煤矿注浆堵水技术

1、 二二O一一O年五月年五月 煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院 主要内容主要内容 v1 概述概述 v1.1 基本概念基本概念 v1.2 注浆分类注浆分类 v1.3 注浆材料注浆材料 v2 注浆在煤矿中的应用注浆在煤矿中的应用 v3 注浆堵水方案注浆堵水方案 v4 注浆工程设计注浆工程设计 v5 东庞矿东庞矿“4.12”突水灾害治理突水灾害治理 v5.1过水巷道封堵技术过水巷道封堵技术 v5.2 陷落柱封堵技术陷落柱封堵技术 1.1、注浆的基本概念、注浆的基本概念 v 注浆也称灌浆，就是将具有胶凝性的浆注浆也称灌浆，就是将具有胶凝性的浆 液或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借液

2、或化学溶液，按照规定的配比或浓度，借 用注浆设备或浆液自重对之施加压力，通过用注浆设备或浆液自重对之施加压力，通过 钻孔输送到受注层段中的一种施工技术。其钻孔输送到受注层段中的一种施工技术。其 实质是使浆液在受注层中渗透、扩散、充填实质是使浆液在受注层中渗透、扩散、充填， 经过一定时间后凝固和硬化，从而达到加固经过一定时间后凝固和硬化，从而达到加固 受注层和抗渗防水的目的受注层和抗渗防水的目的。 1 1 概述概述 1.2、注浆的分类、注浆的分类 1 1 概述概述 按注浆材料：按注浆材料：水泥单液浆，水泥水泥单液浆，水泥- -水玻璃双液浆，水玻璃双液浆， 水泥水泥- -粘土（粉煤灰、沙子）混合浆

3、，化学浆液。粘土（粉煤灰、沙子）混合浆，化学浆液。 按水动力条件：按水动力条件：静水注浆，动水注浆。静水注浆，动水注浆。 按工程目的：按工程目的：帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水，帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水， 井筒预注浆，管棚支护注浆。井筒预注浆，管棚支护注浆。 按注浆工艺：按注浆工艺：旋喷注浆，孔口静压注浆，孔内旋喷注浆，孔口静压注浆，孔内 止浆注浆。止浆注浆。 按突水构造：按突水构造：断层注浆，裂隙注浆，陷落柱注断层注浆，裂隙注浆，陷落柱注 浆浆 1.3 注浆材料注浆材料 1 1 概述概述 固固 粒粒 灌浆材料灌浆材料 水水 泥泥 水玻璃水玻璃 粉煤灰粉煤灰 粘粘 土土 骨骨 料料 Na2C

4、O3nSiO2 作为速凝剂或双液浆 与水泥浆配合使用 适用于裂隙、孔隙与岩溶类受注层。具有 结石强度高，性能稳定，来源广泛的特点。 裂隙宽度不下于3 5倍的水泥颗粒直径 （普通硅酸盐水泥3080m） 满足水工混凝土掺用粉煤灰技术 规范，其细度应不小于水泥细度。 水泥代用材料，不同的工程目的对粘 土性能指标（塑性指数、粘粒含量、 粉粒含量、含沙量等）有不同的要求 砾石、沙子等，适用于大空洞充填 化学浆材化学浆材 真溶液浆材，具有粘度低、可灌性好、胶凝时间 易于控制的特点。适用于井巷工程小型裂隙与 微孔隙含水层注浆（丙烯酰胺类浆液）。 2 注浆在煤矿中的应用注浆在煤矿中的应用 预注浆工程预注浆工程

5、注浆堵水工程注浆堵水工程特殊注浆工程特殊注浆工程 井筒预注浆井筒预注浆 工作面注浆改造工作面注浆改造 帷幕注浆帷幕注浆 导水构造的预注浆处理导水构造的预注浆处理 巷道封堵工程巷道封堵工程 突水构造封堵突水构造封堵 突水水源封堵突水水源封堵 管棚支护注浆管棚支护注浆 防灭火注浆防灭火注浆 充填注浆充填注浆 3 注浆堵水方案注浆堵水方案 v选择堵水方案应考虑的因素选择堵水方案应考虑的因素 v1）突水水文地质条件。水源、突水构造的类型、突水方式）突水水文地质条件。水源、突水构造的类型、突水方式 ，井下与地面施工条件等。，井下与地面施工条件等。 v2）矿井受淹状况与施工条件。淹巷道、工作面，还是淹水）

