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1、煤矿井下防治水技术文学宽 研究员煤炭科学研究总院2009年5月,一、矿井防水煤（岩）柱留设1、防水煤（岩）柱的留设原则 矿井在有突水威胁但又不宜疏放的井下采掘区施工时，必须留设防水煤（岩）柱。矿井防水煤（岩）柱的设计必须在确保矿井安全生产的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。矿井留设的防水煤（岩）柱必须与区域、井田的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱留设应该在矿井的总体开采设计中确定，即矿井开采方式和井巷布局必须与各
2、种防水煤（岩）柱的留设相适应，否则会给矿井在采掘过程中留设防水煤（岩）柱造成极大的困难，甚至无法留设。,多煤层群采的矿井，矿井在各煤层之间及煤系地层上下的防水煤（岩）柱必须统一设计留设，防止某一煤层的开采破坏另一煤层的防水煤（岩）柱，导致矿井在此区域留设的整个防水煤（岩）柱失效。矿井在同一地点有两种或两种以上情况必须留设煤（岩）柱时，留设的防水煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。矿井对留设的防水煤（岩）柱的保护要特别严格，如果留设的防水煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。矿井留设防水煤（岩）柱所需要的数据参数必须在本矿区井田、采区范围内获得。邻近矿区、采区的数据参数
3、只能参考，如果需要采用，必须适当加大安全系数。矿井留设防水煤（岩）柱时必须充分考虑煤系地层及周围围岩的厚度、性质特征、黏土质隔水岩层的厚度、构造裂隙发育情况、岩层的含水性等，充分考虑留设防水煤（岩）柱的隔水作用。,2、矿井防水煤（岩）柱类型 煤矿在水体下、含水层下、承压含水层上或在导水断层附近进行采掘工程时，为了防止地表水或地下水突出、溃入工作地点，需要合理留设一定宽度或高度的防水煤（岩）层不采动，这部分煤（岩）层称为防隔水煤（岩）柱或防水煤（岩）柱。断层防水煤（岩）柱 井田边界煤柱 上、下水平（或相邻采区）防水煤（岩）柱 水淹区防水煤（岩）柱 地表水体防水煤（岩）柱 冲击层防水煤（岩）柱,松
4、散层下留设防水煤岩柱示意图,二、井下探放水技术1、探放水的目的、要求 矿井井下探放水系指矿井在采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等。为消除水害隐患，要求在采掘过程中采用探放水方法，探明工作面前方的水情。在有水的情况下，根据水量大小有控制地将水放出，而后再进行采掘工作，以保证安全生产。,2、探放水的原则 探放水工程的布置是以保证矿井安全生产为目的，矿井井下采掘活动必须执行“有疑必探，先探后掘采”的原则，施工过程中遇到下列情况之一，矿井必须井下探放水。采掘活动接近水淹的井巷、老空、老窑或小窑时；采掘活动接近或穿
5、过含水层、导水断层、含水裂隙密集带、熔洞和陷落柱时；矿井打开隔离煤柱放水前；采掘活动接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通或有水力联系的断层破碎带或裂隙发育带时；采掘活动接近可能涌（突）水的钻孔时；采掘活动接近有水或稀泥的灌浆区时；采掘活动影响范围内有承压含水层、含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，采掘活动可能导致突水时；采掘活动接近矿井水文地质条件复杂的地段，采掘工作过程中有涌（突）水预兆，或矿井水文地质条件情况不明时；采掘活动接近其他可能涌（突）水地段时。,3、探水线设计 煤矿井下存在各种积水区时，必须在采掘工程平面图上标出积水范围、外缘标高和积水量，同时标出探水线位置，
