1、煤矿突水点煤矿突水点井下动水注浆封堵技术研究与应用封堵技术研究与应用 煤矿突水点煤矿突水点井下动井下动水注浆封堵技术封堵技术研究与应用研究与应用1.概况2.矿区水文地质特征3.突水点井下动水注浆封堵设计4.井下突水点动水注浆技术应用实例 5.项目实施效果及效益分析6.结论及建议v华北型煤田存在的水文地质问题 v焦作矿区水害防治理论及技术研究现状 v实施动水注浆的必要性和可行性 v华北型煤田存在的水文地质问题矿井突水频繁突水量大且时刻受到 特大型突水的威胁（如图1-1所示）水害压煤数量大经常性涌水量大、排水费用高图1-1 我国煤矿水害分布图 图例：（1）华北石炭二叠纪煤田的岩溶裂隙水水害区；（2
2、）华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区；（3）东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；（4）西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；（5）西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区；（6）台湾第三纪煤田的裂隙孔隙水水害区 v焦作矿区水害防治理论及技术研究现状 焦作矿区除了正常留设底板隔水岩柱外，自上世纪50年代还投入了大量的人力物力，开展了一系列的防治水理论研究工作并采取了多种防治水措施。如：上世纪50年代即先后在富水矿区采用大流量水泵进行工作；19651966年在演马矿进行了“天窗”漏斗的黄土注浆试验工作；19811982年在演马庄矿进行了F3断层进水口的注浆截流试验；19861988年开展了国家工业性试验项目华北型煤田奥灰
3、岩溶水综合防治工业性试验的研究工作；19861990年在九里山矿开展了浅部帷幕注浆截流；1995年在冯营矿开展了控放水试验。 v实施动水注浆的必要性和可行性煤矿井下突水点动水注浆技术研究的必要性井下突水点动水注浆技术研究的可行性 l减少矿井排水，相对增加矿井抗灾排水能力； l改善生产环境，提高生产效益 ；l解放受水威胁储量，减少煤炭资源损失 ；l降低排水费用；l工程量少，费用低 。l各矿井水文地质条件已经查明，有利于井下封堵突水点 l煤层底板含水层注浆改造技术为突水点井下动水注浆封堵创造了有利条件 l强大的专业注浆队伍是井下封堵突水点的有力保障 2.矿区水文地质特征v概况v煤系地层与含水层 表
4、2-1 裂隙规模分类裂隙分类性 质 描 述大裂隙长度10km以上、落差百米以上、导水性能强的大断层。此类裂隙贯穿于整个研究区，控制着基岩水的分布和径流。中裂隙长度100m10km、落差20100m、较强导水性能的中等规模断层。此类裂隙多张开性较好、与大裂隙相连，控制着大裂隙间基岩水的径流小裂隙长度几米几十米、落差小于20m、具有导水性能的小断层。此类裂隙分布密集、与中裂隙相连，构成基岩水的储水空间微裂隙长度在数米内、隙宽小于3050mm的裂隙和解理。此类裂隙发育密集、连通性较好，对岩块的储水性影响较大，对基岩水的流向影响不大 图2-2 焦作矿区内主要的大中裂隙分布编号名称方向长度（m）落差（m
5、）控 水 性 质F1凤凰岭断层EW70000200300强径流带，曾造成特大型突水，突水量320m3/minF2朱村断层EW200007001000强径流带，岩溶发育F3九里山断层NE700003001000强径流带，岩溶水排泄中心，泉流量720m3/minF4方庄断层NW10000200强径流带，多次造成底板突水F5赵庄断层NE35000300弱透水，断层两侧水头差70150mF639号井断层NE9500170300强导水，岩溶发育，多次造成突水F73号井断层NE4600279强导水，岩溶发育F8天官区断层NE10000120300导水，连接凤凰岭和朱村断层F9中站断层NE500060110
