1、煤礦突水點(diǎn)井下動(dòng)水注漿封堵技術(shù)研究與應(yīng)用 煤礦突水點(diǎn)井下動(dòng)水注漿封堵技術(shù)研究與應(yīng)用1.概況2.礦區(qū)水文地質(zhì)特征3.突水點(diǎn)井下動(dòng)水注漿封堵設(shè)計(jì)4.井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 5.項(xiàng)目實(shí)施效果及效益分析6.結(jié)論及建議1.概況華北型煤田存在的水文地質(zhì)問題 焦作礦區(qū)水害防治理論及技術(shù)研究現(xiàn)狀 實(shí)施動(dòng)水注漿的必要性和可行性 華北型煤田存在的水文地質(zhì)問題礦井突水頻繁突水量大且時(shí)刻受到 特大型突水的威脅（如圖1-1所示）水害壓煤數(shù)量大經(jīng)常性涌水量大、排水費(fèi)用高圖1-1 我國煤礦水害分布圖 圖例：（1）華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶裂隙水水害區(qū)；（2）華南晚二疊紀(jì)煤田的巖溶水水害區(qū)；（3）東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水

2、水害區(qū)；（4）西北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；（5）西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；（6）臺(tái)灣第三紀(jì)煤田的裂隙孔隙水水害區(qū) 焦作礦區(qū)水害防治理論及技術(shù)研究現(xiàn)狀 焦作礦區(qū)除了正常留設(shè)底板隔水巖柱外，自上世紀(jì)50年代還投入了大量的人力物力，開展了一系列的防治水理論研究工作并采取了多種防治水措施。如：上世紀(jì)50年代即先后在富水礦區(qū)采用大流量水泵進(jìn)行工作；19651966年在演馬礦進(jìn)行了“天窗”漏斗的黃土注漿試驗(yàn)工作；19811982年在演馬莊礦進(jìn)行了F3斷層進(jìn)水口的注漿截流試驗(yàn)；19861988年開展了國家工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目華北型煤田奧灰?guī)r溶水綜合防治工業(yè)性試驗(yàn)的研究工作；19861990年在九里山礦

3、開展了淺部帷幕注漿截流；1995年在馮營礦開展了控放水試驗(yàn)。 實(shí)施動(dòng)水注漿的必要性和可行性煤礦井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)研究的必要性井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)研究的可行性 煤礦井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)研究的必要性減少礦井排水，相對(duì)增加礦井抗災(zāi)排水能力； 改善生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)效益 ；解放受水威脅儲(chǔ)量，減少煤炭資源損失 ；降低排水費(fèi)用；工程量少，費(fèi)用低 。井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)研究的可行性各礦井水文地質(zhì)條件已經(jīng)查明，有利于井下封堵突水點(diǎn) 煤層底板含水層注漿改造技術(shù)為突水點(diǎn)井下動(dòng)水注漿封堵創(chuàng)造了有利條件 強(qiáng)大的專業(yè)注漿隊(duì)伍是井下封堵突水點(diǎn)的有力保障 2.礦區(qū)水文地質(zhì)特征概況煤系地層與含水層 圖 2-1 礦區(qū)

4、煤系地層綜合柱狀圖 表2-1 裂隙規(guī)模分類裂隙分類性 質(zhì) 描 述大裂隙長度10km以上、落差百米以上、導(dǎo)水性能強(qiáng)的大斷層。此類裂隙貫穿于整個(gè)研究區(qū)，控制著基巖水的分布和徑流。中裂隙長度100m10km、落差20100m、較強(qiáng)導(dǎo)水性能的中等規(guī)模斷層。此類裂隙多張開性較好、與大裂隙相連，控制著大裂隙間基巖水的徑流小裂隙長度幾米幾十米、落差小于20m、具有導(dǎo)水性能的小斷層。此類裂隙分布密集、與中裂隙相連，構(gòu)成基巖水的儲(chǔ)水空間微裂隙長度在數(shù)米內(nèi)、隙寬小于3050mm的裂隙和解理。此類裂隙發(fā)育密集、連通性較好，對(duì)巖塊的儲(chǔ)水性影響較大，對(duì)基巖水的流向影響不大圖2-2 焦作礦區(qū)內(nèi)主要的大中裂隙分布表2-2

