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1、粘土水泥浆在葛泉矿东井9煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告北京中煤矿山工程有限公司煤炭科学研究总院北京建井研究分院二八年八月十二日37粘土水泥浆在葛泉矿东井9煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告编 写：王正胜 宋雪飞 袁辉审 核： 高岗荣 徐润 北京中煤矿山工程有限公司煤炭科学研究总院北京建井研究分院二八年八月十二日目 录目 录I前言11 矿井概况22 葛泉矿井地质、水文地质条件22.1 地质地层22.2 水文地质条件42.3 构造62.4 煤层72.5 隔水层分析83 矿井水害历史与现状94注浆改造的现实意义95 注浆站规划105.1 土建工程105.2 粘土上料造浆系统115.3 射流造浆系
2、统125.4 注浆系统125.5 供水系统135.6 供电系统136 CL-C注浆材料研究136.1 CL-C浆液发展历史简介136.2 CL-C浆液堵水机理146.2.1粘土水泥浆的时间稳定性和耐久性146.2.2 粘土水泥浆的可注性和流变性146.2.3 粘土水泥浆的凝结性156.3 CL-C浆液性能研究166.3.1 CL-C浆液用土分析166.3.2 浆液不同配比条件下比重、粘度、析水率的实验研究186.3.3 不同配比条件下浆体塑性强度的实验研究196.3.4 正交试验结果分析206.4 CL-C浆液的特点217 工业性试验217.1 注浆孔的布置217.2 注浆机具257.3 注浆
3、工艺257.3.1 注浆材料267.3.2 浆液比重277.3.3 注浆段长277.3.4 注浆量和注浆终压287.3.5 注浆方式297.3.6 注浆结束压力标准297.3.7 注浆质量的检查297.4 注浆成果297.4.1 注浆孔参数297.4.2 注浆成果分析297.5 注浆效果对比327.6 粘土水泥浆、单液水泥浆的适应性338 粘土水泥浆注浆经济效益分析338.1 粘土水泥浆与单液水泥浆每立方浆液用原料成本对比338.2 注浆工期效益349结论35粘土水泥浆在葛泉矿东井9煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告前言葛泉矿东井是葛泉井田下组煤试采区矿井，2007年2月8日建成投产，设计年生
4、产能力30万吨，主采9#煤。9#煤底板至本溪灰岩间距平均20m左右，底板岩层裂隙发育程度较高，本溪灰岩承压水在局部地段存在原始导升高度，底板裂隙密集发育段可直接到9#煤底板。存在本溪灰岩水沿导水裂隙上升突破9#煤层底板，造成井巷突水危害。另据探查钻孔资料显示，本溪灰岩单孔涌水量均大于50m3/h，并且疏放效果很不明显；工作面上段个别钻孔钻进至本溪灰岩含水层顶部有发生掉钻、涌水量猛增现象，单孔涌水量最大可达200m3/h（孔径75mm）；本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层水位一致，并且从水质化验资料来看，部分钻孔本溪灰岩水质已呈奥灰水质特征，可见，本溪灰岩水与奥灰水之间有一定的水力联系，所以为了矿
5、井的安全生产、煤层的顺利开采，对9#煤层底板以及本溪灰岩含水层进行注浆改造工作刻不容缓，势在必行。基于本矿井注浆改造工作的必要性和重要性以及试采区水文地质条件的复杂性，在前期试采过程中采用了注浆加固9#煤底板及9#煤下伏本溪灰岩含水层注浆堵水防治技术措施，并进行带压开采。从2006年初，葛泉矿东井便开始进行煤层底板水泥浆注浆改造工程，到目前为止已成功加固了1192、1190、1194三个回采工作面，并全部回采完毕。前期注浆工程主要使用单液水泥浆，总注入水泥3.2万吨，采出原煤63万吨。但是注浆水泥用量大、成本高。为了降低注浆改造成本、取得更好的注浆改造效果，近阶段葛泉矿对东井部分9#煤层底板以