6、并符合以下规定。探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度，以及采空区，巷道受矿山压力的破坏情况等因素规定。对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过1MPa，探水线至积水区的最小距离：在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于20m。对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水边界时，探水线至推断的积水边界的最小距离不得少于60m。对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距离不得少于60m。对没有图纸资料可查的老窑，可根据本矿井已了解到的小窑开采最低水平，作为预测的可疑区，必要时可先进行物探控制可疑区，再由可疑区向外推100m作为探水线。
7、对已知的断层、陷落柱的探水线，由断层、陷落柱所留设的防水煤柱线至少向外推20m作为探水线。石门揭露含水层的探水线，探水线至含水层的水平最小距离不得小于20m。垂直距离应根据水压和隔水层的岩性等资料综合分析确定其最小距离。,4、探放水范围 采掘工作面遇有下列情况之一，必须进行探放水：接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时；接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时；接近水文地质条件复杂的区域，有突水预兆时；采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时；打开隔离煤柱放水时；接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等连通的断裂构造带时；接近有出水可能的钻孔时
8、；接近有水的灌浆区时；接近其他可能出水地区时。,5、探放水注意事项：探水钻孔超前距和止水套管长度应符合以下要求：探放小窑老空积水和本矿老空积水的超前距10m20m，其他可根据水压情况规定超前距。预计水压大于0.1MPa的地区，探水钻进前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。,施工水压大于1.5MPa的钻孔时，必须设置防喷和反压装置，并有防止孔口管和煤岩壁突然鼓出的措施。钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人应立即向矿调度室报
9、告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。煤层内原则上不得探高压水断层、含水层及陷落柱水。如确实需要，可先建防水闸墙并在防水闸墙后向内探水，或按探高压水措施进行。,6、矿井井下探放老空水（1）矿井探放老空水的原则 矿井探放老空水除了要遵循上述的探放水原则外，还应遵循下述探放老空水的具体原则：积极探放的原则 先隔离后探放的原则 先降压后探放的原则 先堵后探放的原则,（2）矿井探放老空水的安全措施探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压，老空积水高于探放水点位置时，只准用钻机探放水。探放水时，必须撤出探放水点以下受水威胁
10、区域内的所有人员。放水孔必须打中老空水体，并监视放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度超过规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。钻孔放水前，必须估计放水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量。,放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然发生变化，必须及时处理，并立即报告调度室。在探水地点应备用一定数量的坑木、麻袋、木塞、木板、黄泥、棉线、锯、斧等，以便探放水过程中意外出水或钻孔水压突然增大时
