礦井注漿堵水技術(shù)[蒼松文書]

1、礦井注漿堵水技術(shù)當涌水量很大，僅僅靠排水已不可能或有經(jīng)濟時，注漿堵截水源通道，然后再進行排水。注漿堵水是將水泥將或化學(xué)漿通過管道壓入井下巖層空隙、裂隙或巷道中，使其擴散、凝固和硬化，從而巖層具有較高的強度、密實性和不透水性，達到封堵截斷補給水源和加固地層的作用，是礦井防治水害的重要手段之一。目前，注漿堵水已廣泛用于礦井井筒注漿，封堵突水點，恢復(fù)被淹礦井，井巷堵水過含水層或?qū)當鄬樱∧蛔{堵水截流，減少礦井涌水量、底板注漿加固防止突水等方面已取得良好的效果。一、注漿堵水的適用條件(1)當老窯或被淹井巷的積水與強大水源有密切聯(lián)系時，可先注漿堵截水源，然后排干積水。如山東肥城國莊礦、河南焦作演馬莊

2、礦等，都是先堵截水源而后排干積水恢復(fù)生產(chǎn)的。(2)當井巷工程必須穿過一個或幾個強含水層或充水斷層，如不堵截水源，將給礦井生產(chǎn)和建設(shè)帶來很大困難和危害，甚至無法施工，我國許多礦井穿過強含水層時，都是利用這一方法。(3)當井筒或工作面發(fā)生嚴重淋水，為了加固井壁、改善勞動條件、減少排水費用，可以采取注漿措施。如鶴壁鹿樓主、副井，新汶?yún)f(xié)莊主、副井，采取掛漿措施后，取得了良好的效果。(4)某些涌水量特大的礦井，為了減少礦井涌水量，降低常年排水費用，亦可采用注漿堵截水源。如焦作九里山礦，北部隱伏露頭區(qū)沖積層水補給八層石灰?guī)r含水層涌人礦井，采取注漿措施后，礦井涌水量減少56 m3rain，lO年共節(jié)省排水電

3、費近億元，取得了顯著的經(jīng)濟效益，使一個嚴重虧損的礦井得以扭虧為盈。 二、注漿工作程序(一)注漿材料注漿材料的選擇應(yīng)根據(jù)堵水的目的、地質(zhì)條件、施工條件、注漿工藝和投資多少等因素決定。從水文地質(zhì)條件考慮，選擇材料可參考表42。在一般情況下，凡是水泥漿能解決問題的盡量不采用化學(xué)漿，化學(xué)漿主要用于彌補水泥漿的不足，解決一些水泥漿難以解決的問題。當?shù)叵滤魉贋?5 mh時，采用單液水泥漿；當大干25 mh時，采用水泥一水玻璃雙液漿；用于底板巖溶、斷層破碎帶和動水注漿堵水及處理井下突水事故時，目前多采用先灌注惰性材料(如砂、爐渣、礫石、鋸末等)充填過水通道、縮小過水斷面、增加漿液流動阻力、減少跑漿，然后灌

4、注快凝水泥一水玻璃漿液，再用強度較高的化學(xué)漿進一步封堵。 （二）具體注漿工作步驟 1. 注漿段高和漿方式 注漿段高是指一次注漿的長度，可分為全段一次注漿和分段注漿兩種。前者是將注孔鉆至終孔后一次注漿，適用于含水層距地表近且厚度不大、裂隙發(fā)育較均勻的巖層。其優(yōu)點是一次鉆進、一次完成注漿，縮短施工時間；缺點是段高大時不易保證質(zhì)量。當巖層吸漿量大時要求注漿設(shè)備能力大，易出現(xiàn)不均勻擴散，影響注漿堵水效果。當注效果。當注漿深度較大，穿過裂隙大小不同的多個含水層時，在一定注漿壓力下，為防止?jié){液在大裂隙擴散遠、小裂隙擴散近，上部巖層的裂隙進漿多、下部巖層裂隙進漿少，應(yīng)采用分段注漿。段高可按巖層破碎程度劃分。

5、我國經(jīng)驗數(shù)據(jù)是：極破碎巖層一般為5m10m；破碎巖層為10m15m；裂隙巖層為15m30m；重復(fù)注漿可取30m50m。 注漿方式是指注漿順序，分下行式和上行式兩種。自上而下依次注漿稱下行式注漿，即從地表鉆進含水層，鉆一段孔，注一段漿，反復(fù)交替，直至全深。其優(yōu)點是：上段注漿后，下段高壓注漿時不跑漿，同時上段獲得復(fù)注，注漿堵水效果好。缺點是：鉆孔與注漿交替進行，工期長。該方式適用于巖層破碎或裂隙發(fā)育的地層。自下而上的注漿稱上行式注漿，即注漿孔一次鉆進到注漿終深，使用止?jié){塞，自下而上逐段注漿。上行注漿優(yōu)點是無重復(fù)鉆進，能加快注漿速度。該方法適用于巖層較穩(wěn)定、垂直節(jié)理不發(fā)育的地層。 2. 注漿前壓水

6、目的在于將裂隙中松軟的泥質(zhì)充填物推送到注漿范圍以外，從而提高注漿質(zhì)理和堵水效果。對于大裂隙，壓水時間為10min20min；中小裂隙，則需15min30min或列長一些。重復(fù)注漿鉆孔壓水時間適當延長30min60min。壓水時壓力應(yīng)由小增大，最大不得超過注漿終壓。 3.下放止?jié){塞及注漿 止?jié){塞放至規(guī)定位置后，接好輸漿管，壓縮膠塞止?jié){并經(jīng)壓水試驗檢查好，即可進行注漿。注漿過程中應(yīng)特別注意堵漿、跑漿及冒漿，對待不同情況采取相應(yīng)措施，以保證注漿工作正常進行。（三）注漿參數(shù)（1） 漿液擴散半徑。裂隙中漿液的擴散半徑隨巖石的滲透系數(shù)、注漿壓力、注入時間的增加而增大，隨漿液的濃度和黏度的增加而減少。據(jù)現(xiàn)場