5、焦作礦區(qū)大中裂隙性質(zhì)編號(hào)名稱方向長度（m）落差（m）控 水 性 質(zhì)F1鳳凰嶺斷層EW70000200300強(qiáng)徑流帶，曾造成特大型突水，突水量320m3/minF2朱村斷層EW200007001000強(qiáng)徑流帶，巖溶發(fā)育F3九里山斷層NE700003001000強(qiáng)徑流帶，巖溶水排泄中心，泉流量720m3/minF4方莊斷層NW10000200強(qiáng)徑流帶，多次造成底板突水F5趙莊斷層NE35000300弱透水，斷層兩側(cè)水頭差70150mF639號(hào)井?dāng)鄬覰E9500170300強(qiáng)導(dǎo)水，巖溶發(fā)育，多次造成突水F73號(hào)井?dāng)鄬覰E4600279強(qiáng)導(dǎo)水，巖溶發(fā)育F8天官區(qū)斷層NE10000120300導(dǎo)水，連接

6、鳳凰嶺和朱村斷層F9中站斷層NE500060110垂向?qū)?，引起奧灰陷落柱突水，突水量89 m3/minF10王封斷層EW800060120導(dǎo)水，曾造成二灰和奧灰突水F11馮封斷層NE900080120導(dǎo)水，連接鳳凰嶺和朱村斷層F12李莊斷層NE11000100導(dǎo)水，多次引起中馬礦突水表2-2 焦作礦區(qū)大中裂隙性質(zhì) 3.突水點(diǎn)井下動(dòng)水注漿封堵設(shè)計(jì) 注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)井下注漿堵水方案 注漿材料 注漿施工的注意事項(xiàng) 注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)地面注漿系統(tǒng)井下注漿站地面注漿系統(tǒng)圖3-1 注漿站示意圖 粘土皮帶運(yùn)輸機(jī)N12型制漿流量計(jì)清水過濾測(cè)試粗漿池旋流凈化器精漿池一次攪拌測(cè)試水泥計(jì)量散裝水泥二次攪拌池水泥泵送料孔輸漿

7、管路受注層圖3-2 造漿及注漿工藝流程圖 井下注漿站水 泥攪拌機(jī)漿 池注漿泵注漿孔清 水水玻璃圖3-3 注漿工藝流程井下注漿堵水方案 壁后注漿堵水利用煤層底板含水層注漿改造系統(tǒng)注漿堵水建水閘墻堵水或建水閘墻注漿堵水通過施工注漿孔注漿堵水建止?jié){墊注漿堵水注漿材料 可按注漿材料的主劑進(jìn)行分類。無機(jī)系：單液水泥類，水泥-粘土類，水泥-水玻璃類，水玻璃類；有機(jī)系：丙烯酰胺類，鉻木素類，聚氨酯類，糠醛樹脂類，脲醛樹脂類。 表3-1 常用水泥漿的配制水灰比水泥（kg）水（L）制成漿量（m3）0.5:10.6:10.75:11:11.25:11.5:12:11200110095075065055045060

8、06607127508128259001000102610291000102910081050注漿施工的注意事項(xiàng) 注漿孔 注漿系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)及管路設(shè)施耐壓試驗(yàn) 注漿 觀測(cè)與記錄 注漿結(jié)束后壓水 洗洗孔外注漿管路及設(shè)施等 開孔口閥提取止?jié){塞或再次注漿 封孔 分析檢查注漿效果 4.井下突水點(diǎn)動(dòng)水注漿技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 壁后注漿堵水技術(shù) 利用煤層底板含水層注漿改造系統(tǒng)注漿堵水技術(shù) 建水閘墻堵水或建水閘墻注漿堵水技術(shù) 建水閘墻注漿堵水 打鉆動(dòng)水注漿堵水技術(shù) 打止?jié){墊注漿堵水技術(shù) 注漿堵水基本步驟 壁后注漿堵水主要應(yīng)用于巷道淋水。焦煤集團(tuán)公司朱村礦北區(qū)石門大巷；焦煤集團(tuán)演馬莊礦東四底板回風(fēng)巷，淋水巷道長140m，