11、及时处理。矿井井下探放水施工巷道现场发现有松动或破损的支架要及时修整或更换，并仔细检查帮顶是否完好。矿井井下探放水施工现场的煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时处理，闭紧填实，必要时可打上木垛，防止水流冲垮煤壁，造成事故。矿井井下探放水施工现场及后路的巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物，应随时清理干净，若水沟被冒顶或片帮堵塞时，应立即修复。矿井井下探放水施工过程中，设计的避灾路线内不许有煤炭、木料、煤车等阻塞，要时刻保证畅通无阻。,7、探放断水层（1）探放断水层的原则 矿井在采掘过程中，遇到下列情况必须进行探放断水层：采掘工作面的前方或附近有含（导）水断层存在，但具体位置不清或控制不够严密时。采掘工作面
12、的前方或附近预测有断层存在，但其位置和含（导）水性不清，矿井在采掘过程中断层可能使施工面突水时。采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的含水层水压都处于临界状态（即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值），在掘进工作面前方和采煤工作面影响范围内的断层等构造存在与分布情况不清，矿井在施工过程中很可能发生矿井突水时。,煤系地层中的断层已被矿井井下施工巷道揭露或穿过，断层暂时没有出水迹象，但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有可能引起突水，需要探明其深部是否已和强含水层连通，或有底板水的导升高度时。井巷工程接近或设计穿过的断层，断层浅部不合（导）水，但在深部有可能突水时。根据煤矿井巷工
13、程和留设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。采掘工作面距探明含水断层60m时。采掘工作面接近推断含水断层100m时。采煤工作面内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。采区内构造不明，煤系断层含水层水压又大于23MPa时，矿井必须探放区域内的导水断层，降低含水层水压。,（2）断层水探查的主要内容需要探放水断层的位置、产状要素、断层带宽度（包括内、中和外三带）及伴（或派）生构造、断层及伴生断层的导水性、富水性等。需要探放水断层带的充填物、充填程度、胶结物及胶结程度，断层两盘次生的裂隙及裂隙带、断层带内外岩溶发育情况及其富水性。需要探放水断层两盘对接煤系地层层位的岩性及其富水性，煤层与强含水层的
14、实际间距、有效隔水层的厚度。矿井采掘工作面需要探放水的断层与其他已知断层、陷落柱、含水层、积水体等的交切部位、水力联系、补给关系，这些构造、水体的富水性。矿井采掘工作面需要探放水断层如为迭瓦式断层，应确定其综合断距。矿井探放水过程中必须查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压、水量或冲洗液漏失量，并确定、判断煤层底板水在隔水层中的导升高度。矿井为探明探放水断层以上内容，必须具有段层面等高线图、断层两盘主要煤层与含水层对接关系图、探测断层预想剖面图。,8、探放陷落柱水在探放陷落柱水钻孔的布置及施工中，应注意以下一些问题：水压大于23MPa的陷落柱原则上不沿煤层布置探放水钻孔，钻孔而应布置在煤系地层
15、底板稳定的岩层中。若在煤层中布置钻孔，沿煤层埋设的孔口安全止水套管，容易被陷落柱中的高压水突破，造成突水灾害。探放陷落柱水钻孔的孔口安全装置、施工安全注意事项与探放高压断层水要求相同。探放陷落柱水的钻孔要提高岩心采取率，及时进行岩心鉴定，做好断层破碎带与陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表。,矿井在探放陷落柱水过程中，必须严格执行钻孔验收和允许工作面施工的安全掘进距离的审批制度。矿井在探放陷落柱水过程中，必须监测并记录钻孔内水压、水量和水质的变化，发现异常应加密或加深探放水钻孔，争取直接探到陷落柱。矿井在探放陷落柱水过程中，探到的陷落柱无水或水量很小时，要用泵进行略大于区域静水压力的压水试验，
