黄玉川外运井防治水方案(论文).doc

注浆堵水技术在黄玉川煤矿的应用王天才1，2，卢明银1（1.中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008；2.黄玉川煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017100） 摘要：利用送压设备将可固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内,使其扩张、胶结、固化,以降低地层的渗透性,增强地层强度。防止地基沉降、变形的注浆技术在控制井筒涌水中得到越来越广泛的应用。本文从注浆技术在控制井筒涌水中的原理出发，介绍了注浆技术在黄玉川煤矿控制井筒涌水中的施工方案、方法及施工工艺。关键词：注浆技术；井筒涌水；应用效果Abstract: The use of pressure equipment will be able to make the solidifiable particulate grout expansionary, viscoelastic and solidifiable by drilling the slurry material into the the space of groud, soil or rock fissures ,reduce the permeability of formation,and enhance the strength.The grouting technology to prevent consolidation,has been increasingly widely used in the control of water surging in well.From the principle of grouting technology in the control of water surging in well, we have introduced the control of grouting technology in Huang Yuchuan Mine in the construction plan, methods and construction technology.Keywords: Grouting technology; Water surging in well; Apply effect1 概况1.1 矿井概况黄玉川煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔矿区西南部，距薛家湾25km，矿井设计年生产能力1000万t，服务年限82a，同时配套建设选煤厂。项目总投资24.15亿元。黄玉川煤矿外运斜井井筒设计掘进深度998m，井筒净宽5.1m，掘宽5.4m，净高3950mm，掘高4200mm，倾角16锚网喷锚索支护。井筒施工至井深662m时出现涌水，最大涌水量约90m3/h左右。为保证施工安全和改善井下工作面施工条件，于2010年2月21日停止井筒施工进行探水防治水注浆。1.2 地质水文地质概况外运主斜井掘进面岩层为灰黑色砂质泥岩，纵向裂隙发育，顶板破碎稳定性较差，向下即为4#煤。为探明掘进前方煤层及含水情况，3月23日在掘进面布置一组超前探水钻孔，根据钻孔资料预测施工区前方，从掘进面开始向下72.38米范围内所穿岩层为：（1）灰色泥岩，12.32m；（2）黑色泥岩，1.15m（预测为4#煤层）；（3）灰色泥岩，1.54m；（4）黑色泥岩，3.85m（预测为4#煤层）；（5）灰色泥岩，12.32m；（6）黑色泥岩，3.08m；（7）灰色砂岩，4.62m；（8）黄泥岩，3.08m；（9）黑色泥岩，1.54m；（10）黄色泥岩，10.78m；（11）灰白色砂岩，6.16m；（12）灰白色中粗砂岩，11.55m。灰白色中粗砂岩为6#上煤层老顶，层厚约1620m左右，裂隙极为发育，是本区的主要含水层，水文地质条件复杂。向下即为6#上煤层。2 注浆堵水方案2.1 突水经过2010年2月21日早6：30正在施工的主斜井巷道右肩窝打探水孔出现流水，从小到大至8：00涌水量约25m3/h，10时左右涌水量突增到约90 m3/h，至11时工作面和MD46-50*6排水泵被淹。截止2月22日早7：00时，工作面被淹约70m，涌水量趋于稳定约15 m3/h。巷道掘进被迫停止，开始进行治水堵水。根据煤矿详查、精查、巷探、三维物探提供的资料，这次的突水主要为4煤顶底板板砂岩裂隙水，该段含水层富水性中等，比之前预计的涌水量要大的多，涌水具有初见时小，后逐渐增大特征。不排除有前方6煤顶板砂岩裂隙水通过裂隙或构造导入。2.2 注浆堵水基本思路 鉴于外运主斜井较复杂水文地质条件，拟从现在的工作面开始到井筒落底为止，采用长分段探水注浆施工，共分6段进行探水注浆，每段长6070m，每探注6070m掘进4550m，始终保留探注浆段超前工作面15m，巷道两侧探注控制范围15m。