9、涌水量120m3/h，注漿后殘余水量9m3/h，堵水率達(dá)92.5。實(shí)踐證明，壁后注漿堵水是治理巷道淋水的有效手段。 壁后注漿堵水技術(shù)圖4-1 注漿鉆孔布置圖 利用煤層底板含水層注漿改造系統(tǒng)注漿堵水技術(shù) 該堵水方法主要應(yīng)用于實(shí)施煤層底板含水層注漿改造開采工作面附近的突水點(diǎn)或煤層底板含水層注漿改造系統(tǒng)中的輸漿管路所能達(dá)到的突水點(diǎn)。該堵水方法是利用底板含水層注漿系統(tǒng)和注漿改造過程中施工的與突水點(diǎn)聯(lián)通的注漿孔或在突水點(diǎn)附近施工注漿孔，采用特殊的注漿材料和方法將突水點(diǎn)封堵。圖4-2 利用地面造漿系統(tǒng)注漿示意圖 九里山礦14041工作面煤層底板含水層注漿改造時(shí)。韓王礦25091工作面突水點(diǎn)水量5.5m3/

10、min，水壓1.8Mpa。堵水率100%。 該方法主要應(yīng)用于廢棄地區(qū)或巷道中的突水點(diǎn)堵水，是在廢棄地區(qū)與外界聯(lián)通的巷道或突水點(diǎn)巷道兩端建立水閘墻，將突水點(diǎn)用水閘墻封堵起來。對(duì)接受深層水補(bǔ)給的突水點(diǎn)，在水閘墻封好后可通過預(yù)埋注漿管對(duì)突水點(diǎn)進(jìn)行注漿封堵深層水的補(bǔ)給通道。建水閘墻堵水或建水閘墻注漿堵水技術(shù) 圖4-3 建水閘墻、放水管示意圖 演馬莊礦西大巷突水點(diǎn)于1966年發(fā)生突水現(xiàn)在水量18.5m3/min，水壓1.4Mpa，該段巷道已廢棄。朱村礦一5煤南區(qū)報(bào)廢，將水閘門關(guān)閉后，軌道巷水閘門仍漏水2.5 m3/min，每年排水電費(fèi)達(dá)50萬元，堵水率為100。 煤礦井下一些突水點(diǎn)由于受種種條件限制，其

11、他堵水方法施工困難或采用其他方法經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)，可采用施工注漿孔方法對(duì)突水點(diǎn)進(jìn)行封堵。打鉆動(dòng)水注漿堵水技術(shù) 圖4-4 動(dòng)水注漿封堵突水點(diǎn)注漿孔布置示意圖 朱村礦東北區(qū)泵房口突水點(diǎn)，水量為3m3/min，水壓1.5Mpa，突水水源為L8灰?guī)r巖溶水。 該堵水方法主要用于巷道離含水層較近或圍巖比較破碎的突水點(diǎn)。由于圍巖不能抵抗高水壓因此需要打止?jié){墊以提高圍巖的抗壓性。中馬村礦23皮帶巷突水點(diǎn)水量240m3/h，水壓1.40Mpa巷道距突水含水層僅6.5m。堵水率100%。朱村礦東北區(qū)總回風(fēng)巷三號(hào)井?dāng)鄬油凰c(diǎn)水量72m3/h，水壓1.30Mpa，水源為L8灰?guī)r巖溶水。斷層帶非常破碎，且L8灰?guī)r含水層直

