煤矿注浆堵水技术PPT课件.ppt

煤矿注浆堵水技术 二O一O年五月 煤炭科学研究总院西安研究院 主要内容 1概述1 1基本概念1 2注浆分类1 3注浆材料2注浆在煤矿中的应用3注浆堵水方案4注浆工程设计5东庞矿 4 12 突水灾害治理5 1过水巷道封堵技术5 2陷落柱封堵技术 1 1 注浆的基本概念 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 从而达到加固受注层和抗渗防水的目的 1概述 1 2 注浆的分类 1概述 按注浆材料 水泥单液浆 水泥 水玻璃双液浆 水泥 粘土 粉煤灰 沙子 混合浆 化学浆液 按水动力条件 静水注浆 动水注浆 按工程目的 帷幕注浆 注浆改造 注浆堵水 井筒预注浆 管棚支护注浆 按注浆工艺 旋喷注浆 孔口静压注浆 孔内止浆注浆 按突水构造 断层注浆 裂隙注浆 陷落柱注浆 1 3注浆材料 1概述 固粒灌浆材料 水泥 水玻璃 粉煤灰 粘土 骨料 Na2CO3 nSiO2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30 80 m 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 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 预注浆工程 注浆堵水工程 特殊注浆工程 井筒预注浆 工作面注浆改造 帷幕注浆 导水构造的预注浆处理 巷道封堵工程 突水构造封堵 突水水源封堵 管棚支护注浆 防灭火注浆 充填注浆 3注浆堵水方案 选择堵水方案应考虑的因素1 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 2 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 3 本次突水与矿井今后防治水工作和煤炭生产接续的关系 4 不同方案的工期与工程造价因素 4注浆工程设计 钻孔设计 注浆工艺设计 质量检查与效果检验 钻孔布置 钻孔结构 钻孔技术要求 注浆层段与注浆方式 注浆工艺控制 注浆结束标准 工序检查 钻孔检查 物探检查 堵水效果 工程设计应遵循的原则 1 先探后治 探治结合2 动态设计3 分序次施工4 注浆工艺科学合理 1 先骨料 后浆液 2 动水注骨料 静水注浆 3 注浆时间小于浆液凝固时间相适应 4 注浆强度与受注层吸浆量相匹配 4工程设计 5东庞矿 4 12 突水灾害治理 项目背景 4 12 突水灾害1 水源 奥陶系强岩溶含水层2 水量 出水后3h水量就增加10000m3 h以上 出水后9h水量增加到最大水70000m3 h3 通道 隐伏导水陷落柱4 其他 总涌水量约1000万m3 奥灰含水层内影响半径达30Km 总体方案 项目概况 5 1过水巷道封堵技术 快速定向钻进 骨料灌注 阻水墙建造 旋喷注浆 充填注浆 升压注浆 引流注浆 快速定向钻进 1 技术要求 钻孔须在垂深586m处透巷 透巷水平位移不得大于1m 偏斜精度达1 72 2 钻探工艺 1 T685WS车载顶驱钻机 灵活机动 2 复合钻进技术纠偏PDC 钻头 197mm 双扶 单弯螺杆 0 5 203 2mm无磁钻铤 203 2mm普通钻铤 178mm普通钻铤 6 114mm钻杆3 钻进效率 平均每孔12天 最快达到100m 天4 钻探成果 7个钻孔命中巷道 5 1巷道封堵 动水骨料灌注 1施工条件 高水压5 46MPa 动水条件 煤层巷道 巷内空高1 5m左右 巷内动水流速约300 350m h 2灌注工艺1 灌注方法 水力射流 孔口密闭 砂石自重连续灌注法 定期下钻具透扫骨料 2 骨料级配 骨料分细纱和石子两类级配 河沙 小石子 中石子 大石子 1 1 2 13 水固比 6 1 10 14 灌注结束标准 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 q值已降到1 0L min m以下时此孔灌注骨料工作结束 5 1巷道封堵 灌注骨料成果汇总表 5 1巷道封堵 阻水墙的建造 第一阶段 旋喷注浆 首先选择3个钻孔进行旋喷注浆施工 通过注入高压水泥浆液流 强行切割周围骨料 使水泥浆液与骨料充分混合 形成3个相对孤立的截断过水断面的砂浆或混凝土结石体 第二阶段 充填注浆 