得注浆过 程问题更少，缩短工期。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 如图1所示，一种底利用煤层底板含水层单孔放水试验成果分类注浆方法，包括 下述步骤：
[0022] 步骤一：施工煤层底板注浆钻孔。沿工作面两巷（轨道巷、运输巷）W近似间距布 置注浆钻场（钻场间距在70~150m)，每个钻场设置2~4个钻孔，钻孔的方位角指向工作 面内，且方位角在空间上均匀展布，所有钻孔的孔径采用统一孔径，且大于等于91mm，对于 穿越的非注浆含水层下套管进行止水。
[0023] 步骤二：对完成施工的钻孔进行单孔放水试验。单孔放水试验首先获取最大放水 量Qmax，然后限制放水量Q为Qmax的1/3~1/2,进行不同放水量Q的单孔放水试验3次及 W上，分别测定钻孔内含水层水位降深s值，得到单个钻孔Q和S的=组及w上对应关系。
[0024] 步骤注浆钻孔富水性分类。依据Q和S的=组及W上的对应数据，W及既定方 法绘制Q~S曲线，并找出依据曲线求得降深10m对应的放水量Q，并换算钻孔内径91mm的 放水量化1，进而求得钻孔单位涌水量q:
[0025] q^ - , 10
[0026] 依据q将每个注浆钻孔的富水性进行划分，当q〉0.lL/(s?m)时为富水钻孔， q《0.lL/(s?m)时为非富水钻孔。对于非富水钻孔直接进行封孔，不进行大范围注浆。
[0027] 步骤四；对于富水钻孔，进行注浆钻孔分类。对富水钻孔的分类依据Q~S曲线类 型，即采用最小二乘法分别拟合直线型怕=wS)、抛物线型（S=aQ+bQ2)、幕函数曲线型怕 =nS")和对数曲线型怕=a+blg巧4个方程，计算各拟合方程的拟合度而2、1?22、1?32、1?42，其 中W、a、b、m、n为待定系数，拟合度最大的拟合方程选定为该注浆钻孔的Q~S曲线类型， 若存在有1个W上最大拟合度的则Q~S曲线类型则依次优先选择为直线型、抛物线型、幕 函数曲线型或对数曲线型，依照上述方法将富水的注浆钻孔划分为4种类型。
[002引步骤五：针对4种不同类型的注浆钻孔，选择适宜的注浆工艺。
[0029] 第一种类型（直线型）；对于直线型注浆钻孔应作为重点注浆钻孔注入，采用注 浆材料选定为海带粉、木屑、水泥、黏±、水玻璃及水泥速凝早强剂，其中海带粉、木屑为浆 液的骨料，水泥和黏±为主要注浆材料，其中黏±占两者质量总和的70%~80%，水泥占 20 %~30%，水玻璃浓度为35~40。Be'，模数为2. 8~3. 4的钢质水玻璃，按质量百分 比占总浆液含水量的1%~2%，水泥速凝早强剂选S己醇胺，其用量为所用水泥质量的 0.05%~0. 1%，水与黏±和水泥总和的质量比为0.6:1~1:1。注浆工艺为首先下注浆的 骨料，待注浆骨料充水吸水膨胀后，然后下水泥、黏±、水玻璃、=己醇胺和水的混合浆液， 待注浆压力满足停止压力后停止注浆并封孔。
[0030] 第二种类型（抛物线型）；对应抛物线型注浆钻孔应作为次重点注浆钻孔注入，注 浆材料水泥、黏±及水泥速凝早强剂，其中水泥和黏±为主要注入材料，其中黏±占两者质 量总和的80 %~90 %，水泥占10 %~20 %，水泥速凝早强剂选氯化巧，其用量为所用水泥 质量的1 %~2%，水与黏±和水泥总和的质量比为1:1~2:1.注浆工艺为直接注入水泥、 黏±、氯化巧和水的混合浆液，待注浆压力达到停止压力后停止注浆并封孔。
[0031] 第S种类型（幕函数曲线型）；对于幕函数曲线型注浆钻孔应选择性注入，若同一 钻场中存在第一种类型和第二种类型注浆钻孔的，为注入钻孔，否则不注入浆液直接封孔。 对于第