12、接位于巷道，采用打鉆注漿堵水很難成功。堵水率99.92%。 打止?jié){墊注漿堵水技術(shù)（一）確定堵水部位或地段，堵住主要水源通道； （二）方案設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）確定注漿范圍、注漿層位和部位以及注漿孔、觀測(cè)孔、檢查孔孔數(shù)及其布設(shè)方式；（2）確定注漿深度，劃分注漿段，選擇注漿方式和注漿方法；（3）選擇注漿材料，提出配方試驗(yàn)要求；（4）確定注漿參數(shù)及質(zhì)量檢查和評(píng)價(jià)的方法；（5）選擇鉆探設(shè)備，確定鉆孔結(jié)構(gòu)及施工方法；（6）注漿設(shè)備選用及注漿站布置；（7）確定主要安全技術(shù)措施（含注漿操作規(guī)程）；（8）估計(jì)材料消耗量，編制設(shè)備、材料及試驗(yàn)用儀表等清單和資金概算；（9）確定施工勞動(dòng)組織與工期安排；（10）編制相應(yīng)的

13、圖件。 注漿堵水基本步驟5.項(xiàng)目實(shí)施效果及效益分析 項(xiàng)目實(shí)施效果 效益分析 減少礦井涌水量 幾年來共封堵礦井突水點(diǎn)13處，堵住水量3000m3/h。改善生產(chǎn)條件，提高資源回收率 抑制惡性水害發(fā)生，確保礦井安全生產(chǎn) 項(xiàng)目實(shí)施效果經(jīng)濟(jì)效益 通過封堵井下突水點(diǎn)工程，焦煤集團(tuán)公司礦井涌水量由過去的18000m3/h減至目前的15000m3/h，減少水量3000m3/h，每年節(jié)約排水費(fèi)用1300萬元；改善了井下生產(chǎn)環(huán)境，為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井提供了安全保證；每年安全采出煤炭215萬噸，年創(chuàng)產(chǎn)值64500萬元 。環(huán)境效益 實(shí)施封堵井下突水點(diǎn)工程后，減少了礦坑排水量，因此不但降低了環(huán)境污染程度，而且對(duì)水資源的保

14、護(hù)也起到了積極的作用。社會(huì)效益 礦井排水造成了寶貴水資源的浪費(fèi)，尤其是對(duì)于缺水地區(qū)掠奪了人們賴以生存的水資源，加劇了水資源不足的矛盾。實(shí)施封堵井下突水點(diǎn)工程后，減少了礦井排水，節(jié)約了寶貴的水資源。 效益分析6.結(jié)論及建議結(jié)論建議結(jié)論通過本項(xiàng)目研究，可得出如下結(jié)論： （1）在井下封堵突水點(diǎn)的同時(shí)，改變了地下水的流場(chǎng)，使某些突水點(diǎn)的補(bǔ)給通道受到限制，突水點(diǎn)涌水量明顯減少，變大水礦井為小水礦井。 （2）在焦作礦區(qū)進(jìn)行井下動(dòng)水封堵突水點(diǎn)工作，開創(chuàng)了礦井井下堵水的先例，具有地表堵水不可比擬的優(yōu)越性。 （3）本項(xiàng)目研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要有 在注漿堵水材料方面，選用以粘土與水泥為主的混合材料，既保證了堵水效果又降低了工程費(fèi)用。在粘土水泥漿中添加柔性阻水材料，可有效防止注漿堵水過程中串漿和跑漿；研制開發(fā)了注漿孔骨料添加器，解決了在井下封堵突水點(diǎn)注骨料時(shí)的困難；研制開發(fā)了注漿堵水的一系列骨料，依據(jù)不同水文條件， 使用從粗到細(xì)、從軟到硬的各種骨料進(jìn)行堵水；研制開發(fā)了高壓止水器，解決了注漿堵水鉆孔提前出水止水的難題；實(shí)現(xiàn)了由地表堵水向井下堵水的轉(zhuǎn)