《采矿新技术论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《采矿新技术论文（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、注浆堵水技术摘要我国煤矿水害影响矿山工程施工的进度和质量、恶化工人的劳动环境、增加矿井的 排水设施及排水费用、给煤矿生产带来了不安全因素、严重者甚至发生淹井事故、造成 生命和财产的重大损失。我国煤田水文地质条件复杂，目前我国约有18%待开采的煤炭 储量受到较为严重的水害威胁，对其进行防治工作具有十分重要和十分迫切的现实意 义。注浆堵水是矿井水防治的重要方法之一，具有减轻矿井排水负担，节省排水用电， 降低吨煤成本，提高工效和质量，加固井巷薄弱地段，减少突水机率、延长矿井服务年 限的明显优点。本文对注浆堵水方法进行详细阐述，对注浆理论进行了深度剖析，并通过大量实例， 现场情况，图文并茂的对注浆堵水
2、技术进行深度解剖，让广大读者对注浆技术有一个全 新的认识。关键词堵水，煤矿治水，注浆堵水，注浆方法，快速治水等。绪论所谓注浆堵水是指将注浆材料(水泥、水玻璃、化学材料以及黏土、砂、 砾石等)制成浆液，压人地下预定位置，使其扩张固结、硬化，起到堵水截流、 加固岩层和消除水患的作用。注浆堵水是防治矿井水害的有效手段之一，当前在国内外已广泛应用于 井简开凿及成井后的注浆、截源堵水、减少矿坑涌水量、封堵充水通道、恢 复被淹矿井或采区、巷道注浆、保障井巷穿越含水层(带)等。注浆堵水在矿山生产中的应用方法有几种：(1) 井筒注浆堵水。在矿山基建开拓阶段，井筒开凿必将破坏含水层。为了顺利通 过含水层或者成井
3、后防治井壁漏水，可采用注浆堵水方法。按注浆施工与井 筒施工的时间关系，井筒注浆堵水又可分为井筒地面预注浆、井筒工作面预注浆、井筒井壁注浆(2) 巷道注浆。当巷道需穿越裂隙发育、富水性强的含水层时，则巷道掘进可与探放水 作业配合进行，将探放水孔兼作注浆孔，埋没孔口管后进行注浆堵水，从而 封闭了岩石裂隙或破碎带等充水通道，减少矿坑涌水量，使掘进作业条件得 到改善，掘进工效大为提高。(3) 注浆升压，控制矿坑涌水量。 当矿体有稳定的隔水顶底板存在时，可用注浆 封堵井下突水点，并埋没孔口管、安装闸阀的方法，将地下水封闭在含水层中。当含水层中水压升高，接近顶底板隔水层抗水压的临界值时(通常 用突水系数表
4、征)，则可开阀放水降压；当需要减少矿井涌水量时(雨季、隔 水顶底板远未达到突水临界值、排水系统出现故障等)，则关闭闸阀，升压 蓄水，使大量地下水被封闭在含水层中，促使地下水位回升，缩小疏干半径， 从而降低了矿井排水量，可以缓和以致防止地面塌陷等有害工程地质现象的 发生。(4) 恢复被淹矿井。 当矿井或采区被淹没后，采用注浆堵水方法复井生产是行之有效的措施之一。注浆效果好坏的关键在于准矿井或采区突水通道位置和充水水源。(5) 帷幕注浆。对具有丰富补给水源的大水矿区，为了减少矿坑涌水量，保障井下安全 生产之目的，可在矿区主要进水通道建造地下注浆帷幕，切断充水通道，将 地下水堵截在矿区之外。不仅减少
5、矿坑涌水量，又可避免矿区地面塌陷等工 程地质问题的发生，因此具有良好的发展前景。但是帷幕注浆工程量大，基 建投资多，因此，确定该方法防治地下水时应十分谨慎。注浆堵水技术一、煤矿注浆堵水必要性分析新中国建立几十多年的实践表明，注浆堵水技术是煤矿防治水最重要的手段 之一。疏、堵结合已成为煤矿防治水的一个重要原则。许多条件下，疏是煤矿治 水的根本，不疏就无法采煤或不能安全采煤，随时隐伏着水害威胁。但通过疏， 一定要千方百计查明动水补给量及其进水边界或通道，创造条件进行截源堵水， 这样既可大大节约排水费用，又可最大限度地减小对自然水环境的破坏程度。对 那些间接充水含水层，通过堵就能防止或减轻水害者，必
