地面注漿技術(shù)在礦井區(qū)域水害防治中的應(yīng)用

鄒軍

摘 要：冀中地區(qū)部分煤礦水害嚴(yán)重，尤其是奧灰水系，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。本文以河北某煤礦一采區(qū)為研究對象，分析了區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生水害的主要地質(zhì)因素，確定了封堵目標(biāo)層為奧陶系灰?guī)r含水層。同時(shí)，介紹了地面注漿材料、設(shè)備及相關(guān)工藝，綜合分析了注漿過程中出現(xiàn)泵站壓力突變的原因，并進(jìn)行了后期回采區(qū)域巖層吸水率的效果考察。結(jié)果表明，地面注漿技術(shù)較好地封堵了奧灰水系向開采層徑流的通道，有效控制了該區(qū)域水害。

關(guān)鍵詞：注漿工藝;泵壓分析;水害治理

中圖分類號：TD745.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）17-0058-03

Application of Ground Grouting Technology in Prevention of

Water Injury in Mine Area

ZOU Jun

（The Third Hydrogeological Team of China General Administration of Coal Geology，Handan Hebei 056006）

Abstract： Some coal mines in central Hebei have serious water disasters， especially the Ordovician limestone water system， which seriously affects the mine safety production. Taking a mining area of a coal mine in Hebei Province as the research object， this paper analyzed the main geological factors causing water damage in the area， and determined that the plugging target layer is Ordovician limestone aquifer. At the same time， the ground grouting materials， equipment and related processes were introduced， the reasons for the sudden change of pump station pressure in the grouting process were comprehensively analyzed， and the effect of rock stratum water absorption in the later mining area was investigated. The results show that the surface grouting technology can block the runoff channel from Ordovician limestone water system to mining layer， and effectively control the water disaster in this area.

Keywords： grouting process;pump pressure analysis;water damage control

礦井水害是影響礦井安全生產(chǎn)的“流動(dòng)殺手”[1-2]。冀中地區(qū)部分礦井水害嚴(yán)重，通過地質(zhì)分析可知，水害影響因素為奧灰含水層[3]。為了有針對性地解決奧灰水區(qū)域?yàn)?zāi)害的影響，現(xiàn)針對河北省某礦一采區(qū)區(qū)域進(jìn)行水害分析，采用地面注漿技術(shù)對區(qū)域內(nèi)進(jìn)行注漿封堵，并進(jìn)行后期效果考察。

1 礦井及采區(qū)概況

河北省某礦產(chǎn)能為90萬t/a，礦井為低瓦斯礦井，礦井主采煤層為2#煤層，平均煤層厚度為6 m;含煤地層柱狀圖如圖1所示。礦井采用綜合機(jī)械化走向長壁放頂煤方式開采，采高2.5 m，放頂高度3.5 m。目前在采工作面為826101工作面，工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均已掘進(jìn)完成，巷道整體已經(jīng)貫通。

該礦所在區(qū)域整體為丘陵地帶，地勢為西高東低，平均坡度為11°。通過測量可知，最高處標(biāo)高為+180 m，最低點(diǎn)標(biāo)高為+106 m。地表有大小沖溝12個(gè)，礦井內(nèi)存在1條大型斷層，為DF39斷層，斷距12 m，為正斷層。

對礦井安全生產(chǎn)具有威脅的含水層有10個(gè)，分別為：奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層，大青灰?guī)r巖溶裂隙含水層，小青灰?guī)r裂隙含水層，伏青灰?guī)r裂隙含水層，山青灰?guī)r裂隙含水層，野青灰?guī)r裂隙含水層，山西組砂巖裂隙含水層，下石盒子組砂巖裂隙含水層，上石盒子組一、二段砂巖裂隙含水層，第四系孔隙含水層。