6、矿井受淹状况与施工条件。淹巷道、工作面，还是淹水 平、或是整个矿井，地面与井下的施工条件等。平、或是整个矿井，地面与井下的施工条件等。 v3）本次突水与矿井今后防治水工作和煤炭生产接续的关系）本次突水与矿井今后防治水工作和煤炭生产接续的关系 。 v4）不同方案的工期与工程造价因素）不同方案的工期与工程造价因素 4 注浆工程设计注浆工程设计 钻孔设计钻孔设计注浆工艺设计注浆工艺设计质量检查与效果检验质量检查与效果检验 钻孔布置钻孔布置 钻孔结构钻孔结构 钻孔技术要求钻孔技术要求 注浆层段与注浆方式注浆层段与注浆方式 注浆工艺控制注浆工艺控制 注浆结束标准注浆结束标准 工序检查工序检查 钻孔检查钻

7、孔检查 物探检查物探检查 堵水效果堵水效果 工程设计应遵循的原则工程设计应遵循的原则 v1）先探后治，探治结合）先探后治，探治结合 v2）动态设计）动态设计 v3）分序次施工）分序次施工 v4）注浆工艺科学合理）注浆工艺科学合理 v (1) 先骨料、后浆液先骨料、后浆液; v (2) 动水注骨料、静水注浆动水注骨料、静水注浆; v (3) 注浆时间小于浆液凝固时间相适应注浆时间小于浆液凝固时间相适应 v (4) 注浆强度与受注层吸浆量相匹配注浆强度与受注层吸浆量相匹配 4 4 工程设计工程设计 5 5 东庞矿东庞矿“4.124.12”突水灾害治理突水灾害治理 v项目背景项目背景 v“4.12”

8、突水灾害突水灾害 1）水源：）水源：奥陶系强岩溶含水层奥陶系强岩溶含水层 2）水量：）水量：出水后出水后3h水量就增加水量就增加10000m3/h 以上，出水后以上，出水后9h水量增加到最大水水量增加到最大水70000m3/h 3）通道：）通道：隐伏导水陷落柱隐伏导水陷落柱 4）其他：）其他：总涌水量约总涌水量约1000万万m3 ，奥灰含，奥灰含 水层内影响半径达水层内影响半径达30Km 总体方案总体方案 阶阶 段段一期治理工程一期治理工程二期治理工程二期治理工程 方方 案案 过水巷道封堵工程过水巷道封堵工程突水陷落柱治理工程突水陷落柱治理工程 目目 标标 尽快恢复生产尽快恢复生产 同时探查陷

9、落柱同时探查陷落柱 根治水患根治水患 避免陷落柱二次突水避免陷落柱二次突水 实施实施 情况情况 20032003年年4 4月开工，同年月开工，同年9 9月月 完成，矿井已恢复正常生完成，矿井已恢复正常生 产产 20062006年年4 4月开工，月开工，20072007年年5 5 月月2929日完成日完成 项目概况项目概况 H23 -485.4 苹 96.3 95.9 95.7 96.3 96.7 96.5 96.6 97.8 95.8 95.8 95.8 96.1 H23 A47 -485.35 -454.7 H=1.5m T1 T1-2 T2 突水点 见漏-300 2煤-472 见柱-400

10、 见漏-300 见柱-330 见漏-300 见柱-344 2煤-470 征地边界 施工便道 骨 料 堆 放 场 Z1 监2 -485 -490 -495 -465 -470 -475 -480 -460 见柱-240 全漏-229 Z2 Z3 Z5 Z4 Z2 T1-1 610m 659m 613m 640m Z5 5.1 5.1 过水巷道封堵技术过水巷道封堵技术 快快 速速 定定 向向 钻钻 进进 骨骨 料料 灌灌 注注 阻阻 水水 墙墙 建建 造造 旋喷注浆旋喷注浆 充填注浆充填注浆 升压注浆升压注浆 引流注浆引流注浆 快速定向钻进快速定向钻进 1）技术要求：）技术要求：钻孔须在垂深钻孔须