6、须坚决地堵，尽可能不 疏排这些水；对已造成突水事故的直接或间接充水含水层，用强排方法恢复被淹 矿井、水平或采区，往往既不经济也不安全。理想的防治水方案应该采取“先堵 后排”，待恢复矿井生产后再设法加以治理。通过堵首先可以降低矿井涌水量， 同时也能查明具体的突水原因和条件，为以后的防治水工作积累资料，这种堵就 成为“查治结合，治中有查，查中有治”的治理煤矿水害的一种手段。堵水，对 煤矿来说具有重要的经济效益。现有统计资料表明，扬程lOOm,每排lm3的水 需消耗电能o.6kW，矿井开采得煎深，扬程就煎高，每立方米的排水耗电也就 煎大。一个采深500m的矿井，如有lm3 / min的经常涌水量，一
7、年就要耗电157.68 万kW.h,每1 kW h的电费按0.15元计算（目前电价就更高了），仅电费一项 就得花去23.65万元。设备消耗折旧和人工管理费用还未计算在内。加上这些 费用，每lm3/min的涌水，年排水费将高达30万元。因此,尽可能减小矿井排水量,是矿井水文地质工作者的一项根本任务。此 外,减小矿井涌水量,对保护日益紧缺的水资源、维护自然生态环境的平衡,具 有极其重要的意义。一般地说,减小矿井涌水,除了留设必要的防隔水煤岩柱外, 就是采取注浆堵水措施,截断补给水源或重要的充水通道。不断充实完善这一治 水手段,是矿井水文地质工作者的一项重要任务。二、我国煤矿注浆堵水技术的发展历程注
8、浆堵水作为注浆技术的一个分支,是随着注浆技术的发展而发展的。注 浆堵水技术作为工程技术的一个新领域不过只有一百多年的历史。1802 年法国 首次把注浆法应用于俢复挡潮闸3,英国于1856年第一次将水泥用于注浆,1882 年1920 年相继研制了气动注浆机和水玻璃-氯化钙化学浆液,此后又相继研制 出铬木素、丙烯酰胺等浆液材料。二十世纪四十年代以来,各种新的化学浆液（如 木质素类、脲醛树脂类、丙烯酰胺类、聚氨酯类等 ）和改性水泥浆相续问世,将 注浆堵水技术推向一个新的高度在我国,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的开滦。山东淄博矿务局
9、的新博矿区有一个 1934年底板岩溶水突出而全井被淹的夏家林古井,积水 5 万余立方米,水位标 高与区域奥灰水位一致，一直在+210m。+198m范围内波动。为了防止这个与强 岩溶含水层存在水力联系的古井积水的突水，该矿沿其周围留设了200余万吨的隔 水煤柱。这个措施虽避免了突水事故的发生，但由于各层煤开采的标高都在0 水平，故在200余米水压差作用条件下，这个具有强大补给水源的古井积水仍源 源不断地沿各可采煤层顶底板充水含水层的裂隙网络向矿井充水。在接近这一古 井的采掘区，淋、滴、涌水现象仍十分严重，造成劳动条件的恶化。为了回收这 200万吨煤柱并彻底解除水患，从1955年起就着手研究治理措
10、施。开始曾设想 用强排方法恢复这一古井作为回风井，试排水结果显示，降深不大于lOm,排水 量却大于23m3/min。按这个信息推算，若地下水水位降深到井底，其排水量将 达80m3 / min。由于井筒断面有限，根本无法安装强排所必需的水泵等设施。根 据计算强排所需的时间和总排水量,强排所需的投资将大于500万元。如井下堵 水不能奏效,还可能长期背上沉重的排水包袱,若遇供电或设备故障,可能全升 重新被淹。显然,先排后堵的治水方案根本行不通：因此,最后确定选用地面注 浆封堵出水点,首先截断补给水源再恢复矿井的“先堵后排”的治水方案。经当 时的华东煤管局和淄博矿务局组织有关技术人员反复讨论和试验研究
11、,最后取得 了地面注浆堵水的成功。不到9个月的时间,注水泥460余吨,在1956年的10 月即出现夏家林立井井筒水位每日下降10余米的明显效果。这个结果主要是因 注浆截断补给水源后,无源的古井积水自动向新博矿周围的采空区泄漏而造成 的。通过简单的追排水,在1957年元月,地下水水位就降到了古井井底,实测 涌水量不到0.3m3/min。这个堵排水工程总花费仅70万元，就将一个重大水 患彻底解除,并同时增加煤炭产量200余万吨。夏家林井堵水的成功及其产生的 明显经济效益,给山东省有关局、矿的防治水工作带来了巨大的鼓舞,也给全国 煤矿的防治水带来了有益的启示。但应该承认,当时的堵水方法和工艺还是较为
