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礦井涌水注漿治理技術

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  摘要:東榮一礦位于黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區南部。根據黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區精查地質報告提供的資料,該區區域煤系裂隙充水礦床分為簡單、中等、復雜三種類型。文章分析了東榮一礦涌水原因,提出了礦井涌水注漿治理技術。運用該技術對東榮一礦主要出水點進行治理,效果明顯,降低了礦井總涌水量近240m3/h,使礦井能正常生產。

  關鍵詞:第四系承壓水;注漿技術;涌水治理;水泥-水玻璃雙液漿;出水點

  東榮一礦在建井期間,涌水量一直很大,嚴重影響了施工進度,目前礦井涌水量已達到530m3/h,超過礦井設計的正常涌水量470m3/h,給礦井安全帶來嚴重威脅。

  一、東榮一礦地質條件簡介

  東榮一礦位于黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區南部。根據黑龍江省集賢煤田東榮勘探一區精查地質報告提供的資料,該區區域煤系裂隙充水礦床分為簡單、中等、復雜三種類型,東榮一礦礦井水文地質條件整體為簡單至中等,而該礦-190水平井底車場所處天窗部位為本區唯一的復雜區。

  二、涌水原因分析

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  礦井井底車場及石門施工過程中,發生了多次涌水,除涌水量極小的分散出水點外,目前集中出水點達65個。其中單點出水量在50m3/h以上的主要出水點主要有7個。

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  由于自然形成的天窗使第四系含水層缺失了隔水層,使第四系含水層與煤層上覆巖層中存在的裂隙貫通形成涌水通道。天窗區域內第四系含水層的地下水流向為由西南向東北徑流,地下水位平均水力坡度約3/1000,徑流緩慢,排泄不良,向東北排泄至松花江。礦井煤系裂隙含水層水的徑流方向為由東北向西南徑流,由淺部向深部徑流,徑流強度逐漸減弱。第四系含水層是本區主要間接充水含水層,含水層厚度大,水量豐富,滲透性強,通常情況被第三系隔水層阻隔,在天窗部位直接補給煤系裂隙含水帶。

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  從井下實際觀測的出水裂隙來看,主要是由煤層上覆頂板節理發育而造成的,節理的發育程度主要受構造控制,在斷層、褶皺等地質構造應力集中部位裂隙發育、巖層破碎,出水明顯,這些裂隙通過X剪節理相互貫通,形成一個巨大的含水管網,且與頂部的風化裂隙相連,在天窗部位直接接受上覆含水層的補給,最終形成了礦井涌水倒水通道。如圖1所示:

  三、礦井涌水治理方案

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  對天窗位置的礦井涌水治理,對井下出水點的治理只是從表面上的治標過程,將涌水導水通道徹底斷絕才是治理的根本。因此,從根本出發,通過人工制造隔水層,將天窗封閉,需要通過地面布置深井鉆孔,然后進行注入黃泥等隔水材料進行治理,此項工程時間久,工作量大。但目前為能使礦井盡快投產,對井下主要出水點進行治理,是當務之急。

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  礦井水治理向來以輸、排、堵、截為主,但輸、排不易實現,在進行堵、截時還要針對各出水點并結合其具體出水情況進行治理。注漿為涌水治理最常用且有效的方法,注漿堵水技術的關鍵在于對出水點補水通道的判斷和注漿材料的選擇。結合東榮一礦主要出水點出水原因,提出注漿技術對東榮一礦主要出水點進行涌水治理。

  四、注漿技術應用

  7個主要出水點中,其中①點涌水量為106m3/h,②點涌水量為96m3/h,④點涌水量為78m3/h,因④點出水影響水倉清倉,故需首先治理。為了在短時間內使涌水量降至礦井排水能力以內,首先對①、②、④三個出水點同時進行治理。

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  注漿技術首先是在將出水點來水預先導走,在出水點水量降低后進行注漿,在注入漿液凝固后再將導水通道(鉆孔)堵死,這樣減小了注漿時涌水量和水壓,使涌水治理容易實施。

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  注漿材料中一般注漿材料多為水泥漿液,對于堵水用量大,故而不選擇成功較高的化學材料。水泥-水玻璃雙液漿因其具有凝固速度快、結實率高、凝固強度大、成本低等特點一直是注漿材料中的首選。

  水泥選用425號粉煤灰水泥,水玻璃濃度為38°Be'。在進行注漿前,對水泥漿水灰比、水泥—水玻璃比進行了試驗。經試驗最終確定水灰比為0.5∶1,水泥—水玻璃比為1∶0.35,此種比例初凝時間為30s。這樣能保證漿液在遇到高壓水時不至于被水迅速沖走,在圍巖裂隙中能迅速凝固,與巖體共同形成帷幕。

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  1.首先對三個出水點的補水通道進行判斷,可以通過觀測水流方向,或在出水點附近打鉆孔勘察,確定后補打導水鉆孔進行導水,直至出水點水量明顯下降。

  2.在出水點巷道10m范圍內打注漿孔,鉆孔方向為沿水流方向,并及時布孔口管。注漿孔沿巷道斷面順水方向布置,孔深3m,分別布置頂孔和幫角孔。先從幫孔開始注,逐漸向上,最后注頂孔。

  3.注漿過程中,發現鄰近孔出現跑漿時應立即采取封孔措施。

  4.當出水點10m范圍注漿孔都注漿后,再對導水鉆孔進行注漿封孔。

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  在東榮一礦進行注漿技術實施,對東榮一礦出水點中的①、②、④三個出水點進行了集中涌水治理。其中①點涌水量由原來的106m3/h降至為12m3/h以下,②點涌水量由原來的96m3/h降至為10m3/h,④點涌水量由原來的78m3/h降至為13m3/h,累積降低礦井涌水量近240m3/h。以上水量數據均采用激光水流測速儀測得。

  五、結論

  結合東榮一礦礦井涌水特點提出的注漿治理技術,在對東榮一礦主要出水點治理后,得出:

  1.通過對東榮一礦涌水原因的分析,確定了東榮一礦涌水的直接水源應為各層砂巖的靜儲量,間接水源為第四系砂礫石孔隙水。

  2.在借鑒了以往礦井涌水治理的基礎上,結合東榮一礦涌水特點,分析確定東榮一礦涌水注漿治理技術。

  3.注漿技術在東榮一礦的實施,實踐驗證了該技術的可行性與合理性,同時降低了礦井總涌水量近240m3/h。該技術方案可作為東榮一礦當前涌水治理主要技術手段,為該礦巷道的掘進提供了速度保證。

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  作者簡介:劉偉鋒(1978-),男,河南南陽人,黑龍江省雞西大學助教,研究方向:安全與環境工程。

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