井下煤层隔水底板注浆堵水加固技术.pdf

收稿日期2006 - 03 - 24 作者简介柴利明1964 - ,男,河南省沁阳市人,毕业于焦作矿业学院地质系,一直从事煤 矿地质及水文地质技术管 理工作。 井下煤层隔水底板注浆堵水加固技术 柴利明 焦煤集团 方庄矿公司,河南 焦作 454361 摘 要在井下施工堵水钻孔,钻孔穿透煤层隔水底板少许,注浆堵水加固底板。该方法工程量小,费用低,效果好。 不仅改善了生产环境,而且有良好的经济效益。 关键词矿井水;隔水底板;注浆;增厚加固 A consolidating technology of pouring starch into bottom board to cut off water in coal pit Jiaozuo coal industry group Fang2Zhuang coal mine CHAI Ll - ming Abstract First drill hole and cut across a bit bottom board ,then pour starch into consolidate bottom board. This technology can bring less engineering project and lower cost and better result ;it can improve pro2 ductive circumstances and bring about well economic benefit. Key words Water in coal pit ;Bottom board of cutting off water ;Pour starch ;Increase thickness for con2 solidate 中图分类号TD26514 文献标志码A 文章编号1008 - 0155200609 - 0129 - 03 焦作矿区水文地质条件非常复杂,矿井水害是 煤矿生产过程中主要的地质灾害之一。发生突水 事故,不仅影响正常生产,恶化劳动条件,增大排水 费用,而且还给安全生产造成严重威胁。以前的防 治水方法主要是打疏水降压钻孔、 掘泄水巷、 增加 排水设施、 增大排水能力等,通过这些治水措施的 实施,矿区地下水位大幅下降,大量的地下淡水变 成矿井污水排出地面,排水费用明显增加。如焦煤 集团方庄矿区,地下潜水水位由原来的 80m下降 至目前的 60m ,位于二1煤层底板的L8灰岩含水 层水位由原来的 80m下降至目前的- 91m ,每年 排出矿井污水1970万m3,每年用于排水的费用高 达950万元。因此,研究在治理矿井水害的同时保 护地下水资源,尽可能地减少地下水资源的排放 量,降低排水费用是煤矿安全生产技术管理的新课 题。焦煤集团方庄矿通过在23071工作面对二1 煤层隔水底板实施注浆增厚加固技术,既保证了矿 井安全生产,又减少了地下水资源的排放量,同时 降低了排水费用,取得了显著的经济效益和社会效 益。 1 矿井概况 焦作市方庄煤矿始建于1958年,设计生产能 921 技术与经济 内蒙古煤炭经济 2006年第9期 力60万t/年,核定生产能力82. 2万t/年。开拓方 式为立井 暗斜井开拓,采煤方法为走向长壁式 采煤法。井田内地质构造极为复杂,构造以高角度 的正断层为主,局部存在褶曲构造,井田内煤系地 层自西北向东南呈现一单斜构造。矿井开采深度 100m～740m ,开采煤层为二叠系山西组二1煤,煤 层厚度1. 5m～7. 5m ,平均厚度5. 5m ,煤层倾角5 ～22,全区分布稳定。煤层顶板为灰黑色砂质泥 岩、 泥岩,厚2. 80～18. 55m ,平均厚度5. 30m ,煤层 底板为灰黑色砂质泥岩、 砂岩,厚0. 50～7. 30m ,平 均厚度1. 80m。历史上,曾多次发生突水事故,其 中突水量大于60. 0m3/ h的有30次,最大突水量 4200. 0m3/ h。矿井正常涌水量2280m3/ h ,涌水水 源主要来自二1煤层底板的L8灰岩含水层。 2 23071工作面水文地质条件 23071工作面位于23采区的底部,标高在- 418. 5～- 474. 5之间,走向长640m ,倾向长 126m ,倾角20,煤层厚度4. 4～5. 2m ,平均厚度4. 5m ,运煤巷和回风巷均沿煤层顶板布置。煤层底 板的L8灰岩含水层厚度6～8m ,水位- 90m;煤层 底板隔水层厚度38m～44m。在其上部的23051 工作面回采过程中涌水量达450m3/ h ,右上部的 20071工作面回采过程中涌水量达780m3/ h。煤 层隔水底板是煤层与L8含水层之间的隔水地层, 其稳定性受古构造运动和采动地应力制约和影响, 在23采区和20采区中间分布一条构造破碎带,破 碎带走向130～160,宽600m。23071工作面位于 此构造破碎的边沿,二1煤层隔水底板的稳定性减 弱,抗压强度小于4Mpa ,属于极易突水危险区域。 3 注浆增厚加固技术设计及技术参数 3. 1 钻机峒室及设备技术参数 1钻机峒室技术参数 ① 位置在运煤巷上帮,沿煤层顶板布置。 ② 方向与运煤巷走向垂直。 ③ 规格长 宽 高 532. 4m。 ④ 峒室间距60m;数量8个。 2钻机技术参数 ① 型号SGZ- MA300。 ② 额定进尺300m。 3注浆泵技术参数 ① 型号NBB - 260 ③ 额定注浆量260L/ min。 ② 压力7Mpa。 3. 2注浆钻孔技术参数 钻 孔 参 数 表 峒室 编号 钻孔 编号 方位 度 倾角 度 孔深 m 涌水量 m3/ h 原始水 压Mpa 黏土 m3 水泥量 t 终孔压 力Mpa 21300- 14 91.91204340.9 49.48.9 227- 26 88.890424250.18.5 23325- 24 74.7904139.4 24.48.1 24265- 24 92.51247421.88.1 31300- 15 91.560464.29.26 32355- 31 80.21923.815531.69 33325- 27 92.2904426.28.5 34320- 209563.816.22.28.5 41300- 25 11230460.68.28.6 425- 24 1253042638.5 43335- 22 11030441.45.68.5 44250- 23 10842432.76.610 51320- 22 89.560462.88.66.5 52285- 24 11024438.26.410 53250- 27 1126421.93.210 545- 27 11712427.83.710 55235- 23 13912429.65.610.5 61280- 913730490.812.87 62325- 21 95.330447.66.47.5 63350- 23 96.830438.64.47.5 64240- 26 98.712438.44.88.5 65258- 30 116648.20.78.5 71325- 25 85.330450.210.68.5 72290- 19 91.990423.63.29.5 73350- 19 109Z44105.5 14.88 74250- 23 11630488.710.89.5 81315- 22 92.572477.311.210.5 82340- 22 98.512456.69.48 83360- 17 12164136.2 20.69.5 84270- 25 84.315046916.69.5 91315- 18 11364132.5 22.47.4 92280- 15 96.76474.318.87.5 93330- 17 1066470.520.47.5 原则上每个钻机峒室布置3～4个注浆钻孔 见图1 ,如遇特殊情况,增加钻孔数量,各钻孔的 方向、 倾角、 深度参数见钻孔参数表。每个钻孔设 计为二级孔口固定装置,个孔技术参数为 1一级孔口固定装置 ① 孔径Φ 146mm。 ② 长度8～10m。 ③ 钢管型号D40 ,δ 4. 5mm。 ④ 固定材料用425 硅酸盐水泥浆,水水泥 1 1. 2。 ⑤ 承受压力大于4Mpa。 031 技术与经济 内蒙古煤炭经济 2006年第9期 图1 23071工作面注浆钻孔布置图 2二级孔口固定装置 ① 孔径“ 108mm。 ② 长度30m。 ③ 钢管型号D40 ,δ 4. 5mm。 ④ 固定材料用425 硅酸盐水泥浆,水水泥 1 1. 2。 ⑤ 承受压力大于8Mpa。 3终孔孔径 Φ73mm。 4终孔层位穿过L8灰岩含水层底板6～ 8m。 3. 3 注浆液技术参数 1黏土注浆液技术参数 ① 黏度17～25s。② 比重1. 10～1. 3。 2水泥注浆液技术参数 ① 黏度25～60s。 ② 比重1. 20～1. 3。 4 注浆工艺 1造浆池、 注浆泵站布置在地面。 2注浆方式为了减少浆液流失,降低材料消 耗,提高注浆效果,采用全压间歇式注浆法。 图2 注浆工艺流程图 3各钻孔注浆前均作注水试验,确定钻孔吸 水量,根据试验结果确定是否注入骨料。 4注浆过程中根据情况加入适量水玻璃,以 便缩短浆液凝固时间。 5注浆压力达到设计要求时,用水清洗注浆 管道,以免浆液堵塞。 6注浆工艺流程见图2。 5 注浆效果、 经济效益及社会效益 1注浆效果 在对23071工作面煤层底板实施注浆增厚加 固技术过程中,钻孔进尺累计3270m ,注入水泥 435t ,注入黏土量2523t ,各钻孔注浆量及终孔压力 情况见钻孔参数表。经过对工作面煤层隔水底板 打钻孔检验① 煤层隔水底板的含水裂隙和L8灰 岩的含水溶洞已被凝固的黏土水泥浆充填。② 煤 层隔水底板的厚度比原来增加10m以上;③煤层 隔水底板的抗压强度由原来小于4Mpa增加到 715Mpa以上;④ 为23071工作面煤层的开采提供 了安全保障。 2经济效益 与23051和20071两个工作面回采过程中的 涌水量分析对比,23071工作面实施煤层底板注浆 增厚加固技术以后,减少矿井水涌出量450m3/ h , 当年节省排水费用247. 5万元,去掉实施注浆增厚 加固技术的投资费用102万元,当年可创经济效益 145. 5万元,以后每年节约排水费用247. 5万元。 3社会效益 在保护地下水资源方面,对23071工作面实施 煤层底板注浆增厚加固技术以后,每年将减少地下 水资源排放量达389万m3以上,保护了日益匮乏 的地下水资源。 6 结束语 在23071工作面实施煤层底板注浆增厚加固 技术后,取得了显著的经济效益和社会效益。实践 证明,“煤层底板注浆增厚加固技术” 在技术上是可 行的,经济上是合理的,具有一定的推广应用价值。 责任编辑郝存义 131 技术与经济 内蒙古煤炭经济 2006年第9期