16、检验陷落柱的导水性；同时，要向陷落柱的深部布置钻孔，了解陷落柱深部的含（导）水性和煤系地层底板强含水层水的导升高度。探放陷落柱水的钻孔探测后必须注浆封闭，并做好封孔记录，注浆结束压力应大于区域静水压力的1.5倍。,9、探放钻孔水 探放不良钻孔的类型 预防不良钻孔的方法 探放钻孔水的步骤 绘制钻孔分布图 建立钻孔止水质量调查登记表及数据库,10、探放含水层水 探放含水层水机理、方法 冲积含水层探防水 煤层底板含水层探防水,11、矿井井下施工面探放水 采掘工作面探防水 掘进、开拓下山探防水 走向长壁工作面探防水,三、疏水降压技术1、疏水降压的意义、目的意义：指煤层顶板底板含水层或煤系地层含水层，通
17、过疏干使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压。目的：预防地下水突然涌入矿坑，避免突水事故，改善劳动条件，提高劳动生产效率，消除地下水高水压造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。疏水降压与矿井一般的排水区别 疏水降压是借助于专门的工程及相应的排水设备，积极有计划有步骤的疏干或局部疏干影响采掘安全的充水含水层；矿井一般排水是消极被动地通过排水设备，将流入水仓的水直接排至地表。,2、疏水降压方式及工程类型（1）疏干方式 地表疏干 地下疏干 联合疏干（2）疏干工程 地表疏干井 疏干巷道,3、疏水降压开采技术措施（1）煤层顶底板受开采破坏后，其导水裂隙带波及范围存在强含水层时，掘进、回采前必须对
18、含水层采取疏降措施；（2）承压含水层与开采煤层之间的隔水层厚度，能承受的水头值小于实际水头值，开采前必须遵守下列规定：采取疏水降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下，并制定安全措施，按规定报批；承压含水层的补给边界已经基本查清，可预先进行帷幕注浆，截断水源，然后疏水降压开采，但必须编制帷幕注浆设计，按规定报批；承压含水层的补给水源充沛，不具备疏水降压和帷幕注浆条件时，可酌情采用局部注浆加固底板隔水层或改造含水层为隔水层的方法，但必须编制专门的设计，在有充分防范措施的条件下进行试采，并制定专门的防止淹井措施。,（3）疏水降压需注意的问题 水压较高时，必须注意孔口的安全控
19、制装置，对孔口管长度、下入孔内的深度、固结方法等要提出专门设计，疏水钻孔的位置应选择在不受开采影响破坏的地点；对强含水层有强补给的疏水区，应有防止水量以外加大的安全措施；钻探施工中要针对水压高的特点，采取防喷、防止水门失效、钻孔要多级变径、对钻杆应有灵便的专用卡瓦、钻机用三角带转动、安全操作钻机等措施；疏水钻孔有时会打不出水，因此应尽量打斜孔，使钻进含水层的段距加长；钻孔展布方向应与区域导水的构造节理组方向垂直，以扩大疏水量，必要时应采取孔内爆破；疏水降压开采有两种情况：一、煤层与含水层之间有一定厚度的隔水层，只要把采区水压降至安全水头值以下即可；二、煤层直接顶、底板就是承压含水层或相距不远，
20、这样必须把水压降到回采面以下方能安全开采；为尽量减少疏放水量，对于明显的增水因素；含水层在煤层顶板，可从地表打钻穿透井下巷运疏水。,四、注浆堵水技术1、注浆堵水的优点 减轻矿井排水负担；不破坏或少破坏地下水的动态平衡，合理开发利用；改善采掘工程的劳动条件，创造打干井、打干巷的条件，提高工效和质量；加固薄弱地带，减少突水几率；避免地下水对工程设备的浸泡腐蚀，延长使用年限。,2、注浆堵水的应用范围 注浆堵水是防治水害的有效方法之一，是煤矿防治水最重要的手段之一，主要应用：井筒掘凿前的预注浆；成井后的壁后注浆；堵大突水点恢复被淹矿井；截源堵水减少矿井涌水；井巷堵水过含水层或导水断层。,某煤矿注浆堵水
21、工程平面布置图,3、煤矿注浆堵水必要分析 疏、堵结合已成为煤矿防治水的一个重要原则，疏是煤矿治水的根本；通过疏，查明动水补给量及其进水边界或通道，创造条件进行截源堵水；对间接充水含水层，通过堵就能防止或减轻水害的，必须坚决堵，尽可能不疏排水；对已造成突水事故的直接或间接充水含水层，应采取“先堵后排”，待恢复矿井生产后再设法加以治理；堵水，对煤矿来说具有重要的经济效益；尽可能减小矿井排水量，是矿井水文地质工作者的一项根本任务；减小矿井涌水量，对保护日益紧缺的水资源、维护自然生态环境的平衡具有及其重要的意义；减小矿井涌水，除了留设必要的防隔水煤柱外，就是采取注浆堵水措施，截断补给水源或重要的充水通