6、垂向导水，引起奥灰陷落柱突水，突水量89 m3/minF10王封断层EW800060120导水，曾造成二灰和奥灰突水F11冯封断层NE900080120导水，连接凤凰岭和朱村断层F12李庄断层NE11000100导水，多次引起中马矿突水表2-2 焦作矿区大中裂隙性质 v注浆系统设计v井下注浆堵水方案 v注浆材料 v注浆施工的注意事项 v注浆系统设计地面注浆系统井下注浆站地面注浆系统图3-1 注浆站示意图 粘土皮带运输机N12型制浆流量计清水过滤测试粗浆池旋流净化器精浆池一次搅拌测试水泥计量散装水泥二次搅拌池水泥泵送料孔输浆管路受注层图图3-2 3-2 造浆及注浆工艺流程图造浆及注浆工艺流程图
7、井下注浆站水 泥搅拌机浆 池注浆泵注浆孔清 水水玻璃图3-3 注浆工艺流程壁后注浆堵水利用煤层底板含水层注浆改造系统注浆堵水建水闸墙堵水或建水闸墙注浆堵水通过施工注浆孔注浆堵水建止浆垫注浆堵水 可按注浆材料的主剂进行分类。无机系：单液水泥类，水泥-粘土类，水泥-水玻璃类，水玻璃类；有机系：丙烯酰胺类，铬木素类，聚氨酯类，糠醛树脂类，脲醛树脂类。 表3-1 常用水泥浆的配制水灰比水泥（kg）水（L）制成浆量（m3）0.5:10.6:10.75:11:11.25:11.5:12:112001100950750650550450600660712750812825900100010261029100
8、0102910081050注浆孔 注浆系统试运转及管路设施耐压试验 注浆 观测与记录 注浆结束后压水 洗洗孔外注浆管路及设施等 开孔口阀提取止浆塞或再次注浆 封孔 分析检查注浆效果 v壁后注浆堵水技术 v利用煤层底板含水层注浆改造系统注浆堵水技术 v建水闸墙堵水或建水闸墙注浆堵水技术 v建水闸墙注浆堵水 v打钻动水注浆堵水技术 v打止浆垫注浆堵水技术 v注浆堵水基本步骤 壁后注浆堵水主要应用于巷道淋水。焦煤集团公司朱村矿北区石门大巷；焦煤集团演马庄矿东四底板回风巷，淋水巷道长140m，涌水量120m3/h，注浆后残余水量9m3/h，堵水率达92.5。实践证明，壁后注浆堵水是治理巷道淋水的有效手
9、段。 v壁后注浆堵水技术图4-1 注浆钻孔布置图 v利用煤层底板含水层注浆改造系统注浆堵水技术 该堵水方法主要应用于实施煤层底板含水层注浆改造开采工作面附近的突水点或煤层底板含水层注浆改造系统中的输浆管路所能达到的突水点。该堵水方法是利用底板含水层注浆系统和注浆改造过程中施工的与突水点联通的注浆孔或在突水点附近施工注浆孔，采用特殊的注浆材料和方法将突水点封堵。图4-2 利用地面造浆系统注浆示意图 九里山矿14041工作面煤层底板含水层注浆改造时。韩王矿25091工作面突水点水量5.5m3/min，水压1.8Mpa。堵水率100%。 该方法主要应用于废弃地区或巷道中的突水点堵水，是在废弃地区与外
10、界联通的巷道或突水点巷道两端建立水闸墙，将突水点用水闸墙封堵起来。对接受深层水补给的突水点，在水闸墙封好后可通过预埋注浆管对突水点进行注浆封堵深层水的补给通道。v建水闸墙堵水或建水闸墙注浆堵水技术 图4-3 建水闸墙、放水管示意图 演马庄矿西大巷突水点于1966年发生突水现在水量18.5m3/min，水压1.4Mpa，该段巷道已废弃。朱村矿一5煤南区报废，将水闸门关闭后，轨道巷水闸门仍漏水2.5 m3/min，每年排水电费达50万元，堵水率为100。 煤矿井下一些突水点由于受种种条件限制，其他堵水方法施工困难或采用其他方法经济上不合理时，可采用施工注浆孔方法对突水点进行封堵。v打钻动水注浆堵水
11、技术 图4-4 动水注浆封堵突水点注浆孔布置示意图 朱村矿东北区泵房口突水点，水量为3m3/min，水压1.5Mpa，突水水源为L8灰岩岩溶水。 该堵水方法主要用于巷道离含水层较近或围岩比较破碎的突水点。由于围岩不能抵抗高水压因此需要打止浆垫以提高围岩的抗压性。中马村矿23皮带巷突水点水量240m3/h，水压1.40Mpa巷道距突水含水层仅6.5m。堵水率100%。朱村矿东北区总回风巷三号井断层突水点水量72m3/h，水压1.30Mpa，水源为L8灰岩岩溶水。断层带非常破碎，且L8灰岩含水层直接位于巷道，采用打钻注浆堵水很难成功。堵水率99.92%。 v打止浆垫注浆堵水技术（一）确定堵水部位或
