五沟矿基岩防治水

1、基岩段的防治水方案 小组；郑立颖 兰昊晨 王新春 吕伟 基岩段的防治水方案(一)五沟矿井田概况及地质特征 1）地形与河流 本井田位于淮北平原中部，地势平坦，自然地面标高26.3727.67m，一般27.00m左右。浍河流经井田北部，属淮河水系，为中型季节性河流。此外井田内尚有纵横交错的人工沟渠。井田内无大的地表水体，对矿井的井下开采没有影响。2）新生界松散层含、隔水层（组）本井田基岩被厚度为262.36287.05m的北东薄南西厚的新生界松散层所覆盖。按照沉积物的组合特征和含、隔水性能的不同，可将新生界松散层自上而下依次分为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含计4个含水层（组）和3个隔水层

2、（组）。其中三隔主要由粘土和砂质粘土组成，夹砂层或粘土质砂。该隔水层粘土层可塑性好，膨胀性强，分布稳定，厚度大，平均约61.50m，隔水性能良好，是井田内重要的隔水层（组），可使其上覆地表水及一、二、三含水与下伏四含水以及基岩含水层水失去水力联系。四含主要由砾石、砂砾、粘土砾石、砂层及粘土质砂等组成，间夹04层的薄层粘土，厚度为6.1239.19m，平均20.70m，其泥质含量较高，补给条件较差，一般富水性弱，但直接覆盖于煤系地层之上，是矿坑充水的主要补给水源。 填物多为泥质，钻探过程中未见漏水，抽水也无水，说明破碎带富水性较弱，导水性差。但是，由于本井田内部分断层落差较大，往往导致太灰与煤层

3、间距缩小或彼此对接，或者受采动影响而导致断层活化，则很可能引发重大突水事故，直接威胁矿井开采的安全。3）矿井涌水量本矿井先期开采-440m以浅时，采用安徽省濉溪县五沟煤矿勘探地质报告所提供的-500m水平涌水量的预计结果。因此，正常涌水量为387m3/h，最大涌水量为473m3/h。太灰可能突水量为629m3/h。考虑到井筒淋滴水、防火灌浆用水和井下洒水，矿井的正常排水量和最大排水量分别取414 m3/h和500 m3/h。4）构造 本井田位于淮北煤田童亭背斜的西翼中段，总体构造形态为一轴向由中北部的南北向渐变为南部的北西向的向斜，其间发育有次一级的向背斜。向斜两翼地层西侧稍陡，东侧稍缓。地层

4、倾角一般在10°15°，仅局部（F9F10断层之间）达到40°。受北东向断层影响，井田被切割成多个宽窄不等的条块。 全井田共组合断层19条（小于10m的断层多数未组合），均为正断层。按最大落差来分，大于等于100m的断层有7条，小于100m而大于等于50m的1条，小于50m而大于等于30m的断层3条，小于30m的8条。断层的展布方向以北东向为主，仅北部边界五沟断层为近东西向。主要断层特征见表1-2-1。5）二叠纪煤系含、隔水层（段） 二叠纪煤系由砂岩、泥岩、粉砂岩和煤层等组成，并以泥岩、粉砂岩为主，总体富水性弱，以储存量为主。根据可采煤层的赋存位置，可将其大致分为

5、3煤上隔水层（段）、3煤上、下砂岩（K3砂岩）含水层（段）、4煤上、下隔水层（段）、78煤上、下砂岩裂隙含水层（段）、8煤下隔水层（段）、10煤上、下砂岩裂隙含水层（段）和10煤下至太灰间隔水层（段）。然而，由于煤系砂岩发育不均，其间又有泥岩等隔水层存在，因而，正常情况下，煤系砂岩裂隙含水层（段）之间无密切的水力联系。6）石炭系太灰岩溶裂隙含水层（段） 石炭系太原组由石灰岩、泥岩、粉砂岩及薄煤层组成；其中含灰岩1012层，平均厚度约75m。浅部的14灰岩溶裂隙发育，水动力条件好，由于灰岩岩溶裂隙发育，富水性强。该组上距102煤层一般在32.0067.38m之间，平均为47.20m，且其间岩性也

