注浆堵水技术在岩溶裂隙充水矿床的应用

1、注浆堵水技术在岩溶裂隙充水注浆堵水技术在岩溶裂隙充水矿床的应用矿床的应用莫 强，刘日鑫（广西合山煤业有限责任公司）摘摘 要要：注浆堵水技术方法是用一定压力和浓度的浆液（如水泥浆、化学浆），通过钻孔（注浆管），注入含水层的空隙或通道中，使其扩散、凝固，形成地下帷幕，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源，达到防治水的目的。 与传统的防水闸墙相比，不形成新的积水区、不形成水呆滞储量、不改变采掘布局、不留新的安全隐患等诸多优点，标本兼治。关关 键键 词词: 注浆堵水技术； 岩溶管道 ； 埋管 ； 注浆帷幕； 堵塞 ；切断 1 注浆堵水技术工作方法注浆堵水技术工作方法 注浆堵水技术工作方法是借助机械设备，以一

2、定的压力将一定浓度的浆液（如水泥浆、化学浆），通过钻孔（地面）或注浆管（井巷），注入含水层的空隙或通道中，使其扩散、凝固，形成地下帷幕，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源，达到防治水的目的。 注浆方法按施工位置可分为地表注浆和井下注浆，按注浆液不同可分为单液注浆、双液注浆和化学注浆等。单液注浆一般用水泥浆液，适用地下流速不大的砂层或岩层裂隙地区。如遇大裂隙或大溶洞，还可以加入砂土等掺合料，可节约水泥，提高注浆效果；当地下水流速过大时，宜采用水泥浆和水玻璃混合进行，以加快凝结速度。 注浆堵水技术在矿井堵水工程方面表现的效果是显著的，较防水闸墙式堵水方法，有不形成新的积水区、经预注浆后巷道可以选择再掘

3、进、不改变采掘布局、不形成水呆滞储量、不留新的安全隐患等诸多优点，标本兼治。 2 岩溶裂隙充水矿床突水的特点岩溶裂隙充水矿床突水的特点 不同地域、不同的矿床岩溶发育有很大差异，但岩溶的发育主要受区内岩石的物质基础、构造条件、水化学特征、水的循环交替强弱作用等影响，造就了一定的区域内岩溶在垂向上沿层位和平面上强弱相间分布的不均一的发育规律，如广西合山煤田区内岩溶发育具有平面上的不均一性和垂向上的成层分布特征。岩溶裂隙充水矿床突水主要有以下特点2.1 矿坑涌水量大矿坑涌水量大 由于岩溶含水层为管道网络展布的贮水空间，其透水性和水力联系较强，在含水层的规范和补给条件相同时，岩溶水的贮存量、补给量都比

4、较大的缘故。2.2 以集中突水为主要充水方式以集中突水为主要充水方式 由于初始裂隙宽度不同，造成了岩溶发育强烈分异，导致地下贮存和运动空间的不匀一程度更高，从而矿坑充水呈现集中、突然的形式。（1）矿坑总涌水量往往决定于几个大的突水点，单个突水点涌水量可达每小时数千立方米。 （2）矿坑总涌水量变化不连续，而是随大突水点的出现突然集中增加。（3）突水点集中分布在某一方向或某一地段。由于岩溶发育的不均一，岩溶含水层本身的水力联系程度在不同方向和不同地段差异很大，因而矿坑水的补给具有方向性和局部性，所以矿坑主要来水方向正是岩溶强烈发育的地下水径流带。 突水点和涌水量集中的充水方式，使岩溶充水矿床的巷道

5、中时常可出现有些地段、区域完全干燥无水，而是邻近可能存在一个很大的蓄水溶洞或导水断层、岩溶地下水径流带等，一旦揭露，或采场地下应力场发生改变时（滞后突水）就会造成突然性的冲溃和事故。 2.3 管道式管道式 无论是井筒掘进，还是井巷掘进揭露的岩溶突水均是裂隙管道式向矿坑充水，在揭遇断层突水时情况也是一样，只不过，突水面岩层破碎，水点分散。2.4 影响涌水量有关因素影响涌水量有关因素 突水量水量与突水通道断面、导水通道后期充填情况、水压、岩溶发育、水力联系等诸多因素有关，岩溶发育好、导水通道大、地下水水力通畅、特别是与地表水体联系密切时，突水量大，相反，突水量小。如原合山矿务局里兰矿、溯河矿越近红

