煤矿注浆堵水技术.ppt

1、 二二O一一O年五月年五月煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院主要内容主要内容v1 概述概述v1.1 基本概念基本概念v1.2 注浆分类注浆分类v1.3 注浆材料注浆材料v2 注浆在煤矿中的应用注浆在煤矿中的应用v3 注浆堵水方案注浆堵水方案v4 注浆工程设计注浆工程设计v5 东庞矿东庞矿“4.12”突水灾害治理突水灾害治理v5.1过水巷道封堵技术过水巷道封堵技术v5.2 陷落柱封堵技术陷落柱封堵技术1.1、注浆的基本概念、注浆的基本概念v 注浆也称灌浆，就是将具有胶凝性的浆注浆也称灌浆，就是将具有胶凝性的浆液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借液或化学溶液，按照规定的配比或浓

2、度，借用注浆设备或浆液自重对之施加压力，通过用注浆设备或浆液自重对之施加压力，通过钻孔输送到受注层段中的一种施工技术。其钻孔输送到受注层段中的一种施工技术。其实质是使浆液在受注层中渗透、扩散、充填实质是使浆液在受注层中渗透、扩散、充填，经过一定时间后凝固和硬化，从而达到加固经过一定时间后凝固和硬化，从而达到加固受注层和抗渗防水的目的受注层和抗渗防水的目的。1 1 概述概述1.2、注浆的分类、注浆的分类1 1 概述概述按注浆材料：按注浆材料：水泥单液浆，水泥水泥单液浆，水泥-水玻璃双液浆，水玻璃双液浆，水泥水泥-粘土（粉煤灰、沙子）混合浆，化学浆液。粘土（粉煤灰、沙子）混合浆，化学浆液。按水动力

3、条件：按水动力条件：静水注浆，动水注浆。静水注浆，动水注浆。按工程目的：按工程目的：帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水，帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水，井筒预注浆，管棚支护注浆。井筒预注浆，管棚支护注浆。按注浆工艺：按注浆工艺：旋喷注浆，孔口静压注浆，孔内旋喷注浆，孔口静压注浆，孔内 止浆注浆。止浆注浆。按突水构造：按突水构造：断层注浆，裂隙注浆，陷落柱注断层注浆，裂隙注浆，陷落柱注浆浆1.3 注浆材料注浆材料1 1 概述概述固固 粒粒灌浆材料灌浆材料水水 泥泥水玻璃水玻璃粉煤灰粉煤灰粘粘 土土骨骨 料料Na2CO3nSiO2 作为速凝剂或双液浆与水泥浆配合使用适用于裂隙、孔隙与岩溶类受注层。具有结石

4、强度高，性能稳定，来源广泛的特点。裂隙宽度不下于3 5倍的水泥颗粒直径（普通硅酸盐水泥3080m）满足水工混凝土掺用粉煤灰技术规范，其细度应不小于水泥细度。水泥代用材料，不同的工程目的对粘土性能指标（塑性指数、粘粒含量、粉粒含量、含沙量等）有不同的要求砾石、沙子等，适用于大空洞充填化学浆材化学浆材真溶液浆材，具有粘度低、可灌性好、胶凝时间易于控制的特点。适用于井巷工程小型裂隙与微孔隙含水层注浆（丙烯酰胺类浆液）。2 注浆在煤矿中的应用注浆在煤矿中的应用预注浆工程预注浆工程注浆堵水工程注浆堵水工程特殊注浆工程特殊注浆工程井井筒筒预预注注浆浆工工作作面面注注浆浆改改造造帷帷幕幕注注浆浆导导水水构构

5、造造的的预预注注浆浆处处理理巷巷道道封封堵堵工工程程突突水水构构造造封封堵堵突突水水水水源源封封堵堵管管棚棚支支护护注注浆浆防防灭灭火火注注浆浆充充填填注注浆浆3 注浆堵水方案注浆堵水方案v选择堵水方案应考虑的因素选择堵水方案应考虑的因素v1）突水水文地质条件。水源、突水构造的类型、突水方式，）突水水文地质条件。水源、突水构造的类型、突水方式，井下与地面施工条件等。井下与地面施工条件等。v2）矿井受淹状况与施工条件。淹巷道、工作面，还是淹水平、）矿井受淹状况与施工条件。淹巷道、工作面，还是淹水平、或是整个矿井，地面与井下的施工条件等。或是整个矿井，地面与井下的施工条件等。v3）本次突水与矿井今