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 连续的阻水墙 第三阶段 升压注浆 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 通过高压注浆提高阻水墙体的强度与抗渗透能力 封堵薄弱带的过水通道第四阶段 引流注浆 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 为了检验堵水效果 封堵残留小的过水通道 在矿井试验排水期间 利用G2孔进行注浆 对出水口附近进行注浆封堵 5 1巷道封堵 堵水效果 125天一期工程完工 225天矿井全面恢复生产 矿井排水复矿后 残余涌水量由初始的170m3 h 逐渐衰减为零 堵水率达到100 5 1巷道封堵 陷落柱治理的必要性 1 陷落柱从奥灰顶界面的 690m水平一直发育到上石盒子下段的 240 61m水平 垂直高度达450m 它穿透了大青 野青及9煤 2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 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2煤 9煤的安全开采 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 如不进行陷落柱治理 2煤煤柱的塌落使煤柱厚度变薄 陷落柱二次突水的危险性进一步增大 3 注浆封堵陷落柱 切断奥灰水的补给通道 降低柱内水压 可以减少陷落柱四周煤柱的留设厚度 解放部分煤炭资源 陷落柱治理方案 在陷落柱探查的基础之上 封堵工程的核心就是在陷落柱的预定位置建造 堵水塞 以切断陷落柱突水通道 其施工方案是采用以地面施工为主 井下施工为辅的井上下相结合的综合治理方案 一方面 在地面打钻施工注浆孔 监测孔 通过灌注骨料 浆液封堵 堵水塞 段的陷落柱体及其四周导水裂隙带 截断奥灰水的补给通道 另一方面 在井下施工定向放水钻孔 通过放水试验定量评价堵水效果 另外 对陷落柱上部空洞进行骨料充填 防止陷落柱进一步向上发育 沟通第四系水源 5 2陷落柱治理 B B 剖面图 治理技术 2903陷落柱放1孔剖面图 治理技术 2 1技术方案 突水陷落柱封堵技术 定向分支钻孔 骨料灌注 阻水塞建造 充填注浆 升压注浆 引流注浆 加固注浆 质量综合评价 工序检查 钻孔取芯 压水试验 物探检测 放水试验 5 2陷落柱治理 定向分支钻孔 二期工程共施工注浆孔6个 定向分支钻孔20个 质检孔2个 骨料孔2个 放水孔1个 总进尺8788 23m 从钻孔施工结果来看 除Z5 2孔因孔内事故未达到设计深度外 其余钻孔均按设计要求施工至目的层位 钻孔各项参数如偏斜方位 偏斜角等均符合设计要求 5 2陷落柱治理 钻孔对堵水塞段的控制 5 2陷落柱治理 陷落柱发育特征参数 阻水塞 段注浆孔平面投影图 5 2陷落柱治理 注浆钻孔东北等轴测图 5 2陷落柱治理 陷落柱阻水塞建造工艺 5 2陷落柱治理 质量检查 钻孔取芯 5 2陷落柱治理 Z4 检1孔岩芯图片 704m 治理技术 压水试验 5 2陷落柱治理 堵水效果 放水试验 1 残余补给量2 24m3 h2 水质化验结果显示 未有奥灰水参与3 水位动态表明 本次放水与奥灰水没有关联结论 堵水塞已成功切断了陷落柱的奥灰水补给通道 从而根除了隐患 5 2陷落柱治理 谢谢 2 1 3综合注浆法建造阻水墙 2旋喷注浆1 钻孔 G8 G7 G3 G62 注浆材料 42 5 普通硅酸盐水泥 早强剂为三乙醇胺和食盐3 工艺参数浆液配方 水灰比控制在0 6 0 7 浆液比重1 6 1 8 可加入水泥量0 03 0 05 的三乙醇胺和0 3 0 5 的食盐 喷浆压力 10 15MPa喷体结构 喷嘴直径为 3 4mm 三喷嘴型旋喷注浆泵 LM 500 22型泥浆泵4 旋喷注浆施工工艺流程 单位吸水率即 q值已降到1 L min m 以下时 即可下入三孔射流旋喷钻头 采用水泥浆喷射自上而下射流搅拌至孔底 低于巷底的深度 然后再由下而上一边提升 一边旋转喷射至巷道顶以上的钻孔内 水泥凝固6 8小时后 扫孔到底 进行第二次旋喷 如此反复多次 直到孔口返浆为止 待凝48小时后 经用筒状钻头取芯 若取芯砼密实完整 说明旋喷效果好 否则 下钻具重复旋喷注浆 直到岩芯完整 且钻孔吸水率达到设计要求 治理技术 2 1 3综合注浆法建造阻水墙 3充填注浆工艺1 充填注浆参数及工艺流程 