7、經(jīng)驗，巖深地層注漿，漿液平均擴散半徑為10 m15m，裂隙地層平均為4m8m。（2） 注漿壓力。注漿壓力對漿液的擴散影響很大，經(jīng)驗表明，隨著注漿壓力的提高，充塞物質(zhì)的強度急劇增加，這就保證了充塞物具有足夠強度和不透水性。在地下水流速大的情況下，應(yīng)設(shè)法增加漿液的流動阻力，需降低注漿壓力，故合理運用注漿壓力是注漿的關(guān)鍵。不同地區(qū)因地質(zhì)條件不同，注漿壓力也不盡一樣。有地區(qū)選用注漿壓力為靜水壓力的23倍，有的則根據(jù)巖石裂隙采用合適的壓力值。（3） 漿液注入量。根據(jù)擴散半徑和巖裂隙率進行粗略計逄，公式為 Q=r2AHn（42）式中Q漿液注入量，m3; r-漿液擴散半徑，m; n裂隙率， H注漿段高，m；

8、 漿液在裂隙內(nèi)有效充填系數(shù)，0.90.95； A漿液消耗系數(shù)，一般取1.21.3。（4） 注漿結(jié)束標準。一般是用兩個指標表示；一是最終吸漿量，即注漿注至最后的允許吸漿量；另一個是達到設(shè)計壓力時（即終壓時）的持續(xù)時間。從理論上講，最終吸漿量是越小越好，最理想的情況是注至完全不吸漿，但難以做到，故結(jié)束標準是注漿壓力達到設(shè)計終壓，一般為受注含水層水壓的1.62.5倍，吸漿量小于80L/min，時間不少于30min即可。三、 突水點（口）注漿堵水 礦井因突水事故被淹沒后，可以采取適當方法與措施，使其恢復(fù)生產(chǎn)獲得新生，常用的方法有強排疏干法和注漿堵水法。強排疏干法，即利用大流量水泵（水泵排水量要大于礦井

9、突水后的總水量）強行排水，追水至井底，然后采到相應(yīng)措施恢復(fù)生產(chǎn)。它適用于突水點（口）動水量和含水層靜儲量均小，礦井排水設(shè)備及電力供應(yīng)條件皆好，排水后對工農(nóng)業(yè)和居民用水無影響等條件。注漿堵水法是指用各種方法和材料（水泥、水玻璃、化學(xué)材料等）堵塞井下突水點，增加突水點及其周圍巖層和隔水層的強度，切斷通道和水源，故又稱突水點（口）注漿堵水。此法適用于突水點動水量大、突水點距地面深，井巷斷面有限、不能安裝大型排水設(shè)備，突水點水源與工農(nóng)業(yè)和居民供水屬同一水源，排水后會引起水源地枯竭或產(chǎn)生環(huán)境水文地質(zhì)問題時。突水點（口）注漿堵水，按注漿孔的們位置可分為先后排法和先排后堵法，我國淹沒礦井恢復(fù)注漿堵水常用的是

10、地面注漿先堵后排法。（一）注漿堵水前的水文地質(zhì)工作 注漿堵水時應(yīng)解決的問題是：井下突水點的具體位置在哪里，在什么部位注漿效果最好，根據(jù)什么原則布置勘探注漿孔，突水點堵水效果如何判斷等問題。為了正確選擇堵水方案，確保注漿鉆孔能命中堵水的關(guān)鍵地點或部位和正確評價堵水效果，一般需進行下列水文地質(zhì)工作： （1）通過現(xiàn)有水文地質(zhì)資料的整理分析、野外地質(zhì)調(diào)查以及必在的突水點（口）注漿堵水補充勘探工作，查清突水點的位置，確定或判斷突水水源、突水點附近斷裂構(gòu)造的確切位置和含水層間的對接關(guān)系、突水點地段內(nèi)含水層的分布及它們之間的水力聯(lián)系、各含水層巖溶裂隙發(fā)育程度及巖溶裂隙發(fā)育的主要方向； （2）因地制宜地進行連

11、通試驗，測定地下水的流速、流向和地下水的水質(zhì)與水溫； （3）布設(shè)地下水動態(tài)觀測網(wǎng)，進行堵水前、堵水后和堵水過程中的動態(tài)觀測，并編制注漿觀測孔歷時曲線和等水位（壓）線圖，以指導(dǎo)注漿工程和注漿效果評價； （4）用鉆孔和被淹礦井進行抽（放）水試驗，了解各含水層與突水點（口）的水力聯(lián)系情況；與注漿工程前后放水資料對比，評價堵水效果； （5）注漿前每孔都要進行沖洗鉆孔及壓水試驗，目的是沖洗巖層中空隙通道，利于漿液擴散并與圍巖膠結(jié)提高堵水效果；通過壓水試驗計算巖層單位吸水量，了解巖層的滲透性，以選擇漿液材料及其濃度與壓力。 （二）突水點注漿堵水方案的制定制定方案時應(yīng)反復(fù)分析研究，在弄清水文地質(zhì)條件等情況的