12、 原始的,止浆塞用的是牛皮、黄豆和干海带,只用单液水泥浆。为了怕堵孔,浆 液水灰重量比浓度大部分采用2：1和1.5：1。钻孔偏斜也无法控制,更无孔 间透视技术,为了确定出水点,先后打了19个钻孔。1959年开滦矿务局的荆各庄矿主井基建掘进，井深449m，需穿过第四系松 散孔隙含水层155m、5煤顶板砂岩、12煤底板砂岩和15煤顶板砂岩等多个充水 含水层。用冻结法穿过松散孔隙层后，只掘到井深188. 5m处，发生突水，水量 258m3/h,井筒被淹。由于当时缺乏经验，立即向井筒内出水点打钻注浆，用水 泥10181、石膏 11. 6t和氯化钙lOt,希望在出水点上方的井筒内固结，把水堵 住。可结果
13、未能奏效,只好改变原堵水方案,围绕井筒布设了8个注浆钻孔并加 2个检查孔，对井筒形成直径为17m的圆形注浆帷幕，针对有关含水层进行注浆。 10个钻孔总进尺4560. 7m,累计有效注浆段总长2597. 97m,注入水泥1621. 85t、 水玻璃899. 771。根据现场实际情况，通过试验研究，确定了具体的注浆工艺流程和方法。最后终于取得了明显的堵水效果，井筒顺利得以恢复排水， 继续掘进到300m深，涌水量仅2. 3m3/h，到419. 85m，仅15. 7m3/h。按抽 水试验资料预测，该井筒189m 215m段涌水量393m3/h, 225m。265m段涌水 量为418m3/h, 276m
14、 417m段涌水量为234m3/h。由于地面预注浆效果明显， 大大改变了井筒施工条件，保证了质量，加快了进度，缩短了建井工期，取得了 很好的社会和经济效益。显然，地面预注浆是基建矿井防治水的个重要手段， 具有普遍推广应用的前景。20世纪60年代以来，煤矿的注浆堵水技术在多次生产实践应用中得到了普 及和提高，先后共完成20余次强充水含水层突水点的堵水治理工程，许多井筒 的预注浆和成井后的壁后注浆效果明显，解决了因井筒淋水大而影响生产安全和 损坏井筒内装备等难题，并开始进行帷幕截流堵水的实践。到了20世纪70年代，注浆材料更加丰富，注浆工艺和设备得到了改进和完 善。为了系统总结经验，煤炭科学研究院
15、北京建井所注浆室编著了煤矿注浆技 术书，于1978年12月由煤炭工业出版社出版发行。20世纪80年代至今，注浆堵水技术已成为煤矿井防治水的种重要有效的 手段，其应用范围进步扩大，主要应用于以下几个方面：(1) 立井筒施工前的地面预注浆，创造有利于井筒开挖的施工条件。(2) 立井施工中预留岩柱对充水含水层进行工作面预注浆，既预防突水又可 减少涌水量，针对性强。(3) 井筒掘砌后的壁后注浆和修补注浆，既可在地面进行，也可在井筒内进 行。(4) 斜井和穿层石门等井巷，预留岩柱或砌筑专门水闸墙或止水垫，对充水 含水层或断层破碎带进行预注浆或出水后注浆，预防或治理突水，减少涌水量， 并为井巷穿越充水含水
16、层或断层带创造安全条件。(5) 对有强补给水源的突水点注浆堵水，治水复矿，并相应查明突水原因和 条件。(6) 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。(7) 有煤层底板突水危险的矿井，对强含水层顶面或夹存于其顶板隔水层内 的弱含水层进行改造加固注浆，使其变为相对隔水层，以减小突水机率和突水量。(8) 对导水钻孔进行地面启封注浆或井下注浆。(9) 对导水陷落柱或其他垂直导水通道，进行针对性注浆。上述各类注浆堵水，既有在静水条件下进行的，也有在流速达2m/s以上的 动水条件下进行的，注浆材料既有砂、石子、砖块、压缩木串等骨料，也有单液水泥浆、双液浆、化学浆。各局、矿的每一次注浆堵水工程，都有单项经验 总结。三、气注浆堵水治理水害的主要技术问题由于地质条件、水文地质条件、注浆材料、注浆设备和工作人员素质等的不 同，每一个注浆堵水工程