探水孔数量和控制范围要控制到巷道顶底板和巷道两侧，并按兼作注浆孔设计。探水过程中遇单孔涌水量1m3/h即应进行注浆封水，注浆采用高压注浆，注浆材料采用主注单液水泥浆，掺加三乙醇胺符合早强剂，水泥水玻璃双液浆封孔，水泥浆采用42.5级新鲜普通硅酸盐水泥拌制，裂隙可注性差时，可考虑采用超细水泥注浆。探水注浆均采用岩墙止浆，不采用砼止浆墙。预注浆堵水的布孔密度须根据含水层裂隙产状和裂隙的连通性、水动力特点、浆液渗透扩散效果等综合情况确定。由于目前不掌握这方面的资料，所以迎头预注浆布孔需采取分步进行：即先按一定密度布孔、间隔顺序钻井和注浆，然后，插孔检查并根据浆液扩散情况确定是否要进行补孔补注，以确保注浆在井筒周围岩层中形成封闭的封水帷幕。2.3 方案设计方案设计依据为煤矿防治水规定、煤矿安全规程和黄玉川煤矿详查、精查所提供的地质资料。（1）注浆孔布设第一段探水注浆段长确定为60m，钻孔控制范围以终孔落在巷道掘进轮廓线外10m为基本要求。孔数设计初步方案为8孔，如附图所示。钻注顺序隔孔进行。（2）注浆孔结构采用75 mm钻头无芯掘进，孔口管用材采用89mm的无缝钢管，长度不小于6m。 孔口管开孔直径采用133mm钻头钻进，孔口管采用水泥水玻璃双液浆固管压注。（3）布孔参数 注浆孔布置参数如表1。 表1 注浆孔布孔参数一览表钻孔编号布孔参数12345678倾角/23.325.623.3169.056.219.051616度层面夹角/6.5406.519.796.5906599.79孔深/m6060606060606060注： 所有倾角均为俯角3 注浆施工方案本次注浆采用预埋孔口管，孔口管加固后再钻进至设计深度进行注浆，孔口管使用3寸无缝钢管加工，孔径133mm，埋深7.5m，孔口处使用麻绳、干海带缠绕，保证在用双液浆加固孔口管时能够快速凝固；考虑到工作面岩石裂隙发育、岩石比较破碎，施工一止浆墙，止浆墙厚度为1000mm，混凝土标号C30；止浆墙施工完毕，凝固3天进行注浆加固；所有孔口管加固完再进行套孔钻进，孔深60m，孔径75mm，钻进达到设计深度后，逐孔进行注浆。4 注浆施工工艺4.1 钻孔 钻机先用ZDY650型钻机，用直径132mm的钻头钻孔预埋孔口管，用直径为75mm的钻头套孔，钻杆长度为1.5m。工作面一共布置8个孔口管，孔深7.5m，孔径89mm，孔口管使用3寸的无缝钢管加工而成。套孔时使用直径为75mm的钻头，按照设计的角度、方位固定钻机，钻机确保加固牢固，防止在钻进过程中受力过大移动，影响钻孔质量。钻进过程如果发现出水，水量小于5m/h，可以继续钻进；如果水量大于5m/h，应该及时的回报调度室，采取必要措施进行处理；如果水量很大，要及时的拔出钻杆，关上闸阀。4.2 注浆（1）根据以往经验本次注浆压力控制为：5.5MPa，注浆过程的瞬间冲击压力可控制在1518MPa范围。首先进行注清水实验，压水时间为1020分钟，主要用来检查泵和吸排管路的畅通情况，同时加压，用清水冲洗岩石裂隙的泥质充填物和孔内细砂，提高浆液与裂隙面的粘结程度及抗渗透性，使注浆达到很好的效果。再者根据压注清水，了解砂层的吸水率，以便确定浆液的类型和初始浓度。每次注浆前均应遵循先稀后浓的原则。水泥浆浓度采用2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.75：1和0.6：1六个级配，视注浆压力和注浆量的变化进行调整。（2）水玻璃浓度稀释为3040Be（波美度）。单、双液浆的使用条件和水泥浆的初始浓度根据注浆前压水量来确定，当压水量大于250L/min时，水泥浆：水玻璃为1：1；当压水量小于250L/min时，水泥浆：水玻璃为1.25：1；当水泥浆小于180L/min时，水泥浆：水玻璃为1.25：11.5：1。（3）注浆时，将吸水笼头从清水桶中拿到水泥浆液桶中，搅拌水泥要均匀，以防沉淀，加料加水要均匀和匀速搅拌，当停止注浆时，首先打开泄浆阀，然后关闭注浆阀。同时把笼头拿到清水桶中等冲洗完注浆机后方可停机。（4）注浆过程中派专人在工作面负责观测井壁和底板有无跑浆现象。若发现跑浆时，可采用提高水泥浆液浓度来缩短凝胶时间；或者注一会停一会，进行间歇式注浆等方法，必要时使用水泥-水玻璃双液浆。 （5）为提高注浆堵水效果，如果注浆压力长时间不上升，可考虑将浆液调稠一级配比；反之，如果注浆压力上升太快，可将浆液浓度调稀一级配比。（6）每次注浆自压水试验至注浆结束全过程都必须系统观测并记录泵压、吸浆(水)量、注浆(水)量及浆液配比、材料消耗等原始数据。5 应用效果及结论通过注浆结束后的打孔探水观察，井筒涌水无异常变化，原来各出水点均无出现渗水现象。因此，本次注浆对封堵井筒涌水起到了较好的效果。通过实际检验，注浆堵水是一种切实可行的堵水方法，是符合黄玉川煤矿的一种可行的控制井筒涌水方法，注浆技术在控制井筒涌水产生理想效果，必会确保矿井安全生产可产生良好的经济效益和社会效益。参考文献1.张明亮, 张备.刘河煤矿主井筒长钻孔注浆堵水技术的应用J.煤炭工程，20