《《3煤矿水害防治技术2》-精选课件（公开PPT）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《3煤矿水害防治技术2》-精选课件（公开PPT）（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.5 注浆堵水技术 4.5.1 概述 注浆堵水就是将水泥浆或化学浆通过管道压人并下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不远水性，达到封堵截断补给水泥和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。,注浆堵水作为一项治水手段应用于煤矿安全生产，在20世纪50年代中期首先应用于山东淄博和河北开滦。 进入60年代后期，我国才广泛使用注浆技术方法综合治理矿井水害。 目前主要应用于以下几个方面： (1)对有强补给水源的突水点注浆堵水，冶水复矿，并相应查明突水原因和条件。,(2)与疏放水结合，对查明的进水边界或通道，进行帷幕截源注浆，改造自然条件，减少矿井涌水量
2、。 (3)对导水钻孔进行地面启封注浆或井下注浆。 (4)对导水陷落柱或其他垂直导水通道，进行针对性注浆。,注浆工作程序 (一)注浆材料 注浆材料的选择应根据堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投资多少等因素决定。,(二)具体注浆工作步骤 1注桨段高和注浆方式 注浆段高是指一次注浆的长度，可分为全段一次注浆和分段注浆两种。前者是将注浆孔钻至终孔后一次注浆，适用于含水层距地表近且厚度不大、裂隙发育较均匀的岩层。其优点是一次钻进、一次完成注浆，缩短施工时问；缺点是段高大时不易保证质量。,当注浆深度较大，穿过裂隙大小不同的多个含水层时，在一定注浆压力下，为防止浆液在大裂隙扩散 远、小裂隙扩散近，
3、上部岩层的裂隙进浆多、下部岩层裂隙进浆少，应采用分段注浆。 段高可按岩层破碎程度划分我国经验数据是： 极破碎岩层一般为5m10m；破碎岩层为10m一15m； 裂隙岩层为15m一30m；重复注浆可取30 m一50 m；,注浆方式是指注浆顺序，分下行式和上行式两种，自上而下依次注浆称下行式注浆，即从地表钻进含水层。钻一段孔注一段浆，反复交替，直至全深。该方式适用于岩层破碎或裂隙发育的地层。自下而上的注浆称上行式注浆，即注浆孔一次钻进到注浆终深使用止浆塞，自下而上逐段注浆。该方法适用于岩层较稳定、垂直节理不发育的地层。,2注浆前压水 目的在于将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外，从而提高注浆质
4、量和堵水效果。对于大裂隙，压水时间为10min-20min；中小裂隙，则需15min-300min或更长一些。压水时压力应由小增大，最大不得超过注桨终压； 3下放止浆塞及注浆 止浆塞放至规定位置后，接好输浆管，压缩放塞止浆并经压水试验检查好，即可进行注浆。,(三)注浆参数 (1)浆液扩散半径。裂隙中浆液的扩散半径随岩石的渗透系数、注浆压力、注入时间的增加而增大，随浆液的浓度和熟度的增加而减小。据现场经验，岩溶地层注浆，浆液平均扩散半径为10m一15m，裂隙地层平均为4m8m。 (2)注浆压力。,(3)浆液注入量。根据扩散半径和岩石裂隙率进行粗略计算，公式为： 式中：Q浆液注入量，m3； r浆液
5、扩散半径，m； n裂隙率，； H注浆段高，m； 浆液在裂隙内有效充填系数，0.9-0.95 A浆液消耗系数，一般取1.2-1.3,(4)注浆结束标准。一般是用两个指标表示：一是最终吸浆量，即注浆注至最后的允许吸浆量；另一个是达到设计压力时 (即终压时)的持续时间。,4.5.2 注浆堵水技术在受淹矿井的快速恢复中的应用,矿井淹没不仅给矿山带来资财以至生命的损失，而且会直接打乱国家经济计划。 为了最大限度地减低淹井造成的损失，30余年来，用强排、先堵后排、先排后堵等多种方法及时恢复了大多数被淹没的矿井。 一旦矿井遭遇水患淹没，加快封堵突水点和快速排水恢复生产是紧要的。,要实现快速封堵，达到抢险救灾