6、较为致密，裂隙不发育，隔水性能较好。根据安徽省濉溪县五沟煤矿勘探地质报告提供的资料，正常情况下，在-450m以浅开采102煤层一般不会发生底鼓或灰岩突水事故。但是若为断层切割，太灰水则有可能沿导水断层或受采动影响而活化的断层上突，对矿井构成巨大威胁。因此，在井下开采时，必须尽可能避开上述异常地段，并采取积极的探水和降压等措施，谨防突水灾害的发生。7）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层（段） 区域资料表明：奥陶系灰岩总厚度在500m左右，主要由浅褐色、肉红色致密块状性、硬隐晶质厚层状白云质灰岩组成，一般浅部岩溶裂隙发育，富水性强，导水性好，但因其远离主要可采煤层，正常情况下对煤层开采影响较小。5）断层破碎

7、带本井田内断层破碎带主要由泥岩和粉砂岩组成，砂岩碎屑少量本井田采集的瓦斯煤样深度介于278.20691.15m之间，瓦斯成分及瓦斯含量的两极值分别为2.8499.45%和0.0013.85cm3/g。根据安徽省濉溪县五沟煤矿勘探地质报告所提交的瓦斯资料，预计矿井瓦斯涌出量在移交时为28.32m3/min，最大涌出量为43.38 m3/min。因此，本矿井按照高瓦斯矿井设计。 综上所述，本井田新生界四含孔隙含水层（组）、二叠纪煤系砂岩裂隙含水层（段）和石炭系太灰岩溶裂隙含水层（段）对井下开采影响较大。但是，如果在可采煤层浅部的必要地段留设适当高度的防水煤柱，四含水一般不致于溃入矿坑而对井下开采构

8、成大的威胁。这样，二叠纪煤系砂岩裂隙水和石炭系太灰岩溶裂隙水便成为矿井开采的主要充水因素。因此，本井田的水文地质条件属以裂隙充水为主的中等类型。 本井田未见岩浆岩和陷落柱。 本井田构造复杂程度属中等偏复杂类。（二）地质勘查程度与建议 鉴于淮北地区岩溶陷落柱比较发育，如果在开采过程中不慎遇之，很可能引发重大突水事故，有关部门必须引起高度重视。为此，建议在今后勘查过程中，认真研究淮北地区岩溶陷落柱的发育规律，并在此基础上，采用适当的物理勘探技术，加强对岩溶陷落柱的查找力度，同时，还应积极做好陷落柱的预测预报工作，尽量避免可能由此而造成的重大损失。（三）主副井参数 根据井筒检查孔资料，主井、副井和回

9、风井井筒处新生界松散层厚度分别为273.850m、272.200m和272.400m，基岩风化带厚分别为17.1m、18.7m和18.3m。 根据井筒检查孔资料，主井、副井和回风井3个井筒检查孔均揭露了F3断层，其破碎带深度如下表： 井筒名称破碎带起止深度（m）主井333.90336.45副井285.00288.00回风井383.93390.08井筒穿过地层新生界松散层可划分出4个含水层（组）和3个隔水层（组），其中，第四含水层（组）底板埋深272.20273.85m。四含岩性复杂，以棕黄色粗砂、细砂、粉砂、粘土质砂为主。从总体上看四含岩性泥质含量高，渗透性差，补给条件差，一般富水性弱，其地下

10、水依靠区域层间迳流，同时由于四含直接覆盖在煤系地层之上，与煤系砂岩裂隙含水层（段）通过风化裂隙带构成直接水力联系，而与上覆一、二、三含水层无直接水力联系。井筒穿过的基岩段主要含水层（组）为3煤上、下砂岩（K3）裂隙含水层（段），底板埋深425.49432.29m。以浅灰色细粒砂岩为主，总厚度10.2819.07m。K3砂岩有12层，位于3煤组下24.7425.50m，厚度4.2913.80m。井田内K3砂岩厚度变化较大，工业广场位置处，主检孔、副检孔K3砂岩厚度较小，风检孔K3砂岩断缺。该层（段）砂岩局部裂隙发育，但裂隙发育程度极不均匀。钻探揭露时没有发生露水现象。 该含水层段除局部地段富水性