12、基礎(chǔ)上，對堵水工程作出正確布置，對堵水方法提出明確要求。方案設(shè)計應(yīng)包括如下內(nèi)容； （1）確定堵水范圍、注漿層位和部位，注漿孔、觀測孔檢查孔數(shù)及其布置方式； （2）確定注漿材料、注漿深度，劃分注漿段、選擇注漿方式和止?jié){方法； （3）確定注漿參數(shù)及質(zhì)量檢查和評價方法； （4）選擇鉆探設(shè)備，確定鉆孔結(jié)構(gòu)與施工方法，確定主要安全技術(shù)措施（包括注漿操作規(guī)程）。 （三）施工注漿孔及注漿 1勘探注漿孔及注漿 （1）應(yīng)布置在井下突水點附近，圍繞著突水點由內(nèi)往外和由稀至密分批布置。其目的是根據(jù)探資料及時修改補充原設(shè)計，以達到提高堵水和加固底板的效果； （2）根據(jù)地下水的流速、流量和流向，注漿孔應(yīng)布置在來水方向上

13、，在突水點或斷層帶附近應(yīng)適當加密堵水鉆孔，以便切斷突水點補給來源，減少注漿堵水孔數(shù)； （3）布置鉆孔盡可能一孔多用，使之既是地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探孔，又是試驗孔、觀測孔，同時還可作為注漿堵水孔； （4）注漿間距應(yīng)按當?shù)氐木唧w地質(zhì)、水文地質(zhì)條件與實際擴散半徑（R）等因素確定。 2注漿過程中的若干問題 （1）注漿層或段裂隙細小，鉆孔單位吸水量小到中等的鉆孔，一般耗漿量不大時，可采用連續(xù)注漿法，即自始至終連續(xù)不斷地注漿，直到達到注漿設(shè)計結(jié)束標準。 （2）巖溶通道大、鉆孔單位耗漿量大時，可采用間歇時間長短，主要依漿液達到初凝所需時間而定。間歇的次數(shù)以孔口壓力上升快慢而定。當注漿孔口壓力上升較快時，可改為連

14、續(xù)注漿。每次停注后需沖入一定量清 水，以保持通道井口有致被堵塞。 （3）若發(fā)現(xiàn)鄰孔有竄漿現(xiàn)象，應(yīng)串連兩孔同時注漿；若設(shè)備不足，依鉆孔水位高低，可在下游注漿孔壓入清水保持通道能暢、上游注漿孔注漿的辦法處理。 （4）注漿時，若通道中地下水流量汪、流速大時，只要漿液性能（水灰比）適宜，吸漿量大于通道中地下水流量1.5倍，注漿也可以成功；若通道流量大、流速小時，可用不易被水稀釋的漿液，使用間歇注漿法注漿；若通道中流量和流速皆大，則可在注漿前設(shè)置比重較大固料，先將通道充填，然后注入速凝漿液。 3注漿堵水效果的判斷 當注入突水點及其周圍的堵水材料固結(jié)封住突水通道后，則淹沒礦井的水位將發(fā)生顯著變化，地下水流

15、的流動方向和水化學(xué)成分也相應(yīng)發(fā)生變化，這些均可看成判斷堵水效果的定性指標；定量指標是通過注漿前后的排水試驗取得水量與降深關(guān)系的數(shù)據(jù)后，即可識別。四、井下注漿堵水 井下注漿封堵突水點，主要是處理某些生產(chǎn)過程中發(fā)生和規(guī)模小的突水或恢復(fù)某個采區(qū)、工作面的生產(chǎn)工作。它的注漿堵水工作在井下進行，而且主要是對斷層突水處理，主要方法是： （1）用水閘墻擋水。當水突入巷道后，若水量較大，應(yīng)采取緊急措施，在所掘巷道突水點以處地段，將水堵在巷道內(nèi)；若水量不大時，可用水管將水導(dǎo)出，然后先擇巖層比較完整處修筑水閘墻，待水閘墻修好后將管子的水門關(guān)閉，造成靜水條件。 （2）待封堵于巷道內(nèi)的水停止流動后，在接近水閘墻的正常

16、巷道內(nèi)向斷層出水點和和其接近的含水層打注漿孔，然后用高壓注漿泵往鉆孔里注漿，以封堵和加固突水點及其周圍地層，同時切斷補給水源。本文來自: 中國煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng) () 詳細出處參考：/Article/shengchanjs/201008/Article_35143_4.html注漿材料注漿材料是在地層裂隙和孔隙中起充填和固結(jié)作用的主要物質(zhì)，它是實現(xiàn)堵水或加固作用的關(guān)鍵。注漿材料可分為顆粒漿液和化學(xué)漿液。 目前應(yīng)用的顆粒性注漿材料主要有單液水泥漿、粘土水泥漿、水泥-水玻璃漿。我國在20世紀90年代粘土水泥漿的成功應(yīng)用使注漿技術(shù)從注漿材料的“

17、水泥時代”進入了“粘土時代”，與單液水泥漿相比，粘土水泥漿具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢：一是漿液的成本低，僅在水泥用量上，就比單液水泥漿節(jié)省70%80%；二是注漿工期縮短40%60%，并能為凍結(jié)注漿鑿井三同時作業(yè)創(chuàng)造條件，大大縮短煤礦井筒的建設(shè)周期。近年來隨著井筒建設(shè)深度的增加，特別是在煤炭供需關(guān)系日益緊張的情況下，煤礦井筒建設(shè)任務(wù)更加艱巨，粘土水泥注漿的經(jīng)濟優(yōu)勢得到了有效發(fā)揮。水泥-水玻璃漿液，亦稱C-S漿液。它是煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所在60年代后期開發(fā)的，以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定比例采用雙液方式注入，必要時加入速凝劑和緩凝劑所組成的注漿材料。其性能取決于水泥漿水灰比、水玻璃濃度和加入