12、地段，堵住主要水源通道； （二）方案设计内容：（1）确定注浆范围、注浆层位和部位以及注浆孔、观测孔、检查孔孔数及其布设方式；（2）确定注浆深度，划分注浆段，选择注浆方式和注浆方法；（3）选择注浆材料，提出配方试验要求；（4）确定注浆参数及质量检查和评价的方法；（5）选择钻探设备，确定钻孔结构及施工方法；（6）注浆设备选用及注浆站布置；（7）确定主要安全技术措施（含注浆操作规程）；（8）估计材料消耗量，编制设备、材料及试验用仪表等清单和资金概算；（9）确定施工劳动组织与工期安排；（10）编制相应的图件。 v注浆堵水基本步骤注浆堵水基本步骤v项目实施效果 v效益分析 减少矿井涌水量 几年来共封堵矿
13、井突水点13处，堵住水量3000m3/h。改善生产条件，提高资源回收率 抑制恶性水害发生，确保矿井安全生产 v项目实施效果经济效益经济效益 通过封堵井下突水点工程，焦煤集团公司矿井涌水量由过去通过封堵井下突水点工程，焦煤集团公司矿井涌水量由过去的的18000m18000m3 3/h/h减至目前的减至目前的15000m15000m3 3/h/h，减少水量，减少水量3000m3000m3 3/h/h，每年节约，每年节约排水费用排水费用13001300万元；改善了井下生产环境，为建设高产高效矿井万元；改善了井下生产环境，为建设高产高效矿井提供了安全保证；每年安全采出煤炭提供了安全保证；每年安全采出煤
14、炭215215万吨，年创产值万吨，年创产值6450064500万万元元 。环境效益环境效益 实施封堵井下突水点工程后，减少了矿坑排水量，因此不但实施封堵井下突水点工程后，减少了矿坑排水量，因此不但降低了环境污染程度，而且对水资源的保护也起到了积极的作用。降低了环境污染程度，而且对水资源的保护也起到了积极的作用。社会效益社会效益 矿井排水造成了宝贵水资源的浪费，尤其是对于缺水地区掠矿井排水造成了宝贵水资源的浪费，尤其是对于缺水地区掠夺了人们赖以生存的水资源，加剧了水资源不足的矛盾。实施封夺了人们赖以生存的水资源，加剧了水资源不足的矛盾。实施封堵井下突水点工程后，减少了矿井排水，节约了宝贵的水资源
15、。堵井下突水点工程后，减少了矿井排水，节约了宝贵的水资源。 v效益分析v结论v建议通过本项目研究，可得出如下结论： （1）在井下封堵突水点的同时，改变了地下水的流场，使某些突水点的补给通道受到限制，突水点涌水量明显减少，变大水矿井为小水矿井。 （2）在焦作矿区进行井下动水封堵突水点工作，开创了矿井井下堵水的先例，具有地表堵水不可比拟的优越性。 （3）本项目研究的创新点主要有 在注浆堵水材料方面，选用以粘土与水泥为主的混合材料，既保证了堵水效果又降低了工程费用。在粘土水泥浆中添加柔性阻水材料，可有效防止注浆堵水过程中串浆和跑浆；研制开发了注浆孔骨料添加器，解决了在井下封堵突水点注骨料时的困难；研
16、制开发了注浆堵水的一系列骨料，依据不同水文条件， 使用从粗到细、从软到硬的各种骨料进行堵水；研制开发了高压止水器，解决了注浆堵水钻孔提前出水止水的难题；实现了由地表堵水向井下堵水的转化，开创了井下堵水的先例。 （4）该项技术的应用具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，同时对于水资源的保护也具有十分重要的意义，为华北其它大水矿区的矿井涌水封堵提供了可借鉴的方法和手段，具有广阔的推广应用前景。 （1）本项目在不同的矿井分别实施了不同的井下动水封堵突水点技术，建议进一步研究各种技术的指标体系，以评价其堵水效果，为在更大范围内推广应用各项技术奠定基础。 （2）建议立项申报柔性阻水材料、注浆孔骨料添加器及高压止水器专利，以保护有关技术。