11、较强外，总体上属于富水性弱至中等的含水层。但根据临近矿井的施工经验，井筒在施工该含水层时，不能排除井筒有发生突水的可能性。本矿井采用立井、主要大巷及石门开拓方式，工业场地内设主井、副井和风井共3个井筒；井底井场位于-440m水平。副井井筒净直径6.0m，井口绝对标高为+28.7m，井筒深度为503.7m。回风井井筒净直径5.0m，井口绝对标高为+28.7m，井筒深度为473.7m。主井井筒净直径5.0m，井口绝对标高为+28.7m，井筒深度为473.7m。(四）地面预注浆1 、注浆方案1）注浆方式，井筒地面预注浆方式分为分段下行压入式，分段上行压入和上、下行结合的混合方式三种，考虑孔壁规则、完

12、整程度，以及坍塌掉块等原因，固管和岩帽注浆结束后，对黏土水泥浆总体上采用分段下行的注浆方式，部分孔段才用上、下结合的注浆方式。2）注浆深度注浆深度的确定依据井筒深度、井筒地质构造、裂隙发育情况、含水层赋有及其水量等。通常注浆上限与冻结交错1020M为宜，下限应超过井深10M。3）注浆孔数及布置3.1注浆孔数的多少直接关系到注浆堵水质量。在高角度裂隙发育的岩层中，注浆孔孔距不宜太大，距井筒荒径不宜太远，以便形成良好的注浆隔水帷幕体。3.2井筒地面预注浆一般为两组施工，第一组内圈孔，第二组外圈孔，应按设计布孔。2、注浆钻孔施工1）钻场布置 根据我国当前的技术状况, 可按下述条件确定注浆孔数: 在一

13、般地质条件下, 每个井筒选择6 个注浆孔; 地质及水文地质条件复杂, 或者井筒断面较大时, 选择8 个孔,浆液扩散半径控制在6 9 米; 在含水较少或虽富水但裂隙间沟通良好的岩层, 可试用3 4 孔的高压注浆方案。但是, 必须保证足够的浆液注入量, 以形成充填致密的隔水帷幕。 选择8个注浆孔。依据钻孔位置建造钻塔底盘相适应的底灰土盘高出自然地面0.3M，作为钻场基础，各建有循环池，并建造相应循环槽，沉淀池，形成泥浆循环系统，便于测斜定向施工建有测斜房。2）钻孔结构 固管段： 表土段下入168mm套管，用水泥浆固管。 注浆段： 基岩段孔径120mm一次成孔，注浆段顶位位于基岩风化带内，裂隙发育，

14、岩石强度低易破碎，为防止所注浆液沿风化带裂隙大量上串需加固风化岩层，为下部钻孔施工创造条件，在注浆段顶部设置15M的岩帽注浆段，注入单液水泥浆，岩帽段以下均采用CL-C型黏土水泥浆。3、钻进方法表土层固管段无芯钻进，采用化学泥浆为冲洗液，基岩层、注浆段为无芯钻进，钻进采用清水或低固相泥浆。4、钻孔测斜4.1内圈孔：0120M采用灯光测斜，下部采用JJX-3型测斜仪跟踪测斜，固管段及各注浆段采用JDT-3A（或JDT-6）型陀螺仪系统测井。4.2外圈孔：采用JJX-3型测斜跟踪测斜，固管段及终孔采用JDT-6型陀螺系统测井。4.3仪器按照规定进行校验，校验过程及结果由监理工程师签认，保证仪器精度