6、水河河岸的岩溶突水点突水量就越大,最大曾出现2300m3/h携带河床细砂溃入井下。 3 注浆堵水技术的应用注浆堵水技术的应用 首先是找准导水岩溶管道，其实矿井井巷揭露的突水点就是岩溶管道的出露天窗；其次在岩溶管道出露的天窗处埋放注浆管和引水管，引水管要求能将涌水全部引出；第三步封闭引水管实施注浆帷幕，堵塞进水途径，达到切断矿坑充水水源的目的。 不同情况的井巷突水点，埋管引水注浆工艺方法有差异： 3.1 井筒裂隙或断层突水点的治理井筒裂隙或断层突水点的治理 一般使用风枪打钻孔进行埋注浆管及引水管，将裂隙水或断层水集中引出，管孔数量之多少根据涌水量的大小决定，以能将所有涌水全部引出为宜，再用砌拱或

7、者堵塞等方法对裂隙或断层面进行充填修复，形成能抗一定压力强度的止浆墙(体)，最后一步是关闭引水管进行封闭注浆；如果选择砌拱时，必须首先对拱进行注浆，再关闭引水管进行注浆帷幕，必定能取得很好的效果。 矿井井筒穿越表土层砌碹处往往是地表水特别是降大爆雨时溃入井下地段，连降爆雨时危害最大，采用注浆方法，就可以砌底解决这方面的隐患。 3.2 井巷掘进工作面底板裂隙突水点的治理井巷掘进工作面底板裂隙突水点的治理 井巷突水点的埋管方法一般先使用水泥与玻璃水混合成胶泥，建造“蒙古包”将涌水集中引出，同时在裂隙口处埋放注浆管一至二根，之后对蒙古包进行混凝土加固，墙体厚取决于涌水点的水体压力（预测）以及水点周边

8、的围岩的岩性。最后一步就是关闭引水管，进行注浆帷幕。2003年3月16日原合山矿务局平阳斜井-200大巷主下山20013工作面回风平巷掘进150m时上帮底板岩溶裂隙突水，水量280m3/h，标高-246m，全煤巷掘进，巷高2m，巷宽2.8m，地下水最大承压约3.2Mp，工程结构如图1煤层地下水岩溶通道引水管注浆管图1 平阳斜井20013工作面回风平巷注浆堵水工程结构示意图（剖面） 堵水墙技术参数：墙厚2m，墙宽2.8m，墙高2m，设计承压3.5 Mp。不漏水，工程效果很好。 3.3 井巷掘进工作面顶板裂隙突水点的治理井巷掘进工作面顶板裂隙突水点的治理 工作面顶板裂隙水的处理也是首先风枪打注浆管

9、孔，孔尾端必须打对裂隙，尽可能往深处打，这样的目的是保证注浆管岩层的抗压强度，埋管引水后，进行混凝土墙加固，经保养再进行封闭注浆帷幕，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源。2008年6月28日合山煤业有限责任公司平阳一号井（十五矿三井区）1#主斜井一采主下山南回风平巷掘进18m时顶板裂隙突水，涌水量150m3/h，标高+18m，巷高2m，巷宽2.8m，挑顶掘进，半煤岩结构，其中煤层厚度1.2m；堵水后滴水不漏效果很好，堵水工程结构如图2。注浆管煤层(25)引水管(0150)墙体参数:墙厚:1.6墙宽:2.8墙高:2地下水岩溶通道图2 1#主斜井一采主下山南回风平巷注浆堵水工程结构示意图（剖面）3.4

10、 钻孔注浆帷幕封堵突水点恢复矿井钻孔注浆帷幕封堵突水点恢复矿井 当矿井出现较大突水造成淹井时，则采用钻孔注浆封堵突水点（岩溶突水管道），恢复矿井。钻孔定位时要求提供突水点及所在巷道的准确坐标，但往往由于突水淹井较突然，突水点的准确位置无法提供，那么可采用物探手段进行测量定位。常用的物探方法有瞬间电磁法和大地磁场法,目前国内有一种大地电场岩性探测物探（CYT）技术，它是一种点深探测方法, 它的原理是利用太阳辐射到空间的等离子体太阳风作为天然发射源， 通过大地电场岩性探测仪以点频记录方式有选择的（调节深度步长，10m、5m、2m、1m、0.5m）接收测点下的不同深度的岩石信息，最后通过相关处理软件

