何莊礦高效快速封堵突水點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用

摘要：注漿堵水是水害治理最重要的方法之一，本文結(jié)合實(shí)際例子來(lái)說(shuō)明井上下相結(jié)合的注漿堵水方法。井上下相結(jié)合的注漿堵水方法的目的是揚(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到高效、快速、低成本、高質(zhì)量效果。

關(guān)鍵詞：地面造漿 ?井下注漿堵水 ?高效快速

0 引言

水害是煤礦五大災(zāi)害之一，是僅次于瓦斯爆炸的重大災(zāi)害。為了保障礦井生產(chǎn)建設(shè)的安全或排水恢復(fù)礦井，注漿堵水已成為與地下水患作斗爭(zhēng)的一項(xiàng)重要手段。何莊煤礦通過(guò)堵水，降低了成本，縮短了工期、封堵效果明顯。

1 何莊煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

何莊煤礦屬馬嶺山井田，隸屬于秦-昆緯向構(gòu)造帶，主要構(gòu)造形跡呈東西走向，次為北西向構(gòu)造。何莊煤礦地層總體呈單斜產(chǎn)出，北西～南東向展布。西端局部地段轉(zhuǎn)為北西方向，東端褶扭成近南西方向;傾向北東，傾角為25～30°。井田內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶曲較少;主要含水層為山西組砂巖含水層、太原組灰?guī)r含水層和寒武系灰?guī)r含水層。太原組上段灰?guī)r含水層中L7灰?guī)r較發(fā)育，巖性和層位較穩(wěn)定，厚度最大為18.96m，最小為6.34m，平均9.84m，該層含巖溶裂隙承壓水，含水性弱，導(dǎo)水性差，且不均一，該層距二1煤層平均12m，為二1煤底板直接充水含水層;山西組砂巖含水層位于二1煤層的上部，以大占香炭砂巖為主，平均厚度16.44m，屬孔隙裂隙承壓水，含水性弱，透水性好，且不均勻，屬二1煤層頂板直接充水含水層，采煤期間地下水可直接進(jìn)入礦床。正常情況下，該層地下水不能直接進(jìn)入二1煤礦床，因此屬于間接充水含水層，但該層對(duì)一7煤層開(kāi)采影響較大。

2 突水簡(jiǎn)況

11010工作面位于11采區(qū)東翼上部，沿東西走向布置，走向長(zhǎng)664m，傾向?qū)?5～165m，工作面標(biāo)高+33.6m～+140m，地面標(biāo)高+647m～+785m，巷道分上、中、下三條巷道，均為正坡度，煤厚0.6～9.2m，自下巷向上煤厚依次變薄，平均3.5m，煤層傾角22～31°，煤層直接底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖;煤層的直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，間接頂板為大占砂巖。二1煤層下距L7灰?guī)r垂距約13m，距寒武系灰?guī)r垂距在63m左右，水壓1.8MPa。2010年7月28日因底板突水，最大突水量1500m3/h，由于井底中央泵房排水能力有限，16時(shí)30分泵房停電被淹。后經(jīng)2011年初第一次注漿堵水，水量降至450m3/h，礦井恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

3 井上造漿、井下注漿相結(jié)合方案的確立

3.1 目前突水點(diǎn)的注漿封堵工作，一般都在地面進(jìn)行。由于何莊煤礦突水區(qū)域地面為低山、丘陵地貌，山體坡度大，受地表環(huán)境影響，在地面開(kāi)展有許多困難，施工難度大、材料運(yùn)輸難以解決，而且在地面施工鉆孔進(jìn)行注漿封堵突水，工程量大、時(shí)間長(zhǎng)、成本高[3]。加上地面鉆孔單孔深度大，受巖層產(chǎn)狀影響，鉆探孔位落點(diǎn)誤差大、會(huì)影響注漿效果差以致延長(zhǎng)整個(gè)工程工期并增加工程費(fèi)用等。

3.2 因地面注漿時(shí)比井下注漿的地點(diǎn)要高出450m，這本來(lái)壓力就是一個(gè)差值。加上水泥漿的比重，地面注漿壓力是比井下注漿有更好的可適用性，在萬(wàn)一停電情況下，依靠高差壓力，通過(guò)注漿泵自吸作用能向鉆孔壓水以保證能恢復(fù)注漿。

