粘土水泥浆在葛泉矿东井9煤底板及本溪灰岩注浆堵水可

分院分院 前言 1 2 CLC 13CLC史简介 13 14 CLC 166.3.2浆液不同配比条件下比重、粘度、析水率的实验研究 18.3.3不同配比条件下浆体塑性强度的实验研究 19 8.1粘土水泥浆与单液水泥浆每立方浆液用原料本钱比照 34 基于本矿井注浆改造工作的必要性和重要性以及试采区水文地质条件的复煤层底板水泥浆注浆改造工程，到目前为止已成功加固了1192、1190、1194三本溪灰岩含水层采用了粘土水泥浆〔CL-C浆液〕进行注浆改造试验。工业性试泉矿井位于沙河市下解村附近，东距京广铁路褡裢站10km，北距邢台市km。本矿井铁路专用线与京广铁路相通，公路交通四通八达，交通相当便1312-11362-1地质条件①奥陶系中统下马家沟组〔O〕2x下段〔O1〕：厚7~17m，一般12m左右。岩性为薄层钙质页岩，俗称“贾旺2x中段〔O2〕：厚17~78m，平均m。为角砾状含白云质灰岩和泥质角砾状灰2xOmm为灰岩与角砾状白云质灰岩，局2x②奥陶系中统上马家沟组〔O〕2s2s2s③奥陶系中统峰峰组〔O〕2f下段〔O1〕：厚66.81~82.63m，一般m。岩性为厚层状结晶灰岩，具花斑2f上段〔O2〕：厚18.62~35.87m，一般m。主要为白云质角砾状灰岩，夹稿2f①石炭系中统本溪组〔C〕2b9.76~33.94m，平均厚m。岩性主要由深灰色泥岩、粉砂岩及石灰岩组成，夹不稳定薄煤层〔10#煤层〕及薄层中细粒砂岩。泥质富含铝质，具晶。石灰岩含蜓科动物化石。本组与峰峰组为平行不整合接触。②石炭系上统太原组〔C〕2t该组地层厚130.28~181.00m，平均厚m。为一套海陆交互相沉积，是井田成，发育灰岩4~6层。底部中砂岩是太原组与本溪组的分界，以整合接触关系沉积于本溪组之上。本层富含黄铁矿、菱铁矿及动植物化石。①二叠系下统山西组〔P〕该组地层厚44.10~87.65m，平均厚m。为过度相碎屑沉积，是井田又一主要含煤地层。岩性由灰色中细砂岩、粉砂岩和煤组成。砂岩和粉砂岩中夹鳞木、芦木、苛达松、羊齿类等植物化石。中下部含煤2~4层。上界为下石盒子组底②二叠系下统下石盒子组〔P〕层厚169.62~191.12m，平均厚m。为陆相沉积，岩性由泥岩、粉砂一辅助比照标志。该层顶界为一层沉积稳定的富含菱铁质鲕状及豆状铝土质泥③二叠系上统上石盒子组〔P〕该组平均厚260m。为陆相沉积，岩性由粉砂岩及砂岩组成，夹数层中细砂岩和铝土质泥岩。①下更新统〔Q〕1该层厚15.10~164.82m，一般厚45m左右。为间冰期堆积物，又称底部冰渍卵砾层，卵砾石直径0.01~1.0m，几乎全部为震旦系肉红色石英砂岩，在卵砾之间充填有紫红色粘土砂质。2该层厚34~85m。底部由数层含细砾中粗砂组成，砂层之间夹薄层状、透镜③上更新统〔Q〕3成，为中更新统沉积的改造物。④全新统〔Q〕4m河床卵、砾石层及风成沙丘。卵砾石成分复杂，除震旦系石英砂岩以外，还有各色片麻岩、各种岩浆及脉岩，粒间充填混粒少。主要流区的沙河-邢台-百泉迳流带和高店村-张宽-百泉迳流带之间的相对强迳流地东井对煤层开采有影响的含水层主要是大青灰岩、本溪灰岩以及奥灰含水水量差异很大，因此可以判断本区大青灰岩含水层富水性很不均匀。在8#、9#东井区本溪灰岩平均厚度，井下钻探揭露区平均厚度为9m。探查孔钻进至很不明显，试疏放过程中本溪灰岩水质资料中标志离子没有大的变化。1192首东井区位于大油村向斜F断层以北范围。从9#煤底板等高线图整体形态看，FF27°。西翼F、SF断层附近地层倾角相对较缓，倾角在5°左右。9#煤埋124深标高在-10~-310m之间变化，埋藏最浅处在葛56孔附近为-10m，埋藏最深N向解下矿煤东平矿煤乡平f1f49FFF99F4斜解油下村乡煤矿F Ff3ff32背试采背9向9向F曹7村7油F大F79f5F4-3F4-4F4-46f69F4-1F420条，西部边界F、F、F；南部边界F；北部1212-1613边界F；通过三维地震勘探在区内新发现断层12条，全部是正断层。