22、道。,4、注浆堵水中的方法 矿井突水点往往位于矿井水文地质条件较为复杂、薄弱结构面较多的地点。因此，注浆堵水工程的加固就等于消除了矿井的一个隐患，同时也查清了一种隐患条件或类型，为矿井大范围的安全开采创造了条件，为预测预防类似隐患的发生提供了可借鉴的经验。,5、不同类型的注浆堵水技术（1）出水点位置缺乏资料的注浆堵水技术（见图）注浆堵水需要开展的工作：核实资料，确定突水点的大致范围，再布置勘探工程；查治结合，首先进行注浆堵水勘探；细致观察、分析浆液去向，判断突水通道，及时调整堵水点。,某煤矿浆液注浆示意图,（2）出水点位置及资料明确的注浆堵水技术 布孔准确确定出水点，注意事项：严格核实井上、井
23、下测绘资料，必要时要补充测绘，作出准确评价；详细记录井下命中点的坐标和标高，并精确标定在地面上。钻机安装后要进行校核测量，确保无误。动水注浆堵水技术，成功关键：先下骨料，再注浆封堵；要创造使骨料充填足顶足帮、在通道内阻塞滞留的条件，形成一定阻水段（层）后立即注单液浆或双液浆固结；骨料以量取胜，以充填足够长度或厚度确定已使突水量明显减少为标准；,6、帷幕截流堵水注浆 帷幕截流堵水注浆是煤矿实现疏堵结合、防治水害的重要手段之一。帷幕截工程的目的：使外来补给水源中的大部分被截堵在煤层开采范围以外，开采区内部可以通过疏水降压等方法实现安全回采的目的。注意问题：进水和隔水边界要勘探分析清楚；要充分利用地
24、球物理勘探技术，查清帷幕线上的强径流带位置，对此进行重点注浆，注浆钻孔不要等距离均匀布置；注浆孔深度大，要采取防偏措施和孔内定向打斜孔措施。在岩溶含水层裂隙不发育区或意外堵孔不能注浆时，可注盐酸处理，以提高钻孔利用率；要采用代用材料，对严重跑浆孔段要注砂、石子、石粉等骨料。在结束注浆或检查孔注浆时，应用纯水泥浆高压加固，提高帷幕强度。有条件时，要井上、井下结合。,7、预注浆和加固注浆预注浆和加固注浆治水工程注意的问题：井筒检验孔一定要严格取芯，分层抽水试验，确切了解含水层埋藏深度和厚度、岩性、水量、水质、岩溶裂隙发育情况等，为确定地面预注浆或工作面注浆或壁后注浆等提供地质依据；地面预注浆要有防
25、偏、纠偏、导偏措施，防止钻孔偏离井筒的中心线。,8、注浆堵水材料及典型配比 注浆堵水的材料种类用于注浆堵水的常用材料：单液水泥浆；水泥掺附加剂浆；水泥水玻璃（c-s）双浆液；化学浆（区分为水玻璃类、铬木素类、丙烯酷胺类、眠醛树脂类和聚氛酯类）。,水泥及水泥浆配比,水玻璃及配比 由石英砂和碳酸钠在高温反应下制得，水玻璃的浓度以波美度表示（oBe），通常为5060 oBe，oBe小，胶凝快，oBe大则胶凝慢，用50 oBe的水玻璃与水泥直接拌合可制成数分钟即可凝胶的塑凝胶，粘结能力强，30min即可固化。固化后抗压强度可达6MPa。由水玻璃的浓度可计算其相对密度，它们之间的关系为：相对密度(D)1
26、45/(145-oBe)。双液注浆一般采用3040oBe的水玻璃为好，因此高波美度的水玻璃使用时应加水稀释。水泥、水玻璃双桨液的典型配比浆液的主要性能指标（见下表）。,粘土水泥浆 应用前必须进行物理化学性质测定，测定内容主要包括：pH值、塑性指数、粒度、比表面积、盐基总量、蒙矾石含量、矿物化学成分及含量。按一定比例制成粘土水泥浆后，应测定其密度、粘度、塑性强度、析水率和耐久性，进行必要的可注性和反压试验，其具体方法如下：相对密度：将比重计放入浆液中直接读取刻度数；粘度：用粘度计直接滴定；塑性强度：用圆形试模制成试块，根据稠凝测定仪锥体沉入试块的深度。计算公式：PmKaG/h2其中 Pm塑性强度
27、，g/cm2；G圆锥体装载系统的质量，g；h圆锥体沉入试块的深度，cm；Ka与圆锥体顶角有关的系数，仪器本身标定。折射率：浆液沉缩后析出水分的体积与总体积之比；,耐久性：试块在水中浸泡后观察测定表面有无软化现象和软化厚度；可注性：由设定受注体在试注管内直接加压测定；反压测试：一定裂隙率及其张开度的受注体产生塑性强度后，加压观测结石体的位移情况的试验。当黏土浆视密度为1.15t/m3，每立方米加添加剂25L（一般为水玻璃），添加剂的水泥量为100kg、125kg、150kg时黏土水泥浆的塑性强度（如图）。,骨料 骨料主要指砂子、石粉、石子、锯末等。石粉、锯末悬浮性好，充填时要采取有针对性的措施，