6、的目的，首要的是准确判断突水点位置。突水点位置确定后，注堵部位的选择和注堵钻孔的布置是实现快速堵水的关健。 快速注堵突水点和排水恢复工程要寓于一个完整的恢复方案中，一个技术可行、经济合理、切合实际的方案是快速注堵和排水恢复工程成功的保证。,一、被淹矿井恢复方法的确定 由于我国煤矿床水文地质条件复杂，加之排水、防水以及管理等条件的影响，矿井被淹的事例时有发生。在数十次遭淹矿井的恢复中积累了不少经验。被淹矿井的恢复，应根据该井水文地质条件的复杂程度、地下水动静储量的大小及技术设备等条件，采取强排疏干或堵的方法。或者分先排后堵、先堵后排两种。,被淹矿井的恢复方案必须在弄清当地的地质、水文地质条件的基
7、础上，结合现有及可能有的技术设备、安装条件、电源，并考虑对邻近矿井的影响等情况，在进行不同方案的技术经济比较后方能确定。确定时应考虑下列主要因素。,1、被淹矿井地质特征及突水点情况的了解程度 2、突水水源的富水程度 3、对临近矿及阑附近供水水源的影响 4、电源、技术设备及安装条件 5、突水点的位置及地下水的特点 6、经济合理性,采用先堵后排的条件： (1)区内断层发育较少，互不沟通，导水性及含水性弱。隔水层厚，岩性致密，分布较稳定，强度较大； (2) 突水水量大； (2)电源、技术设备不足； (4)井巷断面小； (5)淹井水源与附近供水水源相联系； (6)预计排水所用时间比注浆时间长得多，而且
8、成本也高得多。,采用先排后堵的条件： (1)区内断层发育少，且互不沟通，导水性及含水性弱，隔水层厚，岩性致密，分布较稳定且强度较大； (2)突水水量较小，或者突水量虽然大，但能具有相应的排水设备； (3)电源、技术设备及井巷断面能满足排水和安装需要； (4)突水点多、面广，且埋藏深， (5)井下测量资料不正确，无法圈定出水地点。,采用强排疏降法的条件： (1)区内断层繁多，互有沟通，导水性及含水性较强，隔水层破碎，分布不稳定，不能保证隔水作用， (2)突水水量较小，易被疏干，或水压大，为了今后生产的安全，必须把水头降至一定高度； (3)被淹矿井与相邻矿井为同一水源或与淹没矿井的充水水源有联系时
9、，以联合排水为宜； (4)电源、技术设备、井巷断面均能满足需要； (5)经济上合理。,二、先排后堵法恢复被淹矿井以井陉三矿为例 井陉三矿始建于1918年。日本侵华时期，1942年6月23日，一号井北部1200m处在四层煤的掘进过程中，奥灰水通过断层突入井巷，突水量达68m3min，突水后两小时井底中央泵房浸水，全井掩没。淹没后日方曾采取先堵后排方法复矿，从地面打了14个钻孔，并注入煤和细砂混合料，未能成功。解放前先后两次改用强排法复矿，均因泵量不足而未能成功。1958年采用先排后堵方案才使淹没14年的井陉三矿重获新生，复矿后已安全生产了千余万吨优质焦煤。,三、先堵后排法恢复被淹矿井及其有关问题
10、 经验证明，通过地面钻孔注入水泥浆及其它固料封住坑下的突水点，将突水水源与井下硐室隔绝开来，而后排除矿井内的静水水体，是恢复突水量很大或排水设备不足的被淹矿井的有效方法。 现就静水条件下注堵的有关问题进行讨论。,1、堵水部位的探查、选择及法浆孔的布置 淹井突水点的探查 注浆堵水钻孔绝大多数在地面施工，为使注浆钻孔打中欲注部位，必须将井下突水点或过水通道在地面上的垂直投影点准确地找出来，以便进行圈定，保证堵水效果。,堵水部位的选择 从一系列突水淹井实例来看，突水多发生在断层带或断层带附近的巷道及 工作面内。突水点往 往位于断层上盘，因 其与对盘之突水含水 层直接接触或极为接 近。,堵水勘探及堵水
11、钻孔的布置和钻进 采用先堵后排的方法恢复被淹矿井，从查清突水点到打中堵水部位，需有足够用来观测和试验的钻孔，钻探工作量是很大的，因此必须遵循合理的布孔原则。,2、注堵不同部位切断淹井水源恢复被淹矿井实例 (一)淄傅北大井先堵断层等夺水通道尔后排水恢复被淹矿井 淄博北大井于1935年5月13日发生奥陶系灰岩含水层突水，突水量达443m3/min，仅78小时就淹没了全并，使530余名矿工遇难。突水通道为周瓦庄断层，断层落差28-30m，断层带上宽下窄，具有良好导水性。,布置3排钻孔，第一排孔布置在断层下盘，穿过断层、徐家庄灰岩(下称徐灰)进入奥灰20m，对徐灰和奥灰注浆。第二排孔直穿周瓦庄断层，过