3.3 地面注漿填骨料不受場(chǎng)地影響，單位時(shí)間骨料添加量大，而井下受許多因素限制，所以骨料添加進(jìn)度和質(zhì)量不高。而且井上下相結(jié)合，可以同時(shí)添加軟、硬骨料，可以進(jìn)一步提高骨料添加質(zhì)量，對(duì)堵水施工有利。

3.4 井下鉆孔控制的注漿范圍大，而且范圍易調(diào)整。

3.5 地面注漿基本不影響井下生產(chǎn)，而井下注漿難免影響生產(chǎn)。

綜上所述，我們選擇在地面造漿、井下打鉆注漿的方式在動(dòng)水條件下進(jìn)行堵水[1]。即在地面造漿，通過(guò)大直徑、高壓注漿管路，將高壓、大流量漿液短時(shí)間注入鉆孔[5]，通過(guò)井下添加骨料接合地面添加骨料[2]等綜合措施封堵工作面突水。

4 何莊煤礦注漿堵水過(guò)程及創(chuàng)新點(diǎn)

從2012年9月上旬開(kāi)始，圍繞11010工作面出水點(diǎn)，對(duì)前次堵水設(shè)計(jì)、堵水效果、加固區(qū)域、未加固區(qū)域進(jìn)行詳透分析，從區(qū)域地下水補(bǔ)給方向、區(qū)域構(gòu)造結(jié)合采礦影響等方面進(jìn)行綜合分析，針對(duì)淹井恢復(fù)注漿加固堵水薄弱環(huán)節(jié)擴(kuò)大加固范圍，從突水機(jī)理分析，調(diào)整注漿目的層布置鉆孔5個(gè)，先施工1-3、1-5鉆孔。堵水方案為高壓下行注漿，自上而下，見(jiàn)水即堵，先封堵L1-3灰?guī)r涌水，封堵出水通道，充填裂隙、溶洞，再對(duì)寒武灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿充填，徹底封堵突水水源，防止水量反復(fù)。

為保證固結(jié)套管，防止揭露L7灰含水層后鉆孔涌水，鉆孔鉆至L7灰頂面下過(guò)Ф146mm一級(jí)套管，再鉆進(jìn)至L7灰?guī)r底面后下過(guò)Ф127mm二級(jí)套管，在下入二級(jí)套管后鉆孔進(jìn)入L1-3灰?guī)r層位進(jìn)行了多次注漿，經(jīng)注漿加固后進(jìn)入寒武系灰?guī)r頂面后下入Ф108mm三級(jí)套管，終孔進(jìn)入寒武系灰?guī)r內(nèi)20-30m，對(duì)寒武系灰?guī)r裂隙、溶洞進(jìn)行注漿封堵，徹底封堵突水水源，防止水量反復(fù)。

9月25日開(kāi)始對(duì)1-3孔進(jìn)行注漿，在注漿過(guò)程中，鉆孔跑漿嚴(yán)重，停止注漿開(kāi)始添加骨料，為保證骨料添加順利，骨料尺寸由小變大依次加大，要求盡可能增大添加量。10月2日對(duì)1-5孔進(jìn)行注漿，也因存在跑漿問(wèn)題而停止注漿，添加骨料進(jìn)行堵漏。1-3孔注海帶6t時(shí)，鉆孔孔口壓力3MPa，工作面涌水量減少約4成，停止骨料添加，開(kāi)始注漿，連續(xù)注漿1小時(shí)后，開(kāi)始跑漿，且跑漿依然嚴(yán)重，停止注漿繼續(xù)添加海帶等骨料。

為保證骨料添加量，改進(jìn)骨料添加器，增加骨料倉(cāng)體積及個(gè)數(shù)，改間隔添加為連續(xù)添加。根據(jù)孔口壓力及鉆孔涌水量、跑漿情況調(diào)整海帶、砂子及米石添加比例，增加砂子和米石添加比重，將海帶與砂子、米石交替添加，并增加皮頭等超軟骨料，對(duì)于涌水量大的鉆孔以硬骨料為主。