6、及本溪灰岩含水层采用了粘土水泥浆（CL-C浆液）进行注浆改造试验。工业性试验证明，CL-C浆液成本低、悬浮性好、浆液扩散距离大，注浆堵水效果较好。所以，粘土水泥浆作为葛泉矿东井开采下组煤底板及下伏本溪灰岩注浆改造材料是完全可行的。1 矿井概况葛泉矿井位于沙河市下解村附近，东距京广铁路褡裢站10km，北距邢台市约18km。本矿井铁路专用线与京广铁路相通，公路交通四通八达，交通相当便利。葛泉矿东井为葛泉矿井田的一部分，位于葛泉井田南翼，处于大油村向斜内，F13断层以北，北以F12-1断层及9#煤露头线为界，南以F13断层为界，西以F6、F12-1为界，东以9#煤层露头线为界，走向长约2200m，倾
7、斜宽约1900m，面积3.8km2，葛泉矿东井位于西油村、大油村一带，距葛泉矿约2.5km。为葛泉矿下组煤试采区，开采水平为-150m，主采9#煤，设计生产能力为30万吨/年，矿井服务年限为18年。2004年3月5日葛泉矿东井建设项目正式开工，2006年8月1日成立葛泉矿东井，2006年9月1日开始联合试运转，2007年2月8日投产。目前葛泉矿东井已回采1192、1190与1194三个工作面。2 葛泉矿井地质、水文地质条件2.1 地质地层葛泉井田地表全为新生界地层所覆盖，根据钻孔及井巷揭露，井田内发育的地层自老至新依次为奥陶系中统马组与峰峰组；石炭系中统本溪组、上统太原组；二叠系下统山西组、下
8、石盒子组，上统上石盒子组以及第四系。现分组叙述如下： 奥陶系（O） 奥陶系中统下马家沟组（O2x）下段（O21x）：厚717m，一般12m左右。岩性为薄层钙质页岩，俗称“贾旺页岩”。中段（O22x）：厚1778m，平均47.5m。为角砾状含白云质灰岩和泥质角砾状灰岩。下部为中厚层状角砾岩，夹薄层泥质灰岩，角砾成分为灰岩和白云岩；上部为角砾状泥质灰岩、薄层状白云质灰岩，夹有隐晶质灰岩。上段（O23x）：厚75110m，平均95m。下部为灰岩与角砾状白云质灰岩，局部夹薄层泥岩；中部为粉红色花斑状灰岩，俗称“云雾灰岩”；上部为厚层状致密灰岩，含石膏、石盐晶体。 奥陶系中统上马家沟组（O2s）下段（O
9、21s）：厚1780m，一般35.1m。下部为黄绿色钙质泥岩风化后呈竹叶状；上部为含角砾白云质灰岩，薄层泥灰岩，在闪长岩体影响的地段，有结晶灰岩与大理岩。中段（O22s）：厚59.39102.06m，一般73.82m。中下部为厚层状花斑灰岩，夹12层角砾灰岩；中上部为白云质灰岩与白云岩，夹薄层灰岩；顶部为深灰色中厚层状纯灰岩。上段（O23s）：厚76.5591.00m，一般83.78m。底部为角砾状灰岩砾径在0.52.0；中部为厚层状灰岩；上部为深灰色纯灰岩与白云岩互层。 奥陶系中统峰峰组（O2f）下段（O21f）：厚66.8182.63m，一般75.63m。岩性为厚层状结晶灰岩，具花斑结构，
10、局部夹泥灰岩，底部为角砾灰岩，中上部局部可见石膏、石盐晶体。上段（O22f）：厚18.6235.87m，一般28.67m。主要为白云质角砾状灰岩，夹稿纹状灰岩及泥质灰岩。 石炭系（C） 石炭系中统本溪组（C2b）该组地层厚9.7633.94m，平均厚22.88m。岩性主要由深灰色泥岩、粉砂岩及石灰岩组成，夹不稳定薄煤层（10#煤层）及薄层中细粒砂岩。泥质富含铝质，具鲕状结构，在本溪组灰岩下形成G层铝土岩。泥岩、粉砂岩富含菱铁矿结核与微晶。石灰岩含蜓科动物化石。本组与峰峰组为平行不整合接触。 石炭系上统太原组（C2t）该组地层厚130.28181.00m，平均厚153.74m。为一套海陆交互相沉
