帷幕注浆技术在煤矿水害防治中的应用_富鹏飞.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1矿井水文地质条件及分析 常村煤矿核定生产能力 0.63Mt/a，可采煤层 4 层， 由上到下分别是 A5、 A3、 A2、 A1 煤层， 煤系地层 为侏罗系下统塔里奇克组下段。 井田西部为由库车河 二级阶地冲洪积砂砾石堆积形成的河谷地貌， 井田边 界距河床平均距离约 260m。井田地势总体呈东高西 低， 地表基岩裸露， 植被稀疏， 冲沟发育， 排泄条件良 好。 井田内库车河年径流量为 3.31 亿 m3， 平均流量为 10.50m3/s， 洪水期最大流量可达 1940m3/s， 该河流由 北向南在井田西侧流过。 井田内含水层可按其含水特 性分为基岩层间裂隙水含水层， 基岩风化裂隙水含水 层， 烧变岩含水层及第四系冲洪积孔隙水含水层。矿 井开采后形成地下水降落漏斗，开采标高最低可至 1710m附近， 较库车河河床标高低 70m 左右。矿井 回采煤层标高低于河床标高时， 河流水通过第四系含 水层对煤层顶板基岩裂隙含水层进行补给， 河流为对 矿井充水水源。 矿井为多煤层联合开采， 煤层埋深由西到东逐渐 加深， 西部井田边界处煤层埋深较浅， A5 煤层开采标 高处于该地区侵蚀基准面 10m 左右，煤层顶板岩层 风化裂隙发育， 风化严重， A5 煤层回采过程中矿井涌 水量长期稳定在 35m3/h 左右，其主要充水水源为顶 板砂岩裂隙水与大气降水。部分 A3 煤层工作面开采 标高低于河床标高， 随着 A3 煤层工作面逐渐向深部 回采， 矿井涌水量逐渐加大， 直至该煤层回采结束。 该 煤层回采期间，矿井最大涌水量为河流丰水期段的 320m3/h。A3 下 A2、 A1 煤层回采阶段， 矿井涌水量未 见明显增加，根据观测数据，矿井最大涌水量为 350m3/h。通过上述对回采期间矿井涌水量及涌水通 道分析可知 库车河水是矿井的主要充水源， 充水通 道为河床下的砂砾岩裂隙及煤层顶板的砂岩裂隙。 2矿井地表水防治方案 对矿井充水机理与充水性进行分析， 库车河水通 过第四系孔隙水含水层补给捷斯德里克向斜轴部附 近的 A3 煤层顶板砂岩风化裂隙水含水层， 再渗透补 给矿井 A3 煤层采空区。因此， 切断地表河流与煤层 顶板含水层之间的联系通道是该矿水害防治的关键。 根据分析及工程实际情况， 采用帷幕注浆手段阻 断地表河水与矿井西部 A3 煤层顶板砂岩含水层之 间的水力联系， 从而达到水害防治的目的。具体方案 为在矿井西部边界与河流东侧之间的一级阶梯西边 缘处施工注浆钻孔进行帷幕注浆，形成南北走向约 300m 的帷幕墙， 帷幕墙高度为 40m， 底部深入 A3 煤 层顶板完整基岩 10m 左右，从而有效的阻断第四系 帷幕注浆技术在煤矿水害防治中的应用 富 鹏 飞 （山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 在分析矿井水文地质条件和与邻近的库车河水力联系的基础上，确定了帷幕注浆封堵矿井 与库车河间导水通道的治水方案。施工过程中， 采用布置双排钻孔、 下设多级套管、 分段循环注浆、 填 注新型高分子注浆材料等技术手段。施工结果表明 帷幕注浆参数设计合理， 帷幕墙具有较好的抗渗 性能， 可以满足矿井治水和安全开采的要求。 关键词 强水力联系； 水害防治； 钻孔注浆； 防渗帷幕墙 中图分类号 TD74文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0069-03 Applicationofcurtaingroutingtechnologyinpreventionandcontrolofwaterdisasterincoalmine FU Pengfei （Shanxi Qinhe energy group nanaosi Coal Industry Co., Ltd. , Jincheng 048000 , China） Abstract Based on the analysis of the hydrogeological conditions of the mine and the relationship between the mine and the adjacent Kuqa River, the water control scheme of curtain grouting blocking the water diversion channel between the mine and the Kuqa River is determined. In the process of construction, technical means such