12、断层进入奥灰20m，对断层破碎带和奥次注浆。第三排孔位于断层上盘，穿过徐灰，在奥灰顶部过断层进入下盘奥灰15m，对徐灰断层带及奥灰注浆。,(二)焦作冯营矿先封堵合水层、断层带及煤层底板突水通路尔后排水恢复被淹矿井 焦作冯营矿西部边界为一导水的下庄断层，断距55m。井田位于断层上盘，L8灰岩与下盘富水的L2灰岩对接，大煤煤层与下盘L2灰岩垂距为38m，并对该断层留有防水煤柱 。由于五里源小煤窑违章开采了大煤煤层防水煤往，1979年11月当小煤窑开拓 距下庄断层12m 处时，底鼓突水，突水量大于37m3/min，使冯营矿全井被淹。,(三)安阳铜冶煤矿先封堵陷落往后排水恢复被淹矿井 安阳钢冶煤矿年产
13、量21万t。1965年8月25日在103工作面下顺槽打确定巷道前进方向的超前钻孔时，发生钻孔出水，初始出水量0.5m3/min，随着水流冲刷涌水逐增，12小时后水量猛增至23.3m3/min，大于该矿排水能力，至30日全井被淹。其突水水源为奥陶系灰岩含水层，突水通道为陷落柱。,(四)淮北相城煤矿先注堵巷道及突水水源，后排水恢复被淹第二水平 相城煤矿位于淮北闸何煤田西南端，东界为F5号断层，采二叠系石盒子组3、4、5煤层，矿井设计能力21万t。为了扩大生产能力东大巷需过F5号断层开采七采区。1971年当东大巷揭露F5号断层时，发生过1 m3/min的突水，l 973年5月24日突然于原突水点处发
14、生底鼓，突水量达到12.1 m3/min，超过第二水平排水能力的2.5倍，致使第二水平被淹。,这项技术是八十年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。 当煤层底板充水含水层富水性强且水头压力高，或煤层隔水底板存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法实属上策。,4.6 含水层注浆改造与隔水层加固,煤层底板注浆改造含水层，是沿工作面上下平巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰岩含水层的岩溶裂隙和导水裂隙从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水
15、或弱含水层，实现工作面不突水开采。,由于构造原因，煤层与含水层之间的隔水层常存在区域性或局部性裂隙破碎带，减弱了隔水层的阻水性能或抗水压能力。为此，在工作面回采之前，应对已探知或分析预测的隔水层破碎带进行注浆改造，以充填和加固隔水层的整体完整性，提高其防突水能力和阻抗水压的能力。,山东肥城矿区是应用这项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在，已经局部注浆和整体注浆改造九、十层煤回采工作面23个，安全采出原煤152.32万吨，取得了十分可观的经济和社会效益，如杨庄矿9507回采工作面当回采到-33米水平时，底板出水，相距230米的9505采空区出水约10m3/h，经过在五灰充水含水层打
16、孔注浆后，工作面面上水量消失，采空区水量仅剩2m3/h。,4.7 矿井防排水系统,一、矿井排水系统与防水系统 矿井排水系统与相应防水系统的建立，是煤矿安全生产必备的五大环节之一，必须符合煤矿安全规程规定之要求。多事故大水矿井在加强防治水工作的同时，必须保证煤矿防治水工作条例规定的抗灾枪险的排水能力和相应的防水系统建立，只有这样煤矿的安全正常生产才能得以保证，在水量一旦意外有所增大的情况下，才能避免淹井事故的发生，至少能争取时间撤出危险区的工作人员。,根据有关规程利条例的规定，建立的矿井排水和防水系统府该包括以下主要内容： (一)水仓 水仓容量要符合煤矿安全规程和煤矿防水工作条例的规定，保证能在一定的时间内存储一定的涌水量，以便能有缓冲时间来排除排水系统的一些偶然停运故障。它应具备下列功能： (1)有相应连接又可控制隔离的主、副仓，便于轮流清理淤泥杂物，保证水仓容量的有效性。,(2)有足够