11、在垂深586m处透巷，透巷水平位处透巷，透巷水平位 移不得大于移不得大于1m，偏斜精度达，偏斜精度达1.72 2）钻探工艺：）钻探工艺： （1）T685WS车载顶驱钻机，灵活机动车载顶驱钻机，灵活机动 （2） 复合钻进技术纠偏复合钻进技术纠偏 PDC(钻头钻头)+197mm(双扶双扶)单弯螺杆单弯螺杆(0.5)+ 203.2mm无磁钻铤无磁钻铤+203.2 mm普通钻铤普通钻铤+178 mm 普通钻铤普通钻铤6+114 mm钻杆钻杆 3）钻进效率：）钻进效率：平均每孔平均每孔12天，最快达到天，最快达到100m/天天 4）钻探成果：）钻探成果：7个钻孔命中巷道个钻孔命中巷道 5.1巷道封堵巷道

12、封堵 动水骨料灌注动水骨料灌注 1 施工条件：施工条件：高水压高水压5.46MPa ,动水条件，煤层巷道，动水条件，煤层巷道， 巷内空高巷内空高1.5m左右，巷内动水流速约左右，巷内动水流速约300-350m/h 。 2 灌注工艺灌注工艺 1）灌注方法：）灌注方法：水力射流，孔口密闭、砂石自重连续水力射流，孔口密闭、砂石自重连续 灌注法灌注法 ，定期下钻具透扫骨料。，定期下钻具透扫骨料。 2）骨料级配：）骨料级配：骨料分细纱和石子两类骨料分细纱和石子两类 级配：河沙级配：河沙:小石子小石子: 中石子中石子:大石子大石子=1:1:2:1 3）水固比）水固比 ：6:1-10:1 4）灌注结束标准）

13、灌注结束标准 ：骨料堆积到巷顶经多次下钻冲扫骨料堆积到巷顶经多次下钻冲扫 仍不能进入巷道且经注（压）水试验，仍不能进入巷道且经注（压）水试验，q值已降到值已降到 1.0L/min.m以下时此孔灌注骨料工作结束以下时此孔灌注骨料工作结束 5.1巷道封堵巷道封堵 灌注骨料成果汇总表 孔孔 号号 灌注量灌注量 (m3) 灌前空顶灌前空顶 高度高度(m) 水位水位(m) 水位上水位上 升值升值(m) 施施 工工 时时 间间 注前注前注后注后 G3260.75-5.1+4.798.892003年年6月月5日日 G625141.6-83.1+11.0994.192003年年5月月106月月8 G76540

14、.90-19.68+63.1682.842003年年7月月137月月17 G811491.30-93.89-28.2765.622003年年5月月225月月30 合计合计4343 5.1巷道封堵巷道封堵 阻水墙的建造阻水墙的建造 v第一阶段，旋喷注浆：第一阶段，旋喷注浆：首先选择首先选择3 3个钻孔进行旋喷注浆施工，个钻孔进行旋喷注浆施工， 通过注入高压水泥浆液流，强行切割周围骨料，使水泥浆液通过注入高压水泥浆液流，强行切割周围骨料，使水泥浆液 与骨料充分混合，形成与骨料充分混合，形成3 3个相对孤立的截断过水断面的砂浆或个相对孤立的截断过水断面的砂浆或 混凝土结石体。混凝土结石体。 v第二阶

15、段，充填注浆：第二阶段，充填注浆：在旋喷注浆孔之间进行充填注浆，将在旋喷注浆孔之间进行充填注浆，将 旋喷结石体之间的空隙充填，形成一个整体的、连续的阻水旋喷结石体之间的空隙充填，形成一个整体的、连续的阻水 墙。墙。 v第三阶段，升压注浆：第三阶段，升压注浆：主要对阻水墙与顶底板岩石的接缝，主要对阻水墙与顶底板岩石的接缝， 以及岩石裂隙进行注浆加固，一方面增强阻水墙与围岩粘接以及岩石裂隙进行注浆加固，一方面增强阻水墙与围岩粘接 力，提高抗挤出与抗水流冲刷能力。另一方面，注浆封堵了力，提高抗挤出与抗水流冲刷能力。另一方面，注浆封堵了 顶底板裂隙，可以防止突水绕流。另外，通过高压注浆提高顶底板裂隙，

