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礦井涌水注漿治理技術(shù)

2009-07-21 16:27    【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:東榮一礦位于黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區(qū)南部。根據(jù)黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區(qū)精查地質(zhì)報告提供的資料,該區(qū)區(qū)域煤系裂隙充水礦床分為簡單、中等、復(fù)雜三種類型。文章分析了東榮一礦涌水原因,提出了礦井涌水注漿治理技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)對東榮一礦主要出水點(diǎn)進(jìn)行治理,效果明顯,降低了礦井總涌水量近240m3/h,使礦井能正常生產(chǎn)。

  關(guān)鍵詞:第四系承壓水;注漿技術(shù);涌水治理;水泥-水玻璃雙液漿;出水點(diǎn)

  東榮一礦在建井期間,涌水量一直很大,嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度,目前礦井涌水量已達(dá)到530m3/h,超過礦井設(shè)計的正常涌水量470m3/h,給礦井安全帶來嚴(yán)重威脅。

  一、東榮一礦地質(zhì)條件簡介

  東榮一礦位于黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區(qū)南部。根據(jù)黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區(qū)精查地質(zhì)報告提供的資料,該區(qū)區(qū)域煤系裂隙充水礦床分為簡單、中等、復(fù)雜三種類型,東榮一礦礦井水文地質(zhì)條件整體為簡單至中等,而該礦-190水平井底車場所處天窗部位為本區(qū)唯一的復(fù)雜區(qū)。

  二、涌水原因分析

 。ㄒ唬┏鏊c(diǎn)

  礦井井底車場及石門施工過程中,發(fā)生了多次涌水,除涌水量極小的分散出水點(diǎn)外,目前集中出水點(diǎn)達(dá)65個。其中單點(diǎn)出水量在50m3/h以上的主要出水點(diǎn)主要有7個。

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  由于自然形成的天窗使第四系含水層缺失了隔水層,使第四系含水層與煤層上覆巖層中存在的裂隙貫通形成涌水通道。天窗區(qū)域內(nèi)第四系含水層的地下水流向?yàn)橛晌髂舷驏|北徑流,地下水位平均水力坡度約3/1000,徑流緩慢,排泄不良,向東北排泄至松花江。礦井煤系裂隙含水層水的徑流方向?yàn)橛蓶|北向西南徑流,由淺部向深部徑流,徑流強(qiáng)度逐漸減弱。第四系含水層是本區(qū)主要間接充水含水層,含水層厚度大,水量豐富,滲透性強(qiáng),通常情況被第三系隔水層阻隔,在天窗部位直接補(bǔ)給煤系裂隙含水帶。

  (三)導(dǎo)水通道

  從井下實(shí)際觀測的出水裂隙來看,主要是由煤層上覆頂板節(jié)理發(fā)育而造成的,節(jié)理的發(fā)育程度主要受構(gòu)造控制,在斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力集中部位裂隙發(fā)育、巖層破碎,出水明顯,這些裂隙通過X剪節(jié)理相互貫通,形成一個巨大的含水管網(wǎng),且與頂部的風(fēng)化裂隙相連,在天窗部位直接接受上覆含水層的補(bǔ)給,最終形成了礦井涌水倒水通道。如圖1所示:

  三、礦井涌水治理方案

 。ㄒ唬┛傮w治水思想

  對天窗位置的礦井涌水治理,對井下出水點(diǎn)的治理只是從表面上的治標(biāo)過程,將涌水導(dǎo)水通道徹底斷絕才是治理的根本。因此,從根本出發(fā),通過人工制造隔水層,將天窗封閉,需要通過地面布置深井鉆孔,然后進(jìn)行注入黃泥等隔水材料進(jìn)行治理,此項工程時間久,工作量大。但目前為能使礦井盡快投產(chǎn),對井下主要出水點(diǎn)進(jìn)行治理,是當(dāng)務(wù)之急。

  (二)治水方案

  礦井水治理向來以輸、排、堵、截為主,但輸、排不易實(shí)現(xiàn),在進(jìn)行堵、截時還要針對各出水點(diǎn)并結(jié)合其具體出水情況進(jìn)行治理。注漿為涌水治理最常用且有效的方法,注漿堵水技術(shù)的關(guān)鍵在于對出水點(diǎn)補(bǔ)水通道的判斷和注漿材料的選擇。結(jié)合東榮一礦主要出水點(diǎn)出水原因,提出注漿技術(shù)對東榮一礦主要出水點(diǎn)進(jìn)行涌水治理。