18、量、漿液養(yǎng)護條件等。 化學(xué)漿液近似真溶液，具有一些獨特性能，如漿液粘度低，可注性好，凝膠時間可準確控制等，但化學(xué)漿液價格比較昂貴，且往往有毒性和污染環(huán)境的問題，所以一般用于處理細小裂隙和粉細砂層等顆粒漿液無法注入的地層。張延穎:葛泉礦煤層高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤技術(shù)探索 長期以來，在華北地區(qū)開采受奧灰水威脅的9號煤資源，一直是煤炭行業(yè)面臨的難題，雖開采才甚眾，卻全部因遭受水害而中止。由冀中能源控股的金牛能源葛泉礦與煤炭科學(xué)研究總院西安研究院共同完成的葛泉礦東井雙層復(fù)合高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤綜合防治水技術(shù)，使這一技術(shù)得到解決。并形成了一整套以煤層底板注漿改造為主體的帶壓開采綜合

19、防治水技術(shù)，被專家評定為“達到了國際先進水平”。 能源意識 使創(chuàng)新觸角向下組煤延伸 金牛能源葛泉礦，年設(shè)計能力為60萬噸，開采煤層為2號、2號下、5、7號、8號及9號煤層，1989年投產(chǎn)以來，一直在2號、2號下、5號煤層進行生產(chǎn)。由于地質(zhì)構(gòu)造,使該礦井田南翼F13斷層的東北部分抬起，構(gòu)成了獨立塊段，下組煤賦存較淺，其9號煤層厚度為4.89m，儲量為892.4萬噸。下組煤距奧陶紀灰?guī)r很近。奧陶紀灰?guī)r為強含水層，水壓很高。開采下組煤如同在灌滿水的劣質(zhì)容器上從事生產(chǎn)，稍有不慎，碰破容器，強大的水壓便會把礦井淹沒，其風險性極高。但強烈的能源意識和科學(xué)創(chuàng)新精神，卻使他們瞄準了這個極具挑戰(zhàn)意義的課題進行了

20、不懈探索。分析資料，他們發(fā)現(xiàn)這塊煤層距奧灰頂面的隔水層厚度為3855m，奧陶系灰?guī)r水水位標高為+40m左右， -150水平煤層承受的水壓為1.9 Mpa。如果對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層進行注漿加固改造，并采取有效的高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤配套防治水措施，-150水平以上的下組煤即可具備高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤的水文地質(zhì)條件。也正是基于這些原因，金牛股份公司于2006年，投資1.49億元，在這塊煤層中新建了可年產(chǎn)30萬噸煤炭的葛泉礦東井,以科學(xué)的態(tài)度、攻關(guān)的精神把創(chuàng)新的觸角向下組煤延伸。試采區(qū)走向長約2200m，傾斜寬約1900m，面積3.8km2。位于試采區(qū)西側(cè)的首采工作

21、面1192的直接充水水源為9號煤層底板下伏本溪灰?guī)r含水層和頂板大青灰?guī)r含水層，其中本溪灰?guī)r含水層由于厚度較大（平均7.59m），富水性強，且與奧陶系灰?guī)r含水層之間存在密切的水力聯(lián)系。要確保試采圓滿成功,就必須在巷道掘進階段，應(yīng)該對煤層底板導(dǎo)水通道進行精細探查；在工作面回采前，對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層進行注漿加固與改造；在工作面回采過程中，還應(yīng)對底板水害及采動破壞深度進行監(jiān)測。為此,該礦將首采 1192工作面防治水工作的基本思路確定為：在巷道掘進階段，對頂板大青灰?guī)r含水層進行合理受控疏放，對掘進頭前方垂向?qū)畼?gòu)造進行探查并對薄弱區(qū)段進行超前預(yù)注漿；在工作面回采之前，對煤層底板進行注漿加固

22、，補強其阻水性能。同時，對本溪含水層進行全面注漿改造，將其改造為相對隔水層；在工作面回采過程中對工作面底板水害和煤層底板采動破壞深度進行動態(tài)監(jiān)測,預(yù)防突水災(zāi)害，實現(xiàn)工作面的安全回采。 透徹分析 對首采面進行正確評價 河北金牛能源集團葛泉礦高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤的試采工作面1192，為傾斜長壁工作面，傾向長約400m，走向?qū)?5m，工作面巷道均沿9號煤層底板掘進，煤厚46m，傾角約10，在工作面巷道掘進階段，共揭露斷層9條，其中，落差在5m以上的斷層1條，落差均小于2m斷層8條，斷層發(fā)育密度約0.8條/100m，且干燥無水。 1192工作面采用綜合放頂煤開采工藝，頂板管理方式為全部垮落

23、法。1192工作面底板至奧灰含水層的隔水巖層為由淺部向深部逐漸增大， 厚度為4145m，其中，切眼附近為4142m，停采線附近為4445m。巖性以粉砂巖、細砂巖、灰?guī)r和鋁土質(zhì)泥巖為主，其中，粉砂巖、細砂巖占總厚度的75%左右；本溪灰?guī)r厚度占總厚度的18%強；泥巖厚度占總厚度的5%左右?？茖W(xué)認為，這種軟硬相間具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)在未受構(gòu)造破壞的情況下，具有較好的阻水性能。但本溪灰?guī)r含水層與奧陶系灰?guī)r含水層之間的隔水層厚度最薄處僅為8m，卻很容易受構(gòu)造破壞使二者發(fā)生水力聯(lián)系，使本溪灰?guī)r含水層局部富水性增強，進而使隔水層的阻水性能下降。為安全完成首采面試采，他們通過鉆探和對本溪灰?guī)r水顯示出奧陶系