16、可以防止突水绕流。另外，通过高压注浆提高 阻水墙体的强度与抗渗透能力，封堵薄弱带的过水通道阻水墙体的强度与抗渗透能力，封堵薄弱带的过水通道 v第四阶段，引流注浆：第四阶段，引流注浆：在工程后期矿井完全淹没、阻水墙基在工程后期矿井完全淹没、阻水墙基 本形成情况下，井下突水基本为静水状态。为了检验堵水效本形成情况下，井下突水基本为静水状态。为了检验堵水效 果，封堵残留小的过水通道，在矿井试验排水期间，利用果，封堵残留小的过水通道，在矿井试验排水期间，利用G2G2 孔进行注浆，对出水口附近进行注浆封堵。孔进行注浆，对出水口附近进行注浆封堵。 5.1巷道封堵巷道封堵 堵水效果堵水效果 v125125天

17、一期工程完工，天一期工程完工，225225天矿井全面恢复生天矿井全面恢复生 产。产。 v矿井排水复矿后，残余涌水量由初始的矿井排水复矿后，残余涌水量由初始的 170m170m3 3/h/h，逐渐衰减为零，逐渐衰减为零，堵水率达到堵水率达到100%100%。 5.1巷道封堵巷道封堵 陷落柱治理的必要性陷落柱治理的必要性 v1 1）陷落柱从奥灰顶界面的）陷落柱从奥灰顶界面的-690m-690m水平一直发育到上石盒子下段的水平一直发育到上石盒子下段的- - 240.61m240.61m水平，垂直高度达水平，垂直高度达450m450m，它穿透了大青、野青及，它穿透了大青、野青及9 9煤、煤、2 2煤顶

18、板砂煤顶板砂 岩含水层，并成为以上含水层的强大补给水源，如不进行陷落柱治理，岩含水层，并成为以上含水层的强大补给水源，如不进行陷落柱治理， 在这些含水层中井巷工程一旦揭露与陷落柱有联系的导水裂隙时，则会在这些含水层中井巷工程一旦揭露与陷落柱有联系的导水裂隙时，则会 发生突水，不仅增加了矿井涌水量，而且威胁着发生突水，不仅增加了矿井涌水量，而且威胁着2 2煤、煤、9 9煤的安全开采。煤的安全开采。 v2 2）突水后陷落柱内大量的充填物被高压水冲出堆积在巷道，扩大了陷落）突水后陷落柱内大量的充填物被高压水冲出堆积在巷道，扩大了陷落 柱空洞裂隙的体积，破坏了原有的平衡状态，使陷落柱周边岩体存在再柱空

19、洞裂隙的体积，破坏了原有的平衡状态，使陷落柱周边岩体存在再 次塌落的可能，特别是煤层强度低、结构疏松，更容易发生坍塌。因此次塌落的可能，特别是煤层强度低、结构疏松，更容易发生坍塌。因此 ，如不进行陷落柱治理，如不进行陷落柱治理，2 2煤煤柱的塌落使煤柱厚度变薄，陷落柱二次突煤煤柱的塌落使煤柱厚度变薄，陷落柱二次突 水的危险性进一步增大。水的危险性进一步增大。 v3 3）注浆封堵陷落柱，切断奥灰水的补给通道，降低柱内水压，可以减少）注浆封堵陷落柱，切断奥灰水的补给通道，降低柱内水压，可以减少 陷落柱四周煤柱的留设厚度，解放部分煤炭资源。陷落柱四周煤柱的留设厚度，解放部分煤炭资源。 陷落柱治理方案

20、陷落柱治理方案 v 在陷落柱探查的基础之上，封堵工程的核心就在陷落柱探查的基础之上，封堵工程的核心就 是在陷落柱的预定位置建造是在陷落柱的预定位置建造“堵水塞堵水塞”，以切断陷，以切断陷 落柱突水通道。其施工方案是采用以地面施工为主落柱突水通道。其施工方案是采用以地面施工为主 、井下施工为辅的井上下相结合的综合治理方案。、井下施工为辅的井上下相结合的综合治理方案。 一方面，在地面打钻施工注浆孔、监测孔，通过灌一方面，在地面打钻施工注浆孔、监测孔，通过灌 注骨料、浆液封堵注骨料、浆液封堵“堵水塞堵水塞”段的陷落柱体及其四段的陷落柱体及其四 周导水裂隙带，截断奥灰水的补给通道；另一方面周导水裂隙带