6、后防治水工作和煤炭生产接续的关系。）本次突水与矿井今后防治水工作和煤炭生产接续的关系。v4）不同方案的工期与工程造价因素）不同方案的工期与工程造价因素4 注浆工程设计注浆工程设计钻孔设计钻孔设计注浆工艺设计注浆工艺设计质量检查与效果检验质量检查与效果检验钻钻孔孔布布置置钻钻孔孔结结构构钻钻孔孔技技术术要要求求注注浆浆层层段段与与注注浆浆方方式式注注浆浆工工艺艺控控制制注注浆浆结结束束标标准准工工序序检检查查钻钻孔孔检检查查物物探探检检查查堵堵水水效效果果工程设计应遵循的原则工程设计应遵循的原则v1）先探后治，探治结合）先探后治，探治结合v2）动态设计）动态设计v3）分序次施工）分序次施工v4）

7、注浆工艺科学合理）注浆工艺科学合理v (1)先骨料、后浆液先骨料、后浆液;v (2)动水注骨料、静水注浆动水注骨料、静水注浆;v (3)注浆时间小于浆液凝固时间相适应注浆时间小于浆液凝固时间相适应v (4)注浆强度与受注层吸浆量相匹配注浆强度与受注层吸浆量相匹配 4 4 工程设计工程设计5 5 东庞矿东庞矿“4.124.12”突水灾害治理突水灾害治理v项目背景项目背景v“4.12”突水灾害突水灾害 1）水源：）水源：奥陶系强岩溶含水层奥陶系强岩溶含水层 2）水量：）水量：出水后出水后3h水量就增加水量就增加10000m3/h以上，出水后以上，出水后9h水量增加到最大水水量增加到最大水70000

8、m3/h 3）通道：）通道：隐伏导水陷落柱隐伏导水陷落柱 4）其他：）其他：总涌水量约总涌水量约1000万万m3，奥灰含，奥灰含水层内影响半径达水层内影响半径达30Km 总体方案总体方案阶阶 段段一期治理工程一期治理工程二期治理工程二期治理工程方方 案案过水巷道封堵工程过水巷道封堵工程突水陷落柱治理工程突水陷落柱治理工程目目 标标尽快恢复生产尽快恢复生产同时探查陷落柱同时探查陷落柱根治水患根治水患避免陷落柱二次突水避免陷落柱二次突水实施实施情况情况20032003年年4 4月开工，同年月开工，同年9 9月月完成，矿井已恢复正常生完成，矿井已恢复正常生产产20062006年年4 4月开工，月开工

9、，20072007年年5 5月月2929日完成日完成项目概况项目概况5.1 5.1 过水巷道封堵技术过水巷道封堵技术快快速速定定向向钻钻进进骨骨料料灌灌注注阻阻水水墙墙建建造造旋旋喷喷注注浆浆充充填填注注浆浆升升压压注注浆浆引引流流注注浆浆快速定向钻进快速定向钻进1）技术要求：）技术要求：钻孔须在垂深钻孔须在垂深586m处透巷，透巷水平位处透巷，透巷水平位移不得大于移不得大于1m，偏斜精度达，偏斜精度达1.72 2）钻探工艺：）钻探工艺：（1）T685WS车载顶驱钻机，灵活机动车载顶驱钻机，灵活机动 （2）复合钻进技术纠偏复合钻进技术纠偏 PDC(钻头钻头)+197mm(双扶双扶)单弯螺杆单弯

10、螺杆(0.5)+203.2mm无磁钻铤无磁钻铤+203.2 mm普通钻铤普通钻铤+178 mm普通钻铤普通钻铤6+114 mm钻杆钻杆3）钻进效率：）钻进效率：平均每孔平均每孔12天，最快达到天，最快达到100m/天天4）钻探成果：）钻探成果：7个钻孔命中巷道个钻孔命中巷道5.1巷道封堵巷道封堵动水骨料灌注动水骨料灌注1 施工条件：施工条件：高水压高水压5.46MPa,动水条件，煤层巷道，动水条件，煤层巷道，巷内空高巷内空高1.5m左右，巷内动水流速约左右，巷内动水流速约300-350m/h。2 灌注工艺灌注工艺 1）灌注方法：）灌注方法：水力射流，孔口密闭、砂石自重连续水力射流，孔口密闭、砂

11、石自重连续灌注法灌注法，定期下钻具透扫骨料。，定期下钻具透扫骨料。2）骨料级配：）骨料级配：骨料分细纱和石子两类骨料分细纱和石子两类 级配：河沙级配：河沙:小石子小石子:中石子中石子:大石子大石子=1:1:2:1 3）水固比）水固比：6:1-10:1 4）灌注结束标准）灌注结束标准：骨料堆积到巷顶经多次下钻冲扫骨料堆积到巷顶经多次下钻冲扫仍不能进入巷道且经注（压）水试验，仍不能进入巷道且经注（压）水试验，q值已降到值已降到1.0L/min.m以下时此孔灌注骨料工作结束以下时此孔灌注骨料工作结束 5.1巷道封堵巷道封堵 灌注骨料成果汇总表孔孔 号号灌注量灌注量(m3)灌前空顶灌前空顶高度高度(m