24、灰?guī)r水的水文地質(zhì)特征進行分析，在掌握了1192工作面9號煤底板至本溪灰?guī)r間距為14.6-23.7m，巖層結(jié)構(gòu)以粉砂巖、砂巖為主，裂隙發(fā)育程度較高，阻水性能一般，底板裂隙發(fā)育方向多為30-35，本溪灰?guī)r承壓水在局部地段存在原始導(dǎo)升高度，底板裂隙密集發(fā)育段可直接到9#煤底板等相關(guān)數(shù)據(jù)后，認為工作面開采過程中存在有本溪灰?guī)r水沿導(dǎo)水裂隙上升，并突破9號煤層底板對井巷工程充水的危險性，及工作面本溪灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r含水層之間隔水層，存在奧灰水垂向越流補給現(xiàn)象或其它形式的補給方式后，他們又根據(jù)1964至2002年38年奧灰水位動態(tài)觀測統(tǒng)計資料，及工作面附近奧灰孔實測水位標高，以及采動對底板擾動破壞深度等方面

25、，對組織力量對工作面的高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤安全評估 ，對工作面的突水系數(shù)進行計算，在得出大部分區(qū)域相對安全的結(jié)論后。他們又根據(jù)巷道掘進階段的井下鉆探成果，即：1192工作面底板下伏本溪灰?guī)r含水層與奧陶系灰?guī)r含水層之間存在水力聯(lián)系，大多數(shù)區(qū)段本溪灰?guī)r含水層與奧陶系灰?guī)r含水層水位一致，本溪灰?guī)r含水層富水性較強并普遍發(fā)育5-10m的導(dǎo)升裂隙。本溪灰?guī)r含水層與9號煤層之間隔水層平均厚度只有18m， 12m的煤層底板采動破壞深度和5m的本灰水導(dǎo)升高度，使得9號煤與本溪灰?guī)r含水層之間有效隔水層厚度只有1m，突水系數(shù)高達2MPa/m，進行分析，認為：這種復(fù)雜的水文地質(zhì)條件會嚴重威脅礦井安全，只有

26、通過人工干預(yù)的方式補強隔水層的阻水性能，改造本溪灰?guī)r含水層為相對隔水層，才能預(yù)防底板突水，實現(xiàn)帶壓回采。也正是對首采區(qū)工作面的正確評價，使他們在措施制定上有了具體而又充分的依據(jù)，也為高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤奠定了堅實基礎(chǔ)。 嚴密組織 多管齊下進行綜合探查為安全開采9號煤資源，河北金牛能源集團葛泉礦在公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，自2006年起，多種技術(shù)手段并用，分礦井上下，以三維地震探測、瞬變電磁從地面探測工作面的內(nèi)部構(gòu)造和底板隔水層構(gòu)造；以直流電法、瞬變電磁、電測深、坑透和音頻電透視等方法對試采區(qū)的煤層構(gòu)造、煤層底板的富水區(qū)段和巷道前方、巷道側(cè)方的富水性，及本灰、奧灰水的原始導(dǎo)高、已掘巷道底

27、板的富水性進行探查，并對工作面底板隔水層富水區(qū)段的注漿效果檢驗，較好地指導(dǎo)了工作面的布置設(shè)計及采掘過程中防治水工程技術(shù)的實施。 通過三維地震，他們成功實現(xiàn)了對9號煤層底板等高線及斷層位置等相關(guān)數(shù)據(jù)控制的基本準確；通過地面瞬變電磁，他們實現(xiàn)了對9號煤底板到奧灰頂面的隔水層厚度、薄弱點發(fā)育情況的圈定和本溪灰?guī)r隔水層富水性等相關(guān)數(shù)據(jù)控制的基本準確。而在通過直流電法對巷道頂、底板浸水區(qū)段進行超前探測時，由于頂板大青灰?guī)r含水層對探測效果干擾和電法測量的多解性，則使局部巷道段出現(xiàn)了假異常。為此，他們又通過經(jīng)驗積累，改善探測方法，在最終取得了理想效果后，又通過坑透對工作面的構(gòu)造發(fā)育情況進行檢驗，并印證了工作

28、面內(nèi)部沒有發(fā)育大于1/3煤層厚度的斷層及陷落柱后，為謹慎起見，他們又通過井下音頻電透視對工作面構(gòu)造發(fā)育情況進行再次檢驗，進一步堅定了自己的信心。但高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤是一項極為嚴密的科技工作，為確保探查的準確和開采過程的安全，在首采1192工作面的巷道掘進過程中，他們又將掘進頭前方煤層底板導(dǎo)水構(gòu)造的探查作為防治水工作的重點，以“有疑必探，先探后掘”為原則，以“物探先行，鉆探驗證”為手段。應(yīng)用綜合防探技術(shù)，在巷道掘進前，以直流電法對掘進頭前方的水文地質(zhì)情況進行超前探測，并在遇到低阻異常區(qū)后，采用鉆探手段進行探查驗證，進一步查明導(dǎo)水構(gòu)造，再以注漿加固的方式進行治理；如未遇低阻異常區(qū)，他

29、們便以20m以上的超前探測距離正常掘進，使巷道掘進較好地處在相對安全的保護之中。而對于已成巷道的可疑段底板和側(cè)幫，他們也沒有放任不管，并堅持進行了直流電法垂向和側(cè)向雙重探測，對可疑的垂向?qū)畼?gòu)造一旦確認，即迅速進行注漿加固，進而使巷道底板及側(cè)幫的滯后突水得到有效防止。 正視困難 精確制定防治水路線為將高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤的風險性降到最低，并保證首采工作面順利采出，河北金牛能源集團葛泉礦在通過對試采區(qū)9號煤首采工作面1192進行認真的高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤條件評價后，將工作面的防治水工作劃分成工作面掘進前、巷道掘進、工作面回采前、工作面回采4個階段。并根據(jù)各個階段的具體情況