21、，截断奥灰水的补给通道；另一方面 ，在井下施工定向放水钻孔，通过放水试验定量评，在井下施工定向放水钻孔，通过放水试验定量评 价堵水效果。价堵水效果。 另外，对陷落柱上部空洞进行骨料充填，防止另外，对陷落柱上部空洞进行骨料充填，防止 陷落柱进一步向上发育，沟通第四系水源。陷落柱进一步向上发育，沟通第四系水源。 5.2陷落柱治理陷落柱治理 B-B剖面图剖面图 - 6 8 0 - 6 7 0 - 6 6 0 - 6 5 0 - 6 4 0 - 6 3 0 - 6 2 0 - 6 1 0 - 6 0 0 - 5 9 0 - 5 8 0 - 5 7 0 - 5 6 0 - 5 5 0 - 5 4 0 -

22、 5 3 0 - 5 2 0 - 5 1 0 - 5 0 0 - 4 9 0 - 4 8 0 - 4 7 0 - 4 6 0 - 4 5 0 - 4 4 0 - 4 3 0 - 4 2 0 - 4 1 0 - 4 0 0 - 3 9 0 - 3 8 0 - 3 7 0 - 3 6 0 - 3 5 0 - 3 4 0 - 3 3 0 - 3 2 0 - 3 1 0 - 3 0 0 - 6 9 0 - 7 0 0 上 石 盒 子 底 界 2煤 9煤 奥 灰 顶 界 - 2 4 0 . 6 1 m 陷 落 柱 顶 界 - 3 2 1 . 3 7 m 陷 落 柱 空 腔 底 部 堵 水 塞 + 9 6

23、 m 监 2 孔Z3 - 2 孔Z2 - 3 孔 治理技术治理技术 -680 -670 -660 -650 -640 -630 -620 -610 -600 -590 -580 -570 -560 -550 -540 -530 -520 -510 -500 -490 -480 -470 -460 -450 -440 -430 -420 -410 -400 -390 -380 -370 -360 -350 -340 -330 -320 -310 -300 -690 -700 -480大巷 -473.8 放1孔至陷落柱水平距离 304m 25.9 35.85 2901采空区 堵水塞 上石盒子底界

24、2煤 9煤 奥灰顶界 -321.37m陷落柱空腔底部 2903陷落柱放陷落柱放1孔剖面图孔剖面图 治理技术治理技术 2.1 技术方案技术方案 突水陷落柱封堵技术 定定 向向 分分 支支 钻钻 孔孔 骨骨 料料 灌灌 注注 阻阻 水水 塞塞 建建 造造 充填注浆充填注浆 升压注浆升压注浆 引流注浆引流注浆 加固注浆加固注浆 质量综合评价质量综合评价 工序检查工序检查 钻孔取芯钻孔取芯 压水试验压水试验 物探检测物探检测 放水试验放水试验 5.2陷落柱治理陷落柱治理 定向分支钻孔定向分支钻孔 v二期工程共施工注浆孔二期工程共施工注浆孔6个，定向分支钻孔个，定向分支钻孔20 个；质检孔个；质检孔2个

25、；骨料孔个；骨料孔2个；放水孔个；放水孔1个，总个，总 进尺进尺8788.23m。从钻孔施工结果来看，除。从钻孔施工结果来看，除Z5- 2孔因孔内事故未达到设计深度外，其余钻孔孔因孔内事故未达到设计深度外，其余钻孔 均按设计要求施工至目的层位，钻孔各项参均按设计要求施工至目的层位，钻孔各项参 数如偏斜方位、偏斜角等均符合设计要求数如偏斜方位、偏斜角等均符合设计要求 5.2陷落柱治理陷落柱治理 钻孔对堵水塞段的控制钻孔对堵水塞段的控制 参数参数一序孔一序孔二序孔二序孔三序孔三序孔 钻孔控制密度钻孔控制密度 （m2 /孔）孔） 钻孔数钻孔数655 241 控制半径（控制半径（m）14.310.68

26、.8 钻孔间距钻孔间距 （平面投影（平面投影m） 9.5308245.217 备注备注陷落柱注浆控制面积：陷落柱注浆控制面积：3546m2 5.2陷落柱治理陷落柱治理 陷落柱发育特征参数陷落柱发育特征参数 陷陷 落落 层层 位位 长轴方向长轴方向 (m) 短轴方向短轴方向 (m) 长轴长度长轴长度 (m) 短轴长度短轴长度(m) 周长周长 (m) 截面积截面积 (m2) 陷落高度陷落高度 (m) 上部上部 陷落柱空洞陷落柱空洞 NWNE4425111775 -240.61 上石盒子组上石盒子组 底界底界 NWNE52331391258 2#煤层煤层NWNE72412041929 9#煤层煤层N