11、积，是井田主要含煤地层之一。本层岩性主要为灰色粉砂岩、中细粒砂岩、石灰岩及煤层组成，发育灰岩46层。底部中砂岩是太原组与本溪组的分界，以整合接触关系沉积于本溪组之上。本层富含黄铁矿、菱铁矿及动植物化石。 二叠系（P） 二叠系下统山西组（P1s）该组地层厚44.1087.65m，平均厚59.53m。为过度相碎屑沉积，是井田又一主要含煤地层。岩性由灰色中细砂岩、粉砂岩和煤组成。砂岩和粉砂岩中夹鳞木、芦木、苛达松、羊齿类等植物化石。中下部含煤24层。上界为下石盒子组底部的“骆驼脖”。本层与下伏太原组地层为整合接触。 二叠系下统下石盒子组（P1x）该组地层厚169.62191.12m，平均厚183.7
12、6m。为陆相沉积，岩性由泥岩、粉砂岩和中细粒砂岩组成。中部偏下部在两层中粗砂岩之间夹一层铝土岩，最下部一层砂岩通称“骆驼脖”砂岩，呈灰色，含云母片及泥质包体，全区普遍发育，是一辅助对比标志。该层顶界为一层沉积稳定的富含菱铁质鲕状及豆状铝土质泥岩，俗称“桃花”泥岩，是下石盒子组与上石盒子组的分界层。与下伏山西组呈整合接触。 二叠系上统上石盒子组（P2S）该组平均厚260m。为陆相沉积，岩性由粉砂岩及砂岩组成，夹数层中细砂岩和铝土质泥岩。 第四系（Q）覆盖于各时代地层之上，与各地层呈角度不整合接触关系。 下更新统（Q1）该层厚15.10164.82m，一般厚45m左右。为间冰期堆积物，又称底部冰渍
13、卵砾层，卵砾石直径0.011.0m，几乎全部为震旦系肉红色石英砂岩，在卵砾之间充填有紫红色粘土砂质。 中更新统（Q2）该层厚3485m。底部由数层含细砾中粗砂组成，砂层之间夹薄层状、透镜状砂质粘土。其上为又一间冰期形成的砾石、卵石层。 上更新统（Q3）厚度不一，且不连续，为坡、洪、冲积物，岩性由粘土、粉砂、卵砾石等组成，为中更新统沉积的改造物。 全新统（Q4）厚度40m左右，为现代河床卵、砾石层及风成沙丘。卵砾石成分复杂，除震旦系石英砂岩以外，还有各色片麻岩、各种岩浆及脉岩，粒间充填混粒少。主要分布在沙河及河床及其南岸各大冲沟底部，沙丘分布在沙河南岸的阶地上。2.2 水文地质条件在区域水文地质
14、单元分区上，葛泉矿位于百泉奥灰岩溶水文地质单元南部迳流区的沙河-邢台-百泉迳流带和高店村-张宽-百泉迳流带之间的相对强迳流地带。 东井对煤层开采有影响的含水层主要是大青灰岩、本溪灰岩以及奥灰含水层，现根据井巷开拓过程中所表现出的特征叙述如下。（一）大青灰岩裂隙岩溶承压含水层大青灰岩平均厚度5.3m。通过东井石门掘进阶段大青灰岩水预疏放工程，石门穿过大青灰岩含水层时，水位降低到-150m水平，目前涌水量稳定在100m3/h左右，说明该含水层富水性中等。同时在疏放过程中，不同位置、结构相同的放水孔涌水量差异很大，因此可以判断本区大青灰岩含水层富水性很不均匀。在8#、9#煤层之间夹矸厚度较小的巷段，
15、大青灰岩为8#、9#煤层合层的直接顶板，大青灰岩水以顶板淋水的形式向掘巷充水。随着工作面巷道向浅部掘进，8#、9#煤层之间砂质泥岩夹层厚度越来越大，大青灰岩含水层与9#煤顶板之间距离在817m，工作面回采过程中，大青灰岩仍然处于冒落导水裂隙带范围之内，将以顶板淋水的形式对工作面充水。（二）本溪灰岩裂隙岩溶承压含水层东井区本溪灰岩平均厚度7.5m，井下钻探揭露区平均厚度为9m。探查孔钻进至本溪灰岩含水层顶部及进入本溪灰岩时单孔涌水量均大于50m3/h，并且疏放效果很不明显，试疏放过程中本溪灰岩水质资料中标志离子没有大的变化。1192首采工作面底板注浆加固钻孔资料揭露，工作面下段大部分钻孔穿过10#煤时水量有明显增加，工作面上段个别钻孔钻进至本溪灰岩含水层顶部即发生掉钻水量猛增现象，单孔涌水量最大可达200m3/h（孔径75mm）。本溪灰岩在该范围存在局部风化现象，溶蚀裂隙相当发育，钻孔出大水后，往往冲出较多铁质氧化物、风化状灰岩、泥岩碎块等。