28、往往需要砂浆泵用黏土浆混合搅拌压注。,9、注浆改造技术措施 在煤层底板充水含水层富水性区、强径流带，或煤层底板隔水层存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，疏水降压难度大、不经济，可通过对底板含水层进行注浆改造，改变其富水性，加固底板，封堵水源补给通道，实现安全开采；编制注浆改造工程设计，制定注浆改造和安全技术措施；合理设注浆钻孔，可先进行物探，查明水文地质条件，再根据物探资料合理布设注浆钻孔；地面集中建站、造浆，通过送料孔和井下管路，利用注浆孔向含水层注浆；注浆方式采用全段连续注浆，尽量填实岩溶裂隙和导水通道，注浆要分序次施工；注浆材料以黏土水泥浆为主，并要不断试用其他材料；注浆参数：水灰比、相
29、对密度、泵量视单孔涌水量及岩溶发育情况而定，注浆终孔压力一般不低于孔口水压的2.53.5倍。,10、我国煤矿注浆堵水技术的发展里程及应用实例（1）发展历程 20世纪50年代 20世纪60年代 20世纪70年代 20世纪80年代至今主要应用与以下几个方面：立井筒施工前的店面预注浆，创造有利于井筒开挖的施工条件；立井施工中预留岩柱对充水含水层进行工作面预注浆，既预防突水又可减少涌水量，针对性强；井筒掘彻后的壁后注浆和修补注浆，既可在地面进行，也可以在井筒内进行；斜井和穿层石门等井巷，预留岩柱或砌筑专门水闸或止水垫，对充水含水层或断层破碎带进行预注浆或出水后注浆，预防或治理突水，减少涌水量，并为井巷
30、穿越充水含水层或断层带创造安全条件；,对有强补给水源的突水点注浆堵水，治水复矿，并相应查明突水原因和条件；与疏放水结合，对查明的进水边界或通道，进行帷幕截源注浆，改造自然条件，减少矿井涌水量；有煤层底板突水危险的矿井，对强含水层顶面或夹存于其顶板隔水层内的弱含水层进行改造加固注浆，使其变为相对隔水层，以减少突水几率和突水量；对导水钻孔进行地面启封注浆或井下注浆；对导水陷落柱或其他垂直导水通道，进行针对性注浆。,（2）注浆堵水应用实例注浆堵水应用实例一 1969年6月29日，山东肥城矿务局大封矿9204采煤工作面发生了1628m3/h（27.13m3/min）的大型底板突水事故，突水点距落差23
31、m的断层6m，该断层斜角62o，走向46o，倾向SE，突水后13天，距突水点1380m的奥陶系灰岩孔水位由+56.07m下降为+52.21m，突水点中心的本溪统五灰灰岩的地下水水位由+56m下降为-23m，距出水点20m的2号奥陶系灰岩孔水位由+56m下降为+40m。渗流场的动态变化证明水五灰突出，奥灰补给，突水点周围五灰的水力坡度为0.370.86。实测突水点流速3168m/d。,堵水过程中共打9个注浆钻孔，离突水点远的孔，注浆量很少即报废，3、4号孔离突水点较近，注了大量水泥，初步起了点作用，减少水量428m3/h，但不能有效解决问题。分析其原因，注浆位置可能是非主要导水通道，裂隙断面有限
32、，注浓浆或双液浆易于起压，注中等浓度的单浆液进量也只能是200300t/min，而出水点主通道的水量是27.13m3/min，浆液进入其中很快稀释，不可能堵住主通道，只能堵局部的小裂隙通道，因而用料不少，作用有限。6、7号孔打在五与断层交面部位的破碎带上，正是出水点的主通道，这时注入多少水泥浆跑出多少水泥浆，注双液浆也同样，只好改注砂子。经过对7号孔注砂（粒径525mm，由细粒试探着逐渐加用粗砂），结果只注砂96.46m3，水量即由每小时1170m3减为692m3，紧接着注凝胶时间为530s的双液浆84.38m3，水量减为5.6m3/h，一个7号孔决定了胜负。,注浆堵水应用实例二 1989年2
33、月3日山东淄博矿务局寨里煤矿的北大井，在9100辅助下山10102采煤工作面发生了突水量达422.5m3/h的煤层底板突水事故。距突水点100m的奥灰4号观测孔水位立即由+14.77m下降为-90.53m，证明是奥灰直接突水。为防止水量继续增大，决定立即从地面抢险注浆堵水，首先针对出水点不了一个钻孔，孔深435m，在十层煤底板以下16.5m，即见奥灰断层破碎带，进浆很容易，但不跑浆，经过适当间歇，快速集中注单液浓浆436.2t水泥，井下出水点水量全部消失，堵水效果100，一个注浆钻孔解决了问题。分析此次注浆堵水之所以能只用一个钻孔，在动水条件下没跑浆，且仅用436t水泥就堵住一个奥灰突水点，其