27、WNE80442342624 奥奥 灰灰 顶顶 界界 NWNE89532583508 堵水塞段堵水塞段NWNE80/9241/492289/3546 “阻水塞”段注浆孔平面投影图 5.2陷落柱治理陷落柱治理 注浆钻孔注浆钻孔 东北等轴测图东北等轴测图 5.2陷落柱治理陷落柱治理 陷落柱阻水塞建造工艺陷落柱阻水塞建造工艺 阶段阶段 充填注浆充填注浆 升压注浆升压注浆 引流注浆引流注浆 加固注浆加固注浆 钻孔钻孔一序孔初期一序孔初期 一序孔中后期一序孔中后期 二、三序前期二、三序前期 三序孔后期三序孔后期 二、三序孔后期，二、三序孔后期， 质检孔质检孔 浆液浆液 类型类型 水灰比水灰比0.8:10

28、.8:1、1:11:1，加，加 早强剂早强剂 1:11:1的早强浆液为主的早强浆液为主 1:11:1的纯水泥浆液的纯水泥浆液 为主为主 1.3:11.3:1、1:11:1的纯水的纯水 泥浆液为主泥浆液为主 注浆注浆 条件条件 静水静水 无压无压 定量定量200-240m200-240m3 3 注浆时间注浆时间12-1512-15小时小时 静水，注前压水逐渐升静水，注前压水逐渐升 压压 定量定量130-150m130-150m3 3 注浆时间注浆时间10-1210-12小时小时 动水动水 孔口显压控孔口显压控 制定量制定量60-80m60-80m3 3 注浆时间注浆时间5-65-6小时小时 孔口

29、压力孔口压力 2MPa2MPa 定量定量80-100m80-100m3 3 注浆时间注浆时间6-86-8小时小时 目标目标 充填大裂隙、大通道充填大裂隙、大通道 封堵主要过水通道，构封堵主要过水通道，构 筑堵水塞主体构架筑堵水塞主体构架 封堵较大裂隙、溶隙封堵较大裂隙、溶隙 巩固前期效果巩固前期效果 封堵小裂隙通道，封堵小裂隙通道， 进一步减少水量进一步减少水量 封堵残留微小裂隙封堵残留微小裂隙 （孔隙）及边缘裂（孔隙）及边缘裂 隙，加强堵水塞封隙，加强堵水塞封 堵效果堵效果 5.2陷落柱治理陷落柱治理 质量检查质量检查 v钻孔取芯 5.2陷落柱治理陷落柱治理 Z4-检检1孔岩芯图片（孔岩芯图

30、片（704m） 治理技术治理技术 压水试验压水试验 孔号孔号试验层位试验层位 压水量压水量 （L/min) 受注段长受注段长 (m) 孔口孔口 压力压力 (Mpa) 吸水率吸水率 (L/min.m.m) Z4-检检1 610m351304.10.00057 664m601843.60.00078 742m352622.00.00051 Z3-检检2 610m1061302.10.00302 664m1061841.60.00262 742m1672621.00.00398 742m352623.80.00030 5.2陷落柱治理陷落柱治理 堵水效果堵水效果放水试验放水试验 1) 残余补给量残余

31、补给量2.24m3/h 2) 水质化验结果显示，未有奥灰水参与水质化验结果显示，未有奥灰水参与 3) 水位动态表明，本次放水与奥灰水没有关水位动态表明，本次放水与奥灰水没有关 联联 结论：结论： 堵水塞已成功切断了陷落柱的奥灰水补给通堵水塞已成功切断了陷落柱的奥灰水补给通 道，从而根除了隐患。道，从而根除了隐患。 5.2陷落柱治理陷落柱治理 2.1.3 2.1.3 综合注浆法建造阻水墙综合注浆法建造阻水墙 v2 旋喷注浆旋喷注浆 v1）钻孔）钻孔：G8、G7、G3、G6 v2）注浆材料）注浆材料：42.5#普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 ，早强剂为三乙醇胺和食盐，早强剂为三乙醇胺和食盐 v3）工