30、，將防治水工作的側(cè)重點分別放在了下列方面： 工作面掘進前，在地面進行三維地地震和瞬變電磁綜合勘探，并完善礦井的防排水系統(tǒng)。同時對頂板水進行合理疏放。在巷道掘進階段，繼續(xù)對頂板水進行合理疏放。同時采用直流電法進行超前探測，并采用鉆探進行探測驗證。得到證實后，對巷道底板進行注漿改造。在工作面回采前，對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層進行全面注漿改造，并對注漿效果采用坑透、音頻電透視、瞬變電磁進行有效檢驗，對不符合要求的地段進行補充注漿。在工作面回采階段，對常規(guī)水文地質(zhì)情況進行全天候監(jiān)測，并及時預(yù)報工作面生產(chǎn)過程中的出水情況。防治水工作的技術(shù)路線制定之后，為確保技術(shù)工作的順利實施，他們又綜合國內(nèi)外眾多

31、資料，即：目前用于煤層底板注漿加固與改造的注漿材料主要有單液水泥漿類、水泥-粘土類、水泥-砂漿類、水泥水玻璃類、水玻璃類、砂礫石等骨料類以及有機化學(xué)材料類等，煤層底板注漿加固與改造技術(shù)一般的施工工藝為：分析與探查注漿工程的水文地質(zhì)條件；注漿方案設(shè)計；建立注漿站；施工注漿孔；注漿系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)并對管路進行耐壓試驗；鉆孔沖洗與耐壓試驗；造漿注漿；觀測與記錄；注漿結(jié)束；封孔；關(guān)閉孔口閥門、拆洗孔外管路及設(shè)備；分析檢查注漿效果等12個步驟進行分析從四方面展開了工作。即：建立完善的排水系統(tǒng)，以最大限度地保證礦井的排水能力；疏降為主、疏堵結(jié)合，在可控的前提下對頂板大青灰?guī)r水進行有效疏放；有疑必探，先治后掘，對

32、煤層底板垂向?qū)畼?gòu)造進行有效探查，并對巷道底板進行超前預(yù)注漿；先治后采，對工作面底板潛伏導(dǎo)水構(gòu)造進行注漿加固，并對本溪灰?guī)r含水層進行全面注漿改造和效果檢驗；在回采過程中對底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層，及煤層底板破壞深度和突水征兆進行全程的動態(tài)監(jiān)測，進而使既定的防治水路線得到了有效落實。 全力推動 對煤層底板進行全面改造河北金牛能源集團葛泉礦在高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤上針對9號煤 “一薄、二強、三高” 的水文地質(zhì)特點，采用先進的注漿工藝、優(yōu)化注漿孔布置方案，加固煤層底板隔水層，對垂向?qū)严逗蜆?gòu)造進行封堵，補強其阻水性能；全面改造本溪灰?guī)r含水層為相對隔水層，對導(dǎo)（富）水溶隙進行封堵，有效阻

33、隔了煤層底板下伏高壓奧灰水導(dǎo)升裂隙的向上延伸。 為使注漿改造取得預(yù)期效果，他們根據(jù)煤層底板的采動破壞深度，將注漿加固的目的層確定為煤層底板下10m至本溪灰?guī)r底板下2m的含導(dǎo)水構(gòu)造，進而使注漿目的層實現(xiàn)了定位準確；在對于至關(guān)重要的注漿孔布置上，他們又采用了漿液擴散半徑20m，注漿加固范圍內(nèi)鉆孔終孔間距40m以下等方法。并在實際操作中，使鉆孔的裸孔段盡可能多的穿過注漿加固的目的層段，使鉆孔方向盡可能垂直于構(gòu)造裂隙的發(fā)育方向，給漿液向垂直裂隙帶擴散創(chuàng)造條件。同時，他們還對工作面的切眼位置、初次來壓位置、周期來壓位置，以及巷道直接底板兩側(cè)10m、停采線附近、物探異常區(qū)及構(gòu)造發(fā)育區(qū)段進行了重點加固與改造

34、。 在注漿系統(tǒng)選取上，他們根據(jù)東井注漿量大、注漿范圍廣、注漿時間長等實際情況，選用了具有風動下料、射流造漿、制漿過程自動跟蹤控制，粘土、水泥注漿量自動計量、注漿密度自動監(jiān)測等優(yōu)點，并可井上下聯(lián)合注漿的先進系統(tǒng)。并在工藝和流程上，應(yīng)用了三階段漸進式動態(tài)注漿工藝。即：注漿封堵與充填較大的含導(dǎo)水裂隙；加密注漿，對第一階段尚未充填或封堵效果不理想的導(dǎo)水裂隙進行充填與封堵；補充注漿，對前兩階段遺漏的含導(dǎo)水裂隙進行封堵。同時，在注漿改造過程中他們還堅持兼顧相鄰工作面的底板預(yù)注漿。在動態(tài)分析和注漿流程的優(yōu)化上，他們通過不斷積累鉆孔涌水量、初見本灰深度、注漿量等數(shù)據(jù)，針對分析結(jié)果確定下一步重點注漿區(qū)段，共施工