15、，测斜数据的可靠性，测斜过程及结果由建设方及监理签证，测斜数据应及时投绘于钻孔平面偏斜图上正确地指导钻孔施工。4.4钻进过程中，防斜、测斜、定向、纠偏措施、造孔质量均要达到设计要求，要求各水平钻孔落点基本均匀地分布在井筒周围，进入靶域或范围内。5、 注浆材料 鉴于裂隙含水岩层的浆材耗量较大, 通常选用以水泥为主剂的单液浆和以水浆、水玻璃为主剂的双液浆, 以降低工程成本。经验证明, 在初注阶段, 当注浆段的吸水量每分钟大于20 升时, 应先注水泥一水玻璃双液; 当注浆段吸水量小于2 0 升/ 分, 或在注浆后期, 尤其是在复注阶段, 应采用单液水泥浆。浆液浓度对注浆效果的影响是很大的。稀浆容易注

16、入、扩散距离大, 但它结石率低、凝固时间长。浓浆则注入困难、扩散距离小, 影响注入量。现场施工中, 用浆品种和初始浓度, 要按压水时注浆段的吸水量来确定。采用双液时, 水玻璃浓度为35 42 波美度; 水泥浆水灰比为1 . 2 5 : 1 、1 : 1 、0 . 8 : 1 、0 . 6 : 1 四种。采用单液水泥浆时, 浓度常用4 : 1 、2 : 1 、1 . 5 :1 、1 · 2 5 , 1 、1 , 1 、0 . 8 , 1 、0 . 6 : 1等七个比级。初始浓度可按表2 选择。注浆过程中, 一般采用改变水泥的水灰比或水泥浆与水玻璃的体积比的方法来调整浆液的浓度。当注某一

17、浓度的浆液20 30 分钟后, 注浆压力没有明显上升, 吸水量也没有下降的趋势时, 可将水泥浆的浓度调浓一级或降低水玻璃的注入量。反之, 用某浓度级的浆液注入后, 其压力上升很快, 经检查又无堵塞情况时, 应调稀水泥浆的浓度。双液注浆时, 可采用增加水玻璃的注入量进行调整。综合上述分析, 可以概括为: 前期注浓浆, 后期注稀浆, 但每段每次注浆则是先稀后浓。在大、小裂隙并存的注浆段内, 开滦的经验是: 为防止浆液扩散过远, 初注阶段可采用浓浆达到终压终量; 复注阶段使用1 .5 : 1 或更稀的浆液达到终压终量, 以提高细裂隙的堵水率。 5.1单液水泥浆：由水泥、食盐、三乙醇胺和水四种材料组成

18、，水灰比为1：1、1：0.8、0.7：1、0.6：1，食盐为5，三乙醇胺为0.5 。 5.2 黏土水泥浆：由黏土、水泥、水玻璃和水四种组成，以黏土为主要成分，辅以少量水泥、水玻璃，该浆液用于基岩裂隙含水层注浆堵水可靠性高，不易沉淀，被水稀释输送过程中不凝固，停止流动后较快，具有可塑性强度，爆破时吸收震波不开裂，具有良好的隔水性和耐久性。 黏土水泥浆配比原则：黏土浆密度1.181.26t/m3/tm3 ，水泥加量100200kg/m3，水玻璃加量2040L/m3，注浆时应根据配方试验资料和实际注浆情况合理选择。6、注浆段高的划分（段长度为4080M） 注桨时的分段原则不同含水层因裂隙大小的不同,

19、 在相同的注浆压力下, 也会出现浆液扩散距离的差异。根据充州、开滦等地的统计资料, 浆液在大裂隙内的扩散距离一般不小于10 20米。因此, 若不采用分段注浆施工就难以保证各井段形成基本相同的帷幕厚度。尤其当帷幕厚度相差较大时, 厚者虽效果好, 但浪费材料; 薄者则在凿井爆破时重新沟通帷幕外的含水层, 造成涌水量增加。能否严格分段注浆, 是关系注浆成败的大问题。而注浆段高的合理划分, 则应充分考虑岩石的破碎程度、裂隙大小和注浆泵的排浆能力, 原则上应按以下各点来考虑:1）小相差悬殊的岩层, 则应分别划分段高, 以免因裂隙进浆不一、扩散距离相差较大, 出现注浆帷幕的薄弱环节;2) 破碎及裂隙大的岩