32、艺参数）工艺参数 v 浆液配方：水灰比控制在浆液配方：水灰比控制在0.60.7，浆液比重，浆液比重1.61.8，可加入水泥量，可加入水泥量0.03- 0.05%的三乙醇胺和的三乙醇胺和0.3-0.5%的食盐。的食盐。 v 喷浆压力：喷浆压力：1015MPa v 喷体结构：喷嘴直径为喷体结构：喷嘴直径为34mm，三喷嘴型，三喷嘴型 v 旋喷注浆泵：旋喷注浆泵：LM-500/22型泥浆泵型泥浆泵 v4）旋喷注浆施工工艺流程）旋喷注浆施工工艺流程 v 单位吸水率即单位吸水率即q值已降到值已降到1（L/min.m）以下时，即可下入三孔射流旋喷钻）以下时，即可下入三孔射流旋喷钻 头，采用水泥浆喷射自上而

33、下射流搅拌至孔底（低于巷底的深度），然后再由头，采用水泥浆喷射自上而下射流搅拌至孔底（低于巷底的深度），然后再由 下而上一边提升、一边旋转喷射至巷道顶以上的钻孔内；下而上一边提升、一边旋转喷射至巷道顶以上的钻孔内； v 水泥凝固水泥凝固68小时后，扫孔到底，进行第二次旋喷，如此反复多次，直到孔小时后，扫孔到底，进行第二次旋喷，如此反复多次，直到孔 口返浆为止。口返浆为止。 v 待凝待凝48小时后，经用筒状钻头取芯，若取芯砼密实完整，说明旋喷效果好，小时后，经用筒状钻头取芯，若取芯砼密实完整，说明旋喷效果好， 否则，下钻具重复旋喷注浆，直到岩芯完整，且钻孔吸水率达到设计要求。否则，下钻具重复旋喷

34、注浆，直到岩芯完整，且钻孔吸水率达到设计要求。 治理技术治理技术 2.1.3 2.1.3 综合注浆法建造阻水墙综合注浆法建造阻水墙 v3 充填注浆工艺充填注浆工艺 v1）充填注浆参数及工艺流程）充填注浆参数及工艺流程 v（1） 注前压水注前压水 v（2）制浆：）制浆：浆液比重控制在浆液比重控制在1.61.7g/cm3之间，制浆能力之间，制浆能力 3660m3/h。 v（3）注浆：）注浆：充填注浆的从排量充填注浆的从排量400L/min、比重、比重 1.7g/cm3 注起。注起。 充填注浆阶段的初期主要以单孔大浆量注浆法和多孔大浆量联充填注浆阶段的初期主要以单孔大浆量注浆法和多孔大浆量联 合注浆

35、法为主，在注浆的同时及时其他注浆孔、主井和奥灰孔合注浆法为主，在注浆的同时及时其他注浆孔、主井和奥灰孔 水位动态，分析注浆效果，如注浆效果好，则连续注浆，否则，水位动态，分析注浆效果，如注浆效果好，则连续注浆，否则， 采用多孔间歇交替注浆法，以防止浆液大量流失。在充填注浆采用多孔间歇交替注浆法，以防止浆液大量流失。在充填注浆 阶段的后期，过水通道断面大幅缩减后，采用单孔小浆量间歇阶段的后期，过水通道断面大幅缩减后，采用单孔小浆量间歇 注浆法。注浆法。 v（4） 停止注浆停止注浆 v：压清水经泵冲洗管路并将水压入孔中。：压清水经泵冲洗管路并将水压入孔中。 v：待孔口压力归零后，方可拆开孔口注浆栓

36、。：待孔口压力归零后，方可拆开孔口注浆栓。 v:下钻具透孔至原孔深，以便下次再注，中间托钻记录深度。下钻具透孔至原孔深，以便下次再注，中间托钻记录深度。 治理技术治理技术 2.1.3 2.1.3 综合注浆法建造阻水墙综合注浆法建造阻水墙 v4 4 升压注浆升压注浆 v1 1）受注层：）受注层：巷道顶板裂隙岩体、巷道、巷道底板巷道顶板裂隙岩体、巷道、巷道底板 裂隙岩体裂隙岩体 v2 2）注浆方式：）注浆方式：下行分段式注浆，终孔层位为下行分段式注浆，终孔层位为2#2#煤煤 层的底板以下层的底板以下10m10m，逐段进行反复的封堵加固。主，逐段进行反复的封堵加固。主 要采用单孔注浆，但在压水和注浆

37、过程中若发现与要采用单孔注浆，但在压水和注浆过程中若发现与 有的钻孔串通，应改为双孔联合注浆。有的钻孔串通，应改为双孔联合注浆。 v3 3）注浆参数：）注浆参数：浆液的比重一般为浆液的比重一般为1.5-1.751.5-1.75。 v4 4）结束标准：）结束标准：待巷底总压至待巷底总压至10MPa10MPa（2 2倍水头），倍水头）， 孔口压力达到孔口压力达到5MPa5MPa左右，稳压左右，稳压3030分钟以上，吸浆量分钟以上，吸浆量 在在50L/min50L/min以下，扫孔到巷底以下以下，扫孔到巷底以下10m10m处，经压水试处，经压水试 验验q q值不大于值不大于0.01L/min.m0.