1 注前压水 2 制浆 浆液比重控制在1 6 1 7g cm3之间 制浆能力36 60m3 h 3 注浆 充填注浆的从排量400L min 比重1 7g cm3注起 充填注浆阶段的初期主要以单孔大浆量注浆法和多孔大浆量联合注浆法为主 在注浆的同时及时其他注浆孔 主井和奥灰孔水位动态 分析注浆效果 如注浆效果好 则连续注浆 否则 采用多孔间歇交替注浆法 以防止浆液大量流失 在充填注浆阶段的后期 过水通道断面大幅缩减后 采用单孔小浆量间歇注浆法 4 停止注浆 压清水经泵冲洗管路并将水压入孔中 待孔口压力归零后 方可拆开孔口注浆栓 下钻具透孔至原孔深 以便下次再注 中间托钻记录深度 治理技术 2 1 3综合注浆法建造阻水墙 4升压注浆1 受注层 巷道顶板裂隙岩体 巷道 巷道底板裂隙岩体2 注浆方式 下行分段式注浆 终孔层位为2 煤层的底板以下10m 逐段进行反复的封堵加固 主要采用单孔注浆 但在压水和注浆过程中若发现与有的钻孔串通 应改为双孔联合注浆 3 注浆参数 浆液的比重一般为1 5 1 75 4 结束标准 待巷底总压至10MPa 2倍水头 孔口压力达到5MPa左右 稳压30分钟以上 吸浆量在50L min以下 扫孔到巷底以下10m处 经压水试验q值不大于0 01L min m时结束 治理技术 2 1 3综合注浆法建造阻水墙 5引流注浆1 应用条件 主要过水通道被封堵后 2 实施方案 在矿井主副井或突水点附近进行引流排水 使静水条件变成动水条件 排水量为7000m3 h 3 目的 过水通道的细小裂隙 薄弱带进行再加固 进一步减少出水量 同时 向来水方向逆流压注 并通过陷落柱进一步向被陷落柱贯穿的各含水层及其导水系统进行注浆封水 4 引流钻孔 靠近突水点的G2孔 借助堵水段内外的水头差进行引流注浆 5 施工情况 从8月16日开始到9月22日结束 实际上大部分浆液当时已很难通过G6和G8孔的 阻力段 在注浆工程后期特别是进入升压注浆阶段以后 G1孔频繁的窜水窜浆 说明阻水墙已基本形成 浆液通过G1孔逆流压注到突水口及陷落柱内 最后G2孔孔深延伸到596 6m 巷道底板下15 6m 全孔注浆31次 注浆最终压力4 6 6 0MPa 最终浆液比重1 65 结束吸浆量50L min 这次引流注浆在巷顶以上注浆18次 耗用水泥5184t 占引流注浆总量的56 5 巷底以下共注入3270t 占引流注浆总量的35 6 而巷内仅注入水泥720吨 占引流注浆总量的7 8 这一情况表明 本次引流注浆的作用 实际上已不仅是加固巷内的堵水段 更是通过巷道顶 底板的裂隙进一步封堵它们与陷落柱之间的水力联系 治理技术 2 2 1突水陷落柱探查 1利用三维地震勘探控制突水陷落柱的空间构造特征2电法探测 V5多功能电磁法探测陷落柱的富水性3探查与施工钻孔验证物探成果 进一步查明陷落柱纵向形态特征 上部空洞特征 堵水塞 段陷落柱发育特征2 1技术方案 治理技术 A A 剖面图 治理技术 2 2 2定向分支造孔工艺 1 设计单位提出单孔设计 对直孔段深度 起始偏斜深度 水平偏斜距 偏斜段垂高 偏斜方位 平均偏斜角等参数作出规定 2 施工单位根据钻孔设计参数编制钻孔施工组织设计 作出钻孔偏斜轨迹预测 3 直孔段钻具组合一开钻具 311mm钻头 159mm无磁钻铤 159mm普通钻铤 127mm钻杆 驱动装置二开钻具 210mm钻头 159mm无磁钻铤 159mm普通钻铤 127mm钻杆 驱动装置4 定向偏斜段钻具组合 146mm金刚石复合片钻头 126mm螺杆 127mm钻铤 127mm钻杆 127mm方钻杆5 钻孔定向测斜直孔段水平偏斜距不得大于1m 偏斜方位不得大于1度 每20m测斜一次 为此 采用1 5度单弯螺杆钻进 及时进行随钻测斜 发现偏斜及时纠偏 确保井身轨迹误差在设计要求范围之内 6 直孔段冲洗液漏失 采用重泥浆堵漏 进入陷落柱后 发生大量漏失 注浆堵漏 2 1技术方案 治理技术 3 2 4质量评价 1钻孔成孔质量评述 20分支孔按设计参数施工2单孔注浆效果 q 0 001L min m m3施工过程中取芯情况 见照片4井下TEM法探测成果 治理后富水异常区消失5质量检查孔 长度满足要求 治理技术 注浆结束标准 治理技术 岩石透水性等级表 治理技术 堵水塞 长度 Z4 检1孔 至少81m放1孔 138mZ3 检2 至少132m三处 堵水塞 顶面至少高于设计位置8m 65m及59m实际堵水塞长度不小于81m2 1技