20、层, 注浆段高应适当缩小, 反之, 应适当增大;3) 注浆泵的排浆能力应和注浆段的吸浆能力相适应。一般泵的排量应大于注浆段吸浆量的1/ 4 一1/ 5 。泵量小时段高用小值,泵量大时段高用大值;4)据国内各地的注浆经验, 段高值的数据是: 软岩及破碎地层段高5 15 米, 大裂隙时1 5 2 0 米, 中裂隙时2 0 3 0 米, 细裂隙时3 0 4 0 米, 复注时5 0 6 0 米或更大,5)根据地质情况的变化, 各孔采取不同的段高 首先突出重点含水层，明确重点注浆段，重点注浆段高较小，非重点注浆段高可适当加大，含水层位于受注浆中上部，水文地质特征相近的岩层放在同一段高内，注浆段顶部设置岩

21、帽注浆段。6、 注浆压力 当前, 国内计算注浆压力的方法各不相同。比较普遍的注浆终压为静水压力的2 一2 . 5 倍。对于先期施工的注浆孔, 在初注阶段, 采用可注范围的浆液浓度往往勿须把注浆压力提高到终压值, , 就可满足浆液扩散距离的要求。复注阶段, 裂隙开度因初注充填而变小, 在采用可注范围的浆液浓度时, 欲确保浆液扩散距离, 财必须把注浆压力提高有可能被扩大, 注浆结束后, 被扩大了的裂隙将回缩, 岩体将完全被封闭而不会产生残余裂隙。这样, 注浆质量会更好。对于后期施工的注浆孔, 因钻孔偏斜,要求增加浆液扩散半径来保证注浆帷幕厚度时, 适当提高终压值是合理的。在特殊条件下, 如对断层带

22、软岩的加固注浆或对细小裂隙的封水, 采取高压强制注入法的效果良好。根据九龙口矿北风井、开滦钱家营矿副井和淮北临涣主井的施工经验, 上述条件的注浆终压值一般不小于静水压力的2 . 5 一4 .0倍 根据井筒地质及水文地质条件，结合淮南地区注浆经验，参照有关规范、标准，确定岩帽注浆段注浆终压（注浆结束时的压力值）为静水压力的1.52.0倍，黏土水泥浆注浆段注浆终压为静水压力的2.02.5倍。 8、注浆终量及稳定时间 注浆施工中，各段高结束时的泵量（注浆终量）及稳定时间均要达到设计结束标准，即（1）岩帽注浆段注浆终量100 l/mim 稳定时间20mim (2，黏土水泥浆注浆段：终量250 l/mi

23、m稳定时间30mim。 9、止浆 将止浆塞下入孔内预定位置，选择岩层坚硬完整、孔壁圆滑、规则的孔段止浆，使卡瓦与孔壁挤实，胶筒膨胀，做压水试验，不返水即止浆成功，若止浆失败可稍向下移动止浆塞位置再次止浆，直到止浆合格为止。 10、注前压水试验 止浆塞下好，进行压水试验，检查止浆效果及注浆管路是否符合注浆要求：疏通裂隙，测定预注浆段岩层吸水率，以了解岩层富水性，选择浆液配比，压水试验一般持续为2030mim。 11、注浆作业 （1）注浆期间，经常专人测试浆液密度、黏土等性能指标，根据实际注浆压力、注浆量等情况合理调整浆液配比，以达到预期注浆目的。 （2）应及时观测记录泵压、泵量、注入量、浆液密度黏度、水泥、水玻璃等添加量及串浆、返浆情况，发现异常情况及时采取相应措施。 （3）经过注浆、终压、终量、注入量等参数达到该段高注浆结束标准可结束该段注浆工作，一次注浆不能达到结束标准时，须经复注达到结束标准，注浆完毕均要进行注后压水工作，清洗管路。 12、养护、扫孔及复注 单液水泥浆注后，扫孔时间为48h，复注间隔时间为2024h，黏土水泥浆其注后扫孔时间一般为612h扫孔后即可复注。 13、浆液注入量 （1）浆液注入量是保证在井筒荒径外形成良好隔水帷幕体的关键，是分析、评价注浆堵水质量重要指标，注入量与裂隙大小、裂隙开度及连通性等有着直接