11、和解译手段分析这些性息，判断地层岩性、含水层、地质体、破碎带、岩溶、采空区等范围及位置,能够完成钻孔准确定位。近年来此技术已在石油探测方面取得了长足的进步，同时在探寻地下水、煤层、采空区、老窑、陷落柱、溶洞及破碎带方面也日趋成熟，经实践证实探测效果很好。最后采用定向钻探工艺进行钻孔命中目标（溶洞或突水点），实施注浆封堵，恢复矿井。3.5 钻孔注浆帷幕封堵断层导水构造切断充水钻孔注浆帷幕封堵断层导水构造切断充水路径路径 当矿井采掘受到断层导水构造带影响严重突水量较大时，则采用物探定位钻孔注浆帷幕方法进行治理。首先采用瞬间电磁物探技术探测锁定断层导水构造带的位置后，结合大地电场岩性探测物探（CYT

12、）技术进行注浆孔定位，采用定向钻探工艺钻孔命中目标，实施注浆封堵，切断充水路径，实现治水目标。4 注浆堵水工程的难点与关键点注浆堵水工程的难点与关键点 工程的难点在于注浆管及引水管的埋放，注浆管（引水管）埋放必须牢固，特别是井筒掘进揭露的导水断层带，水点分散，断层面破碎，施工条件差，管道的埋放必须灵活，因地制宜进行施工，才能取得预期的效果。对于地面钻孔注浆，则物探钻孔定点定位钻进是难点，先进的物探手段最为重要，为此要求采用多种物探全面探测综合分析判断，确保探测成果的可靠准确性。 工程的关键点就是注浆帷幕，注浆时不但要求将突水点全面堵住，同时要求浆扩散面积宽、凝固线路远，形成强有力的地下帷幕。为

13、此要求注浆机械的输送的压力应大于突水点静水头压力3倍以上，注浆作业必须连续，双液注浆时化学浆配比量根据涌水点水量、地下水压力、导水裂隙大小进行调整配比。当出现地下水绕流时，必须对有地下水密切水力联系的突水点全面进行埋管注浆处理，堵水工程才能取得显著效果。其实地下水发生绕流是岩溶充水矿床的特点，也是地下岩溶发育的规律，为此通过对岩溶发育地段实施整体治理，彻底解决绕流现象。5 注浆堵水技术效果评估注浆堵水技术效果评估 在一定条件下，矿山治水采用注浆堵水较之疏干强排、堵水闸墙（门），有以下优点：5.1 节能降耗，经济效益好。节能降耗，经济效益好。 对某些大水矿床，排水费用往往很高，而采用注浆堵水，不

14、仅大量减少排水工程和设备的投资，而且可以大量节约排水消耗的能源，降低成本，提高经济效益。 现以一股30m3/h的涌水点为例，如按每m3/h的涌水量的矿坑排水电耗约23kwh，则经注浆堵水成功后每月可节能降耗：（23）kwh *30m3/h*24h/天*30天/月=4.326.48万kwh 如果按综合电价0.8元/ kwh来计算，则每月节支电费约3.465.2万元。每年节支41.562.2万元。如果涌水量为60m3/h，或者涌水量更大时，节能效益是十分显著。当矿井的寿命10年以上时，节能效益不言而喻。5.2 涌水量的大幅度减少，增强矿井抗灾能力。涌水量的大幅度减少，增强矿井抗灾能力。 通过注浆堵

15、水矿井的涌水量得到大幅度的减少，不仅达到节能降耗，提高经济效益目的，而且还能提高矿井抗灾能力。5.3 保护地下水资源，避免因矿井排水引起地保护地下水资源，避免因矿井排水引起地表塌陷表塌陷 注浆堵水可以避免矿坑排水引起地下水大面积下降，造成附近工农业及居民供水水源地破坏。同时避免因矿井排水引起地表塌陷，有效消除了威胁地面建筑、居民生活安全隐患。5.4 经注浆堵水处理的突水点，不形成新的积经注浆堵水处理的突水点，不形成新的积水区消除安全隐患。水区消除安全隐患。 在水害矿难事故中就有因防水闸门(墙)崩溃透水的事故案例，造成了严重的恐慌，有些地方就此咽噎废食，对堵水治水工作违莫很深。其实，采用了该技术治理水害，通过注浆堵水后，实现了对突水点或含水构造全面注浆充填，不留积水空间，消除了积水安全隐患，同时经预注浆后巷道可以选择再掘进、不改变采掘布局、不形成水呆滞储量、不留新的安全隐患等诸多优点，标本兼治。6 结语结语 经验实践证明，采