12、)水位水位(m)水位上水位上升值升值(m)施施 工工 时时 间间注前注前注后注后G3260.75-5.1+4.798.892003年年6月月5日日G625141.6-83.1+11.0994.192003年年5月月106月月8G76540.90-19.68+63.1682.842003年年7月月137月月17G811491.30-93.89-28.2765.622003年年5月月225月月30合计合计43435.1巷道封堵巷道封堵阻水墙的建造阻水墙的建造v第一阶段，旋喷注浆：第一阶段，旋喷注浆：首先选择首先选择3 3个钻孔进行旋喷注浆施工，个钻孔进行旋喷注浆施工，通过注入高压水泥浆液流，强行切

13、割周围骨料，使水泥浆液通过注入高压水泥浆液流，强行切割周围骨料，使水泥浆液与骨料充分混合，形成与骨料充分混合，形成3 3个相对孤立的截断过水断面的砂浆或个相对孤立的截断过水断面的砂浆或混凝土结石体。混凝土结石体。v第二阶段，充填注浆：第二阶段，充填注浆：在旋喷注浆孔之间进行充填注浆，将在旋喷注浆孔之间进行充填注浆，将旋喷结石体之间的空隙充填，形成一个整体的、连续的阻水旋喷结石体之间的空隙充填，形成一个整体的、连续的阻水墙。墙。v第三阶段，升压注浆：第三阶段，升压注浆：主要对阻水墙与顶底板岩石的接缝，主要对阻水墙与顶底板岩石的接缝，以及岩石裂隙进行注浆加固，一方面增强阻水墙与围岩粘接以及岩石裂隙

14、进行注浆加固，一方面增强阻水墙与围岩粘接力，提高抗挤出与抗水流冲刷能力。另一方面，注浆封堵了力，提高抗挤出与抗水流冲刷能力。另一方面，注浆封堵了顶底板裂隙，可以防止突水绕流。另外，通过高压注浆提高顶底板裂隙，可以防止突水绕流。另外，通过高压注浆提高阻水墙体的强度与抗渗透能力，封堵薄弱带的过水通道阻水墙体的强度与抗渗透能力，封堵薄弱带的过水通道v第四阶段，引流注浆：第四阶段，引流注浆：在工程后期矿井完全淹没、阻水墙基在工程后期矿井完全淹没、阻水墙基本形成情况下，井下突水基本为静水状态。为了检验堵水效本形成情况下，井下突水基本为静水状态。为了检验堵水效果，封堵残留小的过水通道，在矿井试验排水期间，

15、利用果，封堵残留小的过水通道，在矿井试验排水期间，利用G2G2孔进行注浆，对出水口附近进行注浆封堵。孔进行注浆，对出水口附近进行注浆封堵。5.1巷道封堵巷道封堵堵水效果堵水效果v125125天一期工程完工，天一期工程完工，225225天矿井全面恢复生天矿井全面恢复生产。产。v矿井排水复矿后，残余涌水量由初始的矿井排水复矿后，残余涌水量由初始的170m170m3 3/h/h，逐渐衰减为零，逐渐衰减为零，堵水率达到堵水率达到100%100%。5.1巷道封堵巷道封堵陷落柱治理的必要性陷落柱治理的必要性v1 1）陷落柱从奥灰顶界面的）陷落柱从奥灰顶界面的-690m-690m水平一直发育到上石盒子下段的

16、水平一直发育到上石盒子下段的-240.61m240.61m水平，垂直高度达水平，垂直高度达450m450m，它穿透了大青、野青及，它穿透了大青、野青及9 9煤、煤、2 2煤顶板砂煤顶板砂岩含水层，并成为以上含水层的强大补给水源，如不进行陷落柱治理，岩含水层，并成为以上含水层的强大补给水源，如不进行陷落柱治理，在这些含水层中井巷工程一旦揭露与陷落柱有联系的导水裂隙时，则会在这些含水层中井巷工程一旦揭露与陷落柱有联系的导水裂隙时，则会发生突水，不仅增加了矿井涌水量，而且威胁着发生突水，不仅增加了矿井涌水量，而且威胁着2 2煤、煤、9 9煤的安全开采。煤的安全开采。v2 2）突水后陷落柱内大量的充填物被高压水冲出堆积在巷道，扩大了陷落）突水后陷落柱内大量的充填物被高压水冲出堆积在巷道，扩大了陷落柱空洞裂隙的体积，破坏了原有的平衡状态，使陷落柱周边岩体存在再柱空洞裂隙的体积，破坏了原有的平衡状态，使陷落柱周边岩体存在再次塌落的可能，特别是煤层强度低、结构疏松，更容易发生坍塌。因此，次塌落的可能，特别是煤层强度低、结构疏松，更容易发生坍塌。因此，如不进行陷落柱治理，如不进行陷落柱治理，2 2煤煤