as double row drilling, multi-level casing, staged circulation grouting and filling of new polymer grouting materials are adopted. The construction results show that the curtain grouting parameters design is reason- able and the curtain wall has good impermeability, which can meet the requirements of mine water control and safe mining. Key words strong hydraulic connection ; water hazard prevention and control ; drilling grouting ; impervious curtain wall 69 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 含水层与 A3 煤层顶板砂岩含水层的水力联系。帷幕 截留治水示意图如图 1 所示。 图 1帷幕截留治水示意图 3钻探施工技术分析 根据第四系冲洪积层和 A3 煤层顶板风化砂岩 的渗透特性， 注浆压力采用 2Mpa， 预计浆液渗透半径 为 15～20m。对帷幕注浆工程选用双排灌浆孔方案， 灌浆孔孔距 40m， 预计单排孔注浆帷幕形成后， 能治 理约 40～60的透水量。为保证能形成 20～30m 的防渗墙、 并确保防渗墙的隔水效果， 双排灌浆孔排 距设 20m。 3.1钻孔结构 1 ）第四系冲洪积层中钻进时易出现卡钻、 踏孔、 孔壁固结困难等情况， 选用下设多级套管的方法对冲 洪积层进行分段固结。依次下入 6m 长 Φ127mm 套 管和 Φ89mm 套管， Φ89mm 套管下设长度根据钻孔 揭露 A3 煤层顶板砂岩的孔深确定。 2 ）Φ89mm套管耐压试验合格后， 用 Φ75mm 钻 头钻进至 A3 煤层终孔， 预计深度 38～40m。 3.2帷幕注浆技术要点 1 ）采用孔口封闭、 自上而下分段注浆法， 段长不 宜大于 6m， 采用循环注浆方式。 每段先钻孔， 再注浆， 凝固后接着钻、 注下一段。 2 ）每段注浆前进行清水试压，试压时孔口压力 小于 2MPa 时进行正常钻、 注施工； 如果钻孔压力达 到 2MPa 及以上时， 该段不再进行灌注， 进行下一段 钻、 注。 3 ）注浆结束压力设为 2MPa， 具体数值由注浆试 验确定， 或根据注浆试验另作调整。 4 ）注浆采用 425 硅酸盐水泥或以上强度等级 水泥， 根据情况需要， 可添加速凝剂、 水玻璃等相应的 外加剂。 5 ）注浆浆液由稀至浓逐渐变化， 浆液水灰比为 4 级， 分别为 21， 11， 0.81， 0.51。 6 ）注浆结束标准。 ①单孔注浆结束标准 孔口压 力达到 2～2.5MPa，浆液配比 11，吸浆量小于 50L/min， 稳定时间在 30min 以上； ②帷幕注浆工程结 束标准 单孔注浆达到标准； 钻孔压水试验合格。 4工程的施工情况及其效果 4.1施工情况 工程于 2017 年 3 月开始实施， 至 2018 年 5 月份 完成野外工作， 先后投入钻机 4 台， 历时 11 个月。共 施工各种类型钻孔 30 个， 分别为 25 个注浆孔和 5 个 检查孔， 总钻进长度为 6850m。30 个钻孔共灌注水泥 浆 3200t， 骨料 650t。 注浆钻孔成果图如图 2 所示。 施 工过程中钻探表明导水通道主要集中在靠近捷斯德 里克向斜轴部的 100m 区域内，且该地区裂隙大， 极 为发育， 因此， 施工过程中， 在该区域增加了注浆钻 孔， 其他区域相应减少了注浆钻孔。 图 2注浆钻孔成果图 4.2注浆效果评价 1 ）在 A3 煤层上覆地层中建立了稳定的隔水墙。 通过施工注浆钻孔， 在矿井和库车河间的第四系冲洪 积层、 A3 煤层顶板风化砂岩中形成了长约 300m， 平 均高度 40m， 有效宽度约 30m 的防渗墙， 有效地阻断 了库车河和矿井的水力联系。 2 ）堵水效果分析。帷幕注浆工程施工前库车河 丰水期时对矿井最大补给量可达到 350m3/h。通过帷 幕截留，补给量大幅减小，目前矿井涌水量约 150m3/h， 库车河对矿井的补给量减少 200m3/h 以上。 5结论 1 ） 对矿井主要充水水源和充水通道进行分析， 确 定了主要充水水源为库车河水， 充水通道为库车河阶 地砂砾石间孔隙和 A3 煤层顶板砂岩风化裂隙。 2 ） 根据第四系冲洪积层和 A3 煤层顶板风化砂 （下转第 73 页 ） 70 ChaoXing