35、注漿鉆孔195個，其中：前期48個，中期加密71個，后期補充及檢驗76個，鉆探總進尺12134.3m，注入水泥12915.85 t，從而使1192工作面的底板注漿面積達到40000m2，注漿孔密度達到205m2/孔，鉆孔平均間距達到10m左右；實現(xiàn)更加理想的注漿效果。 在驗證注漿效果上，他們在采用綜合檢測手段對工作面底板進行全面注漿加固與改造后，采用電測深和音頻電透視技術(shù)對注漿加固效果進行了檢驗，并對仍然存在的物探異常區(qū)進行了鉆探驗證，對驗證存在的注漿薄弱區(qū)段補充注漿。期間，共抽檢注漿孔個數(shù)近40%，發(fā)現(xiàn)單孔涌水量均小于15m3/h； 75%的區(qū)段初見本灰水深度大于15m，初見本灰水量小于3m

36、3/h。1192工作面的底板經(jīng)過全面改造，已較好地符合了開采條件。并安全采出后，他們又對1190工作面的注漿工程進行優(yōu)化，使底板注漿面積達到58000 m2，注漿孔密度達到464m2/孔，鉆孔平均間距達到15m左右，并抽檢注漿孔30%。當發(fā)現(xiàn)單孔涌水量均小于20m3/h，80%的區(qū)段初見本灰水深度大于15m，初見本灰水量小于3m3/h后，即進入回采，目前1190工作面已經(jīng)安全回采250m。 大膽探索 形成底板注漿改造的量化指標 河北金牛能源集團葛泉礦在高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤上，對鉆孔布置、注漿材料選擇和制漿工藝進行大膽探索，并成熟了本區(qū)9號煤層底板注漿改造的量化指標，使這一技術(shù)得到了

37、發(fā)展。在鉆孔布置上，他們以注漿孔單孔由孔口管（108mm）、止水套管（89mm）和裸孔注漿段（75mm）組成，裸孔注漿段長度和鉆孔傾角及孔口管、套管長度在符合相關(guān)規(guī)程的基礎(chǔ)上，因鉆孔位置巖性、水壓以及初見水量大小而不同，止水套管埋深在煤層底板下610m，終孔位置為穿過本溪灰?guī)r底2m為鉆孔結(jié)構(gòu)，并從9個方面進行了把握。即：漿液擴散半徑20m，終孔位置間距應(yīng)不大于40m；目的層為煤層底板下10m至本溪灰?guī)r底板下2m的含導(dǎo)水構(gòu)造；鉆孔裸孔段盡可能多的穿過注漿加固的目的層段；鉆孔方向盡可能垂直于構(gòu)造裂隙發(fā)育方向；對物探異常區(qū)、斷層帶有所側(cè)重；在工作面切眼位置、初次來壓位置、周期來壓位置、巷道直接底板兩

38、側(cè)15m范圍內(nèi)和停采線附近重點加固；鉆窩位置設(shè)在利于排水、通風、逃生和圍巖相對完整的區(qū)段；注漿鉆孔一般布置在利于施工與運輸?shù)南锒危焕矛F(xiàn)有巷道對其兩側(cè)相鄰工作面底板進行注漿改造降低成本。在注漿材料選擇和制漿工藝上，為了保證漿液質(zhì)量的穩(wěn)定性、可控制性和注漿改造工程質(zhì)量的可靠性，初次采用大面積注漿工藝對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層進行全面注漿改造中，采用425標號純水泥漿灌注。在首采工作面取得經(jīng)驗的基礎(chǔ)上逐步研究適合本區(qū)水文地質(zhì)特點，選用價格低廉、易于取材的替代材料，并在地面建成了由粘土造漿系統(tǒng)、水泥下料系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、跟蹤控制計量系統(tǒng)及灌注系統(tǒng)組成的注漿站。其中：水泥下料系統(tǒng)包括散裝水泥罐、調(diào)

39、速螺旋機、壓風機、氣動閥門、電磁閥等組成，采用風動下料方式。制漿系統(tǒng)包括射流泵、射流造漿器、吸漿池、攪拌機等組成，采用射流造漿方式；跟蹤控制計量系統(tǒng)由微機、計量螺旋機、電磁流量計、轉(zhuǎn)換控制柜等組成。由電磁流量計計量產(chǎn)生的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換放大后輸入微機，微機根據(jù)標定的初始參數(shù)和漿料系數(shù)確定水泥下料量，由變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)計量螺旋機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)漿料的自動跟蹤控制。在量化指標的確定上，他們以鉆孔密度、檢查孔個數(shù)、單孔涌水量和見本灰水深度作為注漿效果評價的量化指標，并以注漿孔密度達到450 m2/孔，鉆孔平均間距小于15m； 檢查孔個數(shù)占注漿孔個數(shù)的30%以上；檢查孔單孔涌水量小于20m3/h；80%的區(qū)段初見

40、本灰水深度大于15m，初見本灰水量小于3m3/h進行高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤量化評價，進而使底板注漿改造更好地實現(xiàn)了科學(xué)有效。 完善工藝 成熟煤層底板注漿改造技術(shù) 河北金牛能源集團葛泉礦9號煤層底板注漿改造技術(shù)上完善工藝和流程，并采用“動態(tài)分析法”進行效果評價，在“一薄、二強、三高”的水文地質(zhì)條件下，較好地成熟了這一技術(shù)。 在注漿的工藝流程上，他們將鉆探和注漿次序分為三個階段，即均勻布孔，全面注漿；有針對性加密注漿；檢驗和補充注漿。并在注漿材料與配比上采用純水泥漿液灌注，漿液濃度由稀到濃，結(jié)束時又略變稀，在吸漿量小于35L/min，穩(wěn)定在2030min后即掃孔下鉆進行下一孔段的注漿。注