通過計(jì)算，本區(qū)奧灰含水層埋深860～1 040 m，奧灰?guī)r頂面標(biāo)高為-906～-725 m，奧灰水位為+125 m。該含水層屬深埋型巖溶充水礦床，裂隙發(fā)育較差，相對淺部水循環(huán)較慢，奧灰地下水靜儲量較大，與2#、4#、6#煤的間距分別約為150 m、115 m、85 m。奧陶系灰?guī)r含水層位于含煤地層的下部，巖性以角礫灰?guī)r、花斑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及純灰?guī)r為主，頂板為紫紅色鐵質(zhì)泥巖和鋁土。依據(jù)以往63個(gè)揭露奧灰鉆孔的資料，所有鉆孔均漏水，多數(shù)鉆孔沖洗液消耗量為0.3～0.5 m3/h，最大為7.2 m3/h，水量較大，極易灌入開采區(qū)域。

綜合分析，該區(qū)域主要水害影響因素為奧陶系灰?guī)r含水層，主要治理位置為奧灰含水層水害。

2 地面注漿工藝

現(xiàn)采用地面注漿技術(shù)對礦井一采區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿填充，填充完成后含水層裂隙被水泥漿填充，從而起到阻隔水系的作用[4-6]。

2.1 注漿工藝

注漿工藝流程如圖2所示。施工過程中首先進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔施工完畢后進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿過程中，采用高速渦流制漿工藝，使水泥漿密度從1.1 g/cm3逐漸增大至1.6 g/cm3，隨后每隔50～80 m進(jìn)行高壓壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)前首先進(jìn)行洗孔，壓入清水循環(huán)替換鉆井液，直至返出清水后起鉆。提鉆后每30 min觀測一次水位，直至水位穩(wěn)定，共觀測3次。至此一個(gè)注漿工序完成。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)如下：泵量小于35 L/min時(shí)，注漿終壓不小于受注含水層最大靜水壓力的2～3倍，地面注漿壓力不小于13 MPa，并穩(wěn)定30 min以上。

2.2 注漿材料

通過綜合分析，本次注漿主要采用R32.5礦渣硅酸水泥。由于該水泥具有抗水性好、早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度逐漸增大等特點(diǎn)，因此可以有效填充裂隙水，同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，填充效果越來越好。注漿漿液密度控制在1.0～1.6 g/cm3。當(dāng)遇見大的斷層時(shí)，可適當(dāng)加入粉煤灰或者黏土，增加黏稠度。

2.3 注漿設(shè)備

本次注漿的主要設(shè)備為XJ-2000高速渦流制漿機(jī)、NBB390-15注漿泵、100WQ100型潛水泵。設(shè)備如圖3所示。

3 地面注漿技術(shù)實(shí)施及效果考察

3.1 現(xiàn)場實(shí)施

根據(jù)設(shè)計(jì)方案施工鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)如圖4所示。使用的鉆機(jī)為ZYL-17000D型千米定向鉆機(jī)，采用XJ-2000高速渦流自動(dòng)化制漿機(jī)進(jìn)行制漿，采用NBB390-5/15注漿泵進(jìn)行注漿。地面工作臺配備相應(yīng)的配電室、水泵房等基礎(chǔ)設(shè)施。

竣工圖中鉆孔軌跡和設(shè)計(jì)基本一致，出現(xiàn)水量異常區(qū)域隨即進(jìn)行注漿封堵，注漿采用黏土、粉煤灰、水泥混合進(jìn)行封堵。

3.2 效果考察

注漿過程中對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行考察，考察結(jié)果如圖5所示。隨著注漿過程不斷推進(jìn)，泵站壓力不斷增大，隨后在63 h出現(xiàn)泵壓突增后又降低的現(xiàn)象，此時(shí)泵量出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。在90 h時(shí)，泵站壓力突降，泵量增大，這是由于出現(xiàn)大的裂隙帶所導(dǎo)致的。

施工完成后對工作面下部20 m區(qū)域進(jìn)行了滲透率考察，工作面、巷道均未出現(xiàn)冒汗等水害現(xiàn)象?？梢姡孛孀{技術(shù)較好地封堵了奧灰水系向開采層徑流的通道，有效控制了該區(qū)域水害。

4 結(jié)語

本文以河北某煤礦為研究對象，介紹了地面注漿工藝，分析了注漿過程中出現(xiàn)曲線突變的原因，并進(jìn)行后期效果考察。

參考文獻(xiàn)：

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