  四、注漿技術(shù)應(yīng)用

  7個主要出水點(diǎn)中,其中①點(diǎn)涌水量為106m3/h,②點(diǎn)涌水量為96m3/h,④點(diǎn)涌水量為78m3/h,因④點(diǎn)出水影響水倉清倉,故需首先治理。為了在短時間內(nèi)使涌水量降至礦井排水能力以內(nèi),首先對①、②、④三個出水點(diǎn)同時進(jìn)行治理。

  (一)注漿技術(shù)

  注漿技術(shù)首先是在將出水點(diǎn)來水預(yù)先導(dǎo)走,在出水點(diǎn)水量降低后進(jìn)行注漿,在注入漿液凝固后再將導(dǎo)水通道(鉆孔)堵死,這樣減小了注漿時涌水量和水壓,使涌水治理容易實(shí)施。

 。ǘ┳{材料選擇

  注漿材料中一般注漿材料多為水泥漿液,對于堵水用量大,故而不選擇成功較高的化學(xué)材料。水泥-水玻璃雙液漿因其具有凝固速度快、結(jié)實(shí)率高、凝固強(qiáng)度大、成本低等特點(diǎn)一直是注漿材料中的首選。

  水泥選用425號粉煤灰水泥,水玻璃濃度為38°Be'。在進(jìn)行注漿前,對水泥漿水灰比、水泥—水玻璃比進(jìn)行了試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)最終確定水灰比為0.5∶1,水泥—水玻璃比為1∶0.35,此種比例初凝時間為30s。這樣能保證漿液在遇到高壓水時不至于被水迅速沖走,在圍巖裂隙中能迅速凝固,與巖體共同形成帷幕。

 。ㄈ┳{施工工藝

  1.首先對三個出水點(diǎn)的補(bǔ)水通道進(jìn)行判斷,可以通過觀測水流方向,或在出水點(diǎn)附近打鉆孔勘察,確定后補(bǔ)打?qū)@孔進(jìn)行導(dǎo)水,直至出水點(diǎn)水量明顯下降。

  2.在出水點(diǎn)巷道10m范圍內(nèi)打注漿孔,鉆孔方向?yàn)檠厮鞣较,并及時布孔口管。注漿孔沿巷道斷面順?biāo)较虿贾,孔?m,分別布置頂孔和幫角孔。先從幫孔開始注,逐漸向上,最后注頂孔。

  3.注漿過程中,發(fā)現(xiàn)鄰近孔出現(xiàn)跑漿時應(yīng)立即采取封孔措施。

  4.當(dāng)出水點(diǎn)10m范圍注漿孔都注漿后,再對導(dǎo)水鉆孔進(jìn)行注漿封孔。

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  在東榮一礦進(jìn)行注漿技術(shù)實(shí)施,對東榮一礦出水點(diǎn)中的①、②、④三個出水點(diǎn)進(jìn)行了集中涌水治理。其中①點(diǎn)涌水量由原來的106m3/h降至為12m3/h以下,②點(diǎn)涌水量由原來的96m3/h降至為10m3/h,④點(diǎn)涌水量由原來的78m3/h降至為13m3/h,累積降低礦井涌水量近240m3/h。以上水量數(shù)據(jù)均采用激光水流測速儀測得。

  五、結(jié)論

  結(jié)合東榮一礦礦井涌水特點(diǎn)提出的注漿治理技術(shù),在對東榮一礦主要出水點(diǎn)治理后,得出:

  1.通過對東榮一礦涌水原因的分析,確定了東榮一礦涌水的直接水源應(yīng)為各層砂巖的靜儲量,間接水源為第四系砂礫石孔隙水。

  2.在借鑒了以往礦井涌水治理的基礎(chǔ)上,結(jié)合東榮一礦涌水特點(diǎn),分析確定東榮一礦涌水注漿治理技術(shù)。

  3.注漿技術(shù)在東榮一礦的實(shí)施,實(shí)踐驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性與合理性,同時降低了礦井總涌水量近240m3/h。該技術(shù)方案可作為東榮一礦當(dāng)前涌水治理主要技術(shù)手段,為該礦巷道的掘進(jìn)提供了速度保證。

  參考文獻(xiàn):

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  作者簡介:劉偉鋒(1978-),男,河南南陽人,黑龍江省雞西大學(xué)助教,研究方向:安全與環(huán)境工程。

延伸閱讀:技術(shù) 治理 涌水
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