落差大于1011192-61192-7西组。本井田开采的9#煤赋存于太原组地层。区内主要可采煤层为7、9(8+9)#位于太原组中部，上距伏青灰岩10~14m。据区内见煤钻孔统计，煤层总厚9#煤层底板至奥陶系灰岩含水层的隔水岩层厚度41~45m，平均约43m。岩9#煤底板隔水层岩层结构岩性特岩性特征由镜煤、亮煤组成，硬度中等灰色、细腻，含黄铁矿区内发育不稳定，有时尖灭细粒结构、分选好，泥硅质胶结，沿层面含铁质结构致密、块状构造、性脆隐晶和细晶结构，致密，中上部有时夹10#煤溶隙发育且不均匀，偶见小溶洞块状构造、质较纯、细腻泥质胶结、夹薄层粉砂岩岩石名称9#煤铝土质粉砂岩9#煤下粉砂岩本溪灰岩铝土质粉砂岩细砂岩粉砂岩奥陶系灰岩平均层厚0~隙发育程度较高阻水性能一般，底板裂隙发育方向多为30~35°，本溪灰岩承表2葛泉矿东井区矿井涌水量构成情况一览表涌水位置水源涌水量(m3/h)井筒淋水野青及上部水6放水孔大青灰岩33西翼大巷大青灰岩24东翼大巷大青灰岩58区本溪灰岩及其它水81190工作面采空区本溪灰岩及其它水26面采空区本溪灰岩及其它水2其它巷道及生产用水混合水25182⑴由于本区处于百泉奥灰岩溶水文地质单元南部迳流区的沙河-邢台-百泉径流条件畅通。因此，本区奥陶系灰岩含水层历年最高水位+76.33m，富水性较。采取切实可行的矿井防治水技术路线和符合矿井水害特点的矿井防治水方法与技术是我们必须直接面对的重要课题。为此，葛泉矿东井制订了以疏放顶板大青灰岩水，注浆加固9＃煤底板及全面注浆改造下伏的本溪灰岩含水层，使其成为弱含水层或相对隔水层，增加9＃技术路线。故注浆加固9＃煤底板及全面注浆改造本溪灰岩是东井防治水工作的5注浆站规划墙厚m，上口高出地面m。。射流造浆是射流泵输送的粘土浆经射流造浆器产生的高压射流体和水泥混5.4注浆系统井下钻孔相连，泥浆泵与送料孔用高压胶管连接，用于输送浆液，采用直经50供水系统统本注浆站共设计电动设备63台件，合计功率450kw左右，常用设备功率东枣庄矿务局付村西风井应用成功。此后，在地面预注浆中CL-C浆液全面代替C；塑性强度增加可防止浆液沿单一裂隙超扩散,防止和流变性影响,少量析水后浆液的粘度和屈服应力也水粘度小，其流速大于浆液流速，在图2塑性流体在圆管中的层流流速分布示意0vr——塞流流速；v——半径为r处流速(r≤r≤R)00r1101的凝结性土颗粒——Ca2++Na+ (2) (3) (4) (5)高，这个过程主要按反响式(2)进行的。同时水泥水定浆液的扩散性能和抵抗地下水挤压的能实验粘土取自邢台南河县的表土层，粘土外观特征为紫褐色粘土〔N〕，粘1土样品送至中科院地质研究所测试物化性能，分析结果见表3。N滨湖粘土1具有铁质胶结颗粒组成(mm，％)~工程定名高塑性、弱胀缩性粘土活性指数(PI/)＜2UM胀率(%)机质CaCO3北祁村西葛泉南工程定名粘土粘土粘土粉质粘土膨胀(%)颗粒组成(mm，％)机质CaCO3物性分析，分析结果如表4所示。由表中分析结表5粘土水泥浆正交试验设计及性能测定结果正交实验123456789用量/g粘土原浆水玻璃用量/mL析水率粘度*粘土水泥浆P80P80〞前的数字表示滴流之前所用的时间。aaP/kP度强性塑a995151015202530a度60性塑性塑200b6248204820龄期PPaa/k度强性塑0c3736龄期936龄期9a度强性000d4481231235龄期31＞T，即三个因素对浆液粘度的影响情况：水玻璃的影响最大，原浆比重的影响2度增长速度加快，将各龄期的塑性强度进行正交试验分析，各龄期〔2h~24h〕312注浆配方选择分析在一般地层注浆时，原浆的比重宜在1.13~1.20之间，水泥的用量宜在100~Lm了浆结束，而单液水泥浆需要小段高屡次复注才能到达要求。