34、主要原因是：针对突水点，注浆孔直接命中了导水的主要通道；主导水通道就是奥灰断层破碎带，空洞大，水泥浆运移阻力较小，向出水点跑浆说明裂隙有阻力，适当间歇注浆后，裂隙就堵住了，因而不向采空区跑浆；针对十层煤底板出水的破碎裂隙，注浆孔已在底板以下6.22m下108套管加以隔离，并已注双液浆固结，创造了密封浆的良好条件。,注浆堵水应用实例三 山东济南章丘文祖煤矿三号井与1990年8月8日在-15m水平的南大巷掘进时遇断层，奥灰突水1082m3/h。综合分析，此次突水具有这对出水点进行封堵巷道的条件。设计针对出水点首先打一个命中巷道的堵水孔，对巷道充填砂和石子，形成阻水段，降低水的流速且减少跑浆；在打第
35、二个孔，对断层带加固注浆，封堵突水主通道。由于测绘资料准确，防偏措施得力，第一孔迅速命中了巷道，这一命中巷道的孔正位于巷道冒顶0.59m高的一个段位上，故能有效保证砂、石骨料充填足顶足帮，解决了封顶时断面小流速大、保留死角无法充实的问题。在充填骨料305.9m3后，突水量立即明显减少。然后，用插入旋喷法对砂石骨料进行固结注浆，发现浆液主要不是向外流失，而是向出水点断层带方向充填。,分析原因：动水条件下充填的骨料，主要是向流水方向展布，分析计算的砂石阻水段在钻孔外侧的巷道内已达32m，在钻孔内侧不足2m，且是上窄下宽的锥形体，钻孔注入的浆液，向外是沿骨料的空隙渗流，向内（即出水点方向）是无法阻碍
36、的直接充填，强行大量快速注单液浆，仅用水泥188t就将薛辽头出水点封堵固结，附近一些断层裂隙渗水点也随之消失，说明不仅固结了巷道，突水巷道（断层破碎带）也已进浆充填固结了。这也是仅用一个钻孔就完成了注浆堵水任务的又一个成功范例。动水注浆防止浆液流失，这时注浆堵水工作中的一个难题，以下面一个实际工程为例，加以说明。,注浆堵水应用实例四 山东枣庄矿务局黄贝井，厚为4.215.38m的太原统第十层灰岩，F1断层的错动位移使其与奥灰直接对接，外围的奥灰水通过第10层薄层灰岩含水层进入矿井，加大了采区的涌水总量。但与此同时，接受奥灰水补给的陈郝泉流量也随之减少，影响了24000余人的供水。1973年3月
37、14日至8月30日，对第10层薄层灰岩含水层进行了帷幕注浆，帷幕线总长460m，共打孔46个，孔深21.8130.48m。帷幕截流后，矿井涌水量减少了3m3/min，奥灰泉泉流量得以恢复，起到了治理水害、保护当地水资源和生态环境之目的。,注浆堵水应用实例五 山东新汶矿务局协庄煤矿，厚510m的太原统第4层灰岩是13号煤的直接顶板，也是15号煤的基本顶（间距1315m)、11号煤的基本底（间距30m)。该薄层灰岩含水层岩溶发育，富水性好，并且接受小汶河河流沙层孔隙水的充沛补给，直接影响到11、13、15三层煤的安全开采。对此，为了彻底解除水患，该矿利用F6和F13两条隔水边界，沿4灰+125m的
38、等高线进行了走向帷幕截流堵水实践，帷幕线总长3200m，孔深3040m，孔间距15m，加密处为7.5m。沿帷幕线地面铺轨，沿轨道安装可移动的300m钻机施工，并且建造了集中造浆注浆站，以便可以快速钻进和注浆，这个工程取得了良好效果。不仅在没有发生突水灾害，矿井涌水量也由17m3/min降为8m3/min，帷幕内4灰含水层地下水已被疏干，帷幕外小汶河河流砂层水位明显上升恢复。,含水层改造与隔水层加固技术实例 山东肥城矿区是应用这项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在，已经局部注浆和整体注浆改造九、十层煤采煤工作面23个，安全采出原煤152.32万吨。杨庄矿9507采煤工作面当回采到-33m水平时，底板出水，相距230m的9505采空区出水约10m3/h，经过在五灰充水含水层打孔注浆后，工作面面上水量消失，采空区水量仅剩2m3/h（见图）。,某煤矿注浆改造煤层底板薄层灰岩示意图,谢 谢！,