當(dāng)添加海帶至孔口壓力升到3MPa時(shí)，再同時(shí)添加中、細(xì)沙及米石等硬骨料，當(dāng)孔口壓力升至5MPa時(shí)，開(kāi)始注漿，經(jīng)大流量連續(xù)注漿超過(guò)3小時(shí)后，開(kāi)始出現(xiàn)跑漿，但孔口壓力不下降，這時(shí)候提高漿液比重，并降低注漿檔位至3檔，同時(shí)改注水泥沙漿，當(dāng)跑漿嚴(yán)重后，停止注漿，繼續(xù)加骨料[1]。endprint

10月20日在注漿期間，在井下利用注漿泵點(diǎn)注水玻璃，通過(guò)計(jì)算跑漿時(shí)間，調(diào)整水泥漿比重，水玻璃添加比例，對(duì)跑漿通道進(jìn)行封堵，控制跑漿，10月30日，工作面水量已減少近6成，井下水文觀測(cè)孔水位升高，這時(shí)候添加骨料量已從量變到質(zhì)變，鉆孔壓力居高不下，但注漿過(guò)程中，跑漿情況依然存在，在這種情況下將注漿方式改為間歇注漿，根據(jù)跑漿情況調(diào)整間隔時(shí)間，在注漿段添加一定量水玻璃[1]。

11月7日，1-3、1-5孔在經(jīng)過(guò)反復(fù)注漿、透孔、再注漿，工作面水量減至110m3/h左右。到11月15日，工作面水量減至80m3/h左右。通過(guò)間歇注漿及添加骨料及水玻璃，跑漿問(wèn)題大幅度得到解決，在鉆孔試注水孔口壓力在5MPa時(shí)，進(jìn)行連續(xù)注漿，漿液比重在1.3-1.4之間，注漿檔位控制在3檔，當(dāng)孔口壓力升至6MPa時(shí)，降低漿液比重為1.2-1.3，提高注漿檔位，直至孔口壓力8MPa時(shí)，降低注漿檔位，最終以3檔或2檔結(jié)束注漿。

在注漿的同時(shí)，交叉施工1-1、1-2、1-4鉆，終孔層位均為寒武系灰?guī)r1-4鉆孔無(wú)水直接封孔外，對(duì)其他兩鉆孔均進(jìn)行高壓注漿。12月5日，工作面總涌水量小于40m3/h，達(dá)到并高于注漿堵水要求。

從9月中到12月上旬，何莊煤礦11010工作面突水注漿封堵工程共打注漿鉆孔5個(gè)，總進(jìn)尺540m，透孔1488m。這期間共注入水泥2800t，充填沙石40.4m3，海帶24.3t，皮頭145kg，水玻璃3t。工作面涌水量由450m3/h降至50m3/h以下，堵水達(dá)到了預(yù)期效果。從井下開(kāi)始治水到治水結(jié)束，僅用了三個(gè)月的時(shí)間。

5 結(jié)論

通過(guò)井上下相結(jié)合的注漿堵水思路，采用高壓、大流量注漿、間歇注漿模式采取軟硬骨料及玻璃水與注漿漿液協(xié)調(diào)配比堵漏技術(shù)，在短短三個(gè)月將突水成功封堵，并達(dá)到顯著效果，封堵水量400m3/h，為解放11010外配采巷道的掘進(jìn)節(jié)約了大量時(shí)間，每年僅節(jié)約排水電費(fèi)一項(xiàng)資金在600萬(wàn)元左右。

參考文獻(xiàn)：

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[2]高志剛.地面注漿堵水充填骨料工藝技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采，2002.

[3]盧萍，侯克鵬.帷幕注漿技術(shù)在礦山治水中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010.

作者簡(jiǎn)介：郭啟明（1974-），男，河南武陟人，助理工程師，何莊煤礦地測(cè)科科長(zhǎng)，2008年河南理工大學(xué)地質(zhì)與測(cè)量專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，在何莊煤礦從事地質(zhì)工作。endprint