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1、,煤矿突水点井下动水注时堵技术研究与应用,煤矿突水点井下动水注浆封堵技术研究与应用概况1、华北型煤田存在的水文地质问题华北型煤田是我国石炭二叠纪聚煤期形成的重要煤田,面积约110多万km2,煤炭年产量占全国原煤产量的60%以上。在我国能源工业中占有举足轻重的位置华北型煤田目前开釆的主要是石炭二叠系煤层,在煤系地层中分布有数层石炭系薄层灰岩(以下简称为薄灰其下为巨厚的奥陶系灰岩(以下简称为奥灰)。由于奥灰含水层溶洞和裂隙发育,富水性极强,加上断裂构造复杂,使得煤层回采过程中,受到严重的岩溶水害威胁,矿井突水频繁突水量大且时刻受到特大型突水的威胁按照水文地质条件的差异及复杂程度,我国共划分为6个煤
2、矿水害区(图1-1),最为严重的煤矿水害主要分布在华北和华南区,其中以华北地区尤为突出据统计,华北地区从1956年到2019年共突水2000余次,淹井250余次,死亡近两千人,直接经济损失近百亿元河南煤田位于华北型煤田南端,同样受底板灰岩的水害威胁。最近几年,义煤新安煤矿、巩义市西村镇西洼煤矿、郑州煤电集团弋湾煤矿新平井、伊川县奋进煤矿黄村分矿等相继发生突水淹井事故,造成了重大的人员伤亡和经济损失。国家投资40亿元的永城煤电集团,目前矿井涌水量已达到矿井设计排水能力,矿井安全受到严重威胁,图例:(1)华北石炭二叠纪煤田的岩溶裂隙水水害区;(2)华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区;(3)东北侏罗纪煤
3、田的裂隙水水害区;(4)西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区;(5)西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区;(6)台湾第三纪煤田的裂隙孔隙水水害区图1-1我国煤矿水害分布图,水害压煤数量大我国是煤矿水害“压煤”最多的国家,全国统配煤矿共601处,受水威胁的矿井285处,占47.5%。受水害威胁导致不能开采的煤炭上百亿吨,占总储量的31“压煤”数量巨大。在华北煤田中的一些大水矿区,受水威胁的煤炭储量竟高达矿井总储量的45%以上。经常性涌水量大、排水费用高华北型煤田各大水矿区经常性涌水量一直居高不下,由此导致排水量大、排水费用高。不但提升了煤炭成本,而且浪费了宝贵洁净的地下水资源。全国每年用于排水的费用高达5
4、0多亿元,河南省年排水费用也高达3亿多元,焦作矿区年排水费用为8000万元。此外,经常性大流量排水使矿井排水系统处于极限运行状态,时刻威胁着矿井和矿工生命的安全。,2、焦作矿区水文地质问题受水威胁储量巨大,水害压煤严重焦作矿区受水威胁储量约60132.6万吨,目前仅解放4685.0万吨,尚有92.2%约55447.6万吨的储量等待解放。特别是位于石炭系薄层灰岩下的一煤(储量9462万吨)的局部,一2煤(储量27909万吨)的全部,总计37371万吨,受水威胁最为严重,不能正常开采矿井经常涌水量大、排水费用高、经济负担重焦作矿区是全国著名的水大矿区之一,历年来曾发生0m3/min以上的突水500
5、余次,其中10m3/min以上的突水72次,最大一次突水320m3/min。全区总涌水量高达400500m3/min。突水后造成淹采区14次,淹井17次,经济损失达3亿多元。随着排水量的增加及电价的提高,2019年焦作煤业集团公司所属的8对生产矿井,总涌水量达282m3/min,排水费用高达8000万元,吨煤排水电费高达2030元3、焦作矿区水害防治理论及技术研究现状针对上述严重的水害威胁状况,焦作矿区除了正常留设底板隔水岩柱外,自上世纪50年代还投入了大量的人力物力,开展了一系列的防治水理论研究工作并采取了多种防治水措施浅部帷幕注浆截流,13Q41Q o.1-一338y工201图1-2九里山矿浅部截流工程平面图,焦作煤田总体为一单斜构造,在地层浅部隐伏露头附近,各含水层通过第四系底砾岩发生密切的水力联系,浅部帷幕注浆截流(图1-2)就是在L灰岩隐伏露头附近对第四系底砾岩和Ls灰岩隐伏露头进行注浆,切断Ls灰岩与其它强含水层的水力联系,使L3灰岩隐伏露头带由强补给边界变为弱补给边界,减少L灰岩的补给量,降低L灰岩的突水威胁及突水量。如九里山矿一二采区浅部帷幕注浆,共注入砂子2332.48m3,水泥2477.07吨,而矿井涌水量仅减少67m3/min。这说明Ls灰岩补给范围广,补给量大,局部截流是难以根治水害的疏水降压强排,图1-4九里山井底大泵房,