41、漿結(jié)束，對注漿孔予以封閉，并進行壓水試驗。為保證注漿工藝的順利實施，他們還制定四方面技術(shù)要求。即：當注漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少或吸漿量不變，壓力均勻升高時，注漿工作應(yīng)持續(xù)下去，并不得改變水灰比；改變漿液水灰比后，如注漿壓力突增或吸漿量突減，立即查明原因進行處理；注漿前后及注漿時都必須觀測鄰孔的水量、渾濁度及水位變化情況，以判斷或發(fā)現(xiàn)鉆孔串漿，便于及時處理；當注漿孔段已經(jīng)用到最大濃度的漿液，吸漿量仍然很大，孔口壓力無明顯上升或發(fā)生底鼓及底板裂隙漏漿時，采用間歇式注漿仍然出現(xiàn)吸漿量不減，壓力不升的情況下可以考慮添加速凝劑或注砂、碎石、石渣等骨料。 在注漿過程中，采用“動態(tài)分析法”對各階段單孔

42、涌水量、本灰導(dǎo)升高度、注漿量變化情況進行分析，在評價與總結(jié)上一階段注漿改造效果的同時，對下一階段注漿的重點區(qū)段、重點層段進行分析，根據(jù)分析結(jié)果適時調(diào)節(jié)鉆孔布置的位置與方向，從而使實現(xiàn)本溪灰?guī)r含水層富水性變?nèi)?，單孔涌水量大幅度減少,在后期檢查孔注漿之前，整個工作面已經(jīng)沒有涌水量大于20 m3/h的鉆孔；本溪灰?guī)r水導(dǎo)升高度明顯降低，75%的后期檢查孔初見本灰水深度在15m以下，初見本灰水量在3m3/h以下；單孔平均注漿量的迅速減少，水泥漿液已經(jīng)占據(jù)了絕大多數(shù)儲水空間，進而為工作面開采創(chuàng)造了條件。綜合1192工作面高承壓巖溶含水層上帶壓開采下組煤防治水技術(shù)的研究成果的特點：克服了本灰與奧灰之間隔水層

43、??；奧灰?guī)r溶發(fā)育，巨厚、富水性極強；本灰厚度大、巖溶裂隙發(fā)育、與奧灰之間存在水力聯(lián)系，富水性較強；奧灰水壓高、突水系數(shù)高、本灰導(dǎo)升高等“一薄、二強、三高”的水文地質(zhì)特點，通過人工干預(yù)的方式補強隔水層的阻水性能，改造本溪灰?guī)r含水層為相對隔水層，使1192工作面不發(fā)生底板突水得到避免，實現(xiàn)了安全帶壓回采。磁縣梓龍?zhí)斐擅簶I(yè)有限公司主立井壁后注漿來源: 中煤鉆探注漿公司 加入日期:2010-3-3 點擊率:213磁縣梓龍?zhí)斐擅簶I(yè)有限公司主立井壁后注漿 該礦井位于河北省磁縣岳城鎮(zhèn)界內(nèi)，界段營村西北約0.8km處，北距峰峰礦區(qū)12.5km，東距岳城鎮(zhèn)3 km。礦井筒設(shè)計凈直徑4.2m，凈斷面積13.85m

44、2，井筒深度480m。井筒支護形式：表土及基巖風化段175m（包括壁座1m），采用凍結(jié)法施工，設(shè)計為雙層素混凝土井壁，內(nèi)外井壁厚度均為350mm，混凝土強度等級為C20；基巖段175m至271m，設(shè)計為單層素混凝土支護，支護厚度為350mm，混凝土強度等級為C20。271m至480m支護厚度為400mm，混凝土強度等級為C30。 在175m至271m主要為紅砂巖及頁巖，井筒涌水量約 10m3/h。為了降低井筒涌水量、加固井壁，減輕下段施工的難度，保證注漿安全順利進行，所以對單層井壁175m以下至271m段進行壁后注漿。 磁縣梓龍?zhí)斐擅簶I(yè)有限公司立風井壁后注漿工程注漿段高96m，共布置27圈，每

45、圈布置5個注漿孔，共計135個注漿孔。注漿孔深度為1.5m2m。本次注漿量為73.18m3,其中水泥56.05m3、水玻璃為17.13m3。注漿材料消耗：水泥42.85 噸,水玻璃24.95噸。注漿工程結(jié)束后，實測涌水量為1 m3/h，符合合同要求。磁縣梓龍?zhí)斐擅簶I(yè)有限公司立風井壁后注漿工程已全部竣工，經(jīng)過甲方和監(jiān)理單位進行驗收，工程質(zhì)量符合礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范的要求，能滿足安全生產(chǎn)的需要。 一、 注漿方案 該井筒出水點不集中，井筒深，靜水壓力較小，出水點多。因此，給注漿帶來一定難度，采用直接對井壁注漿，分兩步進行。第一步先注含水層；第二步補注出水點。這樣封堵后一定距離的全部含水層裂隙。

46、切斷含水層與井壁之間的水力聯(lián)系，進而達到降低涌水量，加固井壁的目的。 1、注漿總形式：注漿總體形式采用上行式。即先注最下段，然后依次向上；最后補注獨立出水點，完成整個注漿任務(wù)。 2、注漿起止深度：主井壁后注漿深度為220m。重點注漿部位是： （1）第四系上部流沙層段；（2）侏羅系中部中粒砂巖段；（3）侏羅系下部礫巖層段 3、鉆孔布置及工程量： （1）鉆孔布置方式：本次注漿以堵水為目的，且以堵含水層水為主要對象。由于涌水量較為分散，裂隙連通較強，鉆孔布置呈層狀，鉆孔間排距3m3m，需布置鉆孔50個，機動鉆孔10個。共需布置注漿鉆孔60個。（2）鉆孔深度：每個鉆孔設(shè)計深度為0.7m左右（穿過井壁），鉆探工程量5