因此采用CL-C浆液可以大大减少注浆次数，提高注浆效率，使注浆工期缩短60~80%。〔5〕水泥用量可减少70~80%，降低注浆本钱30~50%，经济效益显著。本钱低，适用于基岩含水层地下水的封堵与防治，从而得到广泛的应用。观观孔试验孔试验孔观孔东翼运输大巷注浆试验1孔钻探成果剖面图8#煤粉砂4m)-150意图：8mm66.1m 水初见水0.1m3/h东翼运输大巷回16#前48m钻窝N306°-110-120-110-120-130-140-130-140-150-1109#砂-m4.4m)铝土质粉砂岩:(20-35.8m)-130-140-150终孔66.2m巷N320°-110-120-120-130-140-150-140-1507.7m-170-180-190结构示意图8φ48mN71°-160-140-150-160-170-180-190mmmmm1193加15孔钻探成果剖面图躲避洞-160本溪灰岩(61-82)-1709#煤铝土质粉砂岩(5-20)细粒砂岩(20-40)粉砂岩(40-61)方位：45°水N-140-140-150-150-160-170东翼运输大巷CQ-9孔钻探成果剖面图N46°-120回16#点前111m开孔水8+9#煤:(0-14.9m)0.1m3/h-130铝土质粉砂岩:(14.9-44.6m)方位：46°中细粒砂岩:(44.6-72.6m)-140粉砂岩:(72.6-92.5m)-150本溪灰岩:(92.5-124.1m)-160钻孔结构8m2m-130-140-150-120-160mmmm-140倾角-10°孔深109.2m-160m-170意图m09.2m(3-21m)G14#前92m3mN9°-150-140-150-160-170mmmm序序号设备名称1制浆机2皮带输送机3搅拌机4泥浆泵〔注浆泵〕5液下多用泵6清水泵7潜污泵8旋流振动除砂器9配电盘10散装水泥罐11气动下料装置12在线工业密度计14注浆控制系统结构类型及主要参数20m3/h，30KW40m3/h~80m3/h注浆站配套专用和料位控制阀、螺旋闸门及破拱装置测器、主机等泥浆专用规格及型号NL20YD60LNBB260/7DYWS50-20IS-80-65-160KJSN-2BPGL专利产品KF-102LDG-50备注不过期，颗粒均匀，无硬块。玻璃的参加量控制在0~10L/m3。水玻璃参加量的减少乃至不添加原因主要与本材料用量孔号DGCQ孔DGCQ孔CQ孔//试验采用的粘土原浆比重为~1.13，添参加水泥、水玻璃后的浆液比重在~测浓度在规定范围之内。适宜的粘土原浆比重1.10~1.18，粘土水泥浆比重为1.12~1.30。注浆过程中还要测定粘土水泥浆的粘度、塑性强度等指标。孔号QDGCQ6孔DGCQ7孔CQ孔0~1.1300003之间。本次试验以钻孔深度为一次段长，段长为66.1~126.2m。可以根据钻孔出Φ89Φ89mm段长/mΦ73mm段长/m注浆段总长/m8孔号试验1孔CQ-9孔试验2孔DGCQ-6孔DGCQ-5孔Pa泵终压井下终压孔号DGCQ孔DGCQ孔CQ孔//板及本溪灰岩含水层进行注浆改造，所以注浆孔位根本延伸至本溪灰岩底板以注浆成果分析表12汇入了试验1孔、CQ-9孔、试验2孔、DGCQ-6孔、DGCQ-7孔、CQ-10孔以及1193加15孔共7个注浆孔的注浆成果内容。鉴于地层原因，钻孔吃浆困难，注从表8中的注浆前后的钻孔涌水数据可以看出，本次粘土水泥浆对9#煤层底好，剩余涌水量均为3/h。70m3/h，粘土水泥浆注浆结束后，扫孔钻至灰岩下2m剩余涌水量3/h，这种情况在以前用单液水泥浆注浆时是很少见的，可见粘土水泥浆注浆效果较好。表11注浆孔孔位及涌水量参数8岩岩DGCQ孔DGCQ孔CQ孔21-18-19-17-1320-19--123