38、01L/min.m时结束。时结束。 治理技术治理技术 2.1.3 2.1.3 综合注浆法建造阻水墙综合注浆法建造阻水墙 v5 引流注浆引流注浆 v1）应用条件：）应用条件：主要过水通道被封堵后；主要过水通道被封堵后； v2）实施方案：）实施方案：在矿井主副井或突水点附近进行引流排水，使静水条件变成在矿井主副井或突水点附近进行引流排水，使静水条件变成 动水条件，排水量为动水条件，排水量为7000m3/h ； v3）目的：）目的：过水通道的细小裂隙、薄弱带进行再加固，进一步减少出水量，过水通道的细小裂隙、薄弱带进行再加固，进一步减少出水量， 同时，向来水方向逆流压注，并通过陷落柱进一步向被陷落柱贯

39、穿的各含同时，向来水方向逆流压注，并通过陷落柱进一步向被陷落柱贯穿的各含 水层及其导水系统进行注浆封水；水层及其导水系统进行注浆封水； v4）引流钻孔：）引流钻孔：靠近突水点的靠近突水点的G2孔，借助堵水段内外的水头差进行引流注孔，借助堵水段内外的水头差进行引流注 浆；浆； v5）施工情况：）施工情况：从从8月月16日开始到日开始到9月月22日结束，实际上大部分浆液当时已很日结束，实际上大部分浆液当时已很 难通过难通过G6 和和G8 孔的孔的“阻力段阻力段”，在注浆工程后期特别是进入升压注浆阶，在注浆工程后期特别是进入升压注浆阶 段以后，段以后，G1孔频繁的窜水窜浆，说明阻水墙已基本形成，浆液

40、通过孔频繁的窜水窜浆，说明阻水墙已基本形成，浆液通过G1孔孔 逆流压注到突水口及陷落柱内。最后逆流压注到突水口及陷落柱内。最后G2孔孔深延伸到孔孔深延伸到596.6m（巷道底板下（巷道底板下 15.6m），全孔注浆），全孔注浆31次，注浆最终压力次，注浆最终压力4.6-6.0MPa，最终浆液比重，最终浆液比重1.65， 结束吸浆量结束吸浆量50L/min。 v这次引流注浆在巷顶以上注浆这次引流注浆在巷顶以上注浆18次、耗用水泥次、耗用水泥5184t，占引流注浆总量的，占引流注浆总量的56. 5%，巷底以下共注入，巷底以下共注入3270t，占引流注浆总量的，占引流注浆总量的35.6%，而巷内仅注

41、入水，而巷内仅注入水 泥泥720吨，占引流注浆总量的吨，占引流注浆总量的7.8%，这一情况表明，本次引流注浆的作用，这一情况表明，本次引流注浆的作用， 实际上已不仅是加固巷内的堵水段，更是通过巷道顶、底板的裂隙进一步实际上已不仅是加固巷内的堵水段，更是通过巷道顶、底板的裂隙进一步 封堵它们与陷落柱之间的水力联系。封堵它们与陷落柱之间的水力联系。 治理技术治理技术 2.2.1 2.2.1 突水陷落柱探查突水陷落柱探查 v1 1 利用三维地震勘探控制突水陷落柱的空间利用三维地震勘探控制突水陷落柱的空间 构造特征构造特征 v2 2 电法探测、电法探测、 V5V5多功能电磁法探测陷落柱的多功能电磁法探

42、测陷落柱的 富水性富水性 v3 3 探查与施工钻孔验证物探成果，进一步查探查与施工钻孔验证物探成果，进一步查 明陷落柱纵向形态特征、上部空洞特征、明陷落柱纵向形态特征、上部空洞特征、 “堵水塞堵水塞”段陷落柱发育特征段陷落柱发育特征2.1 2.1 技术方案技术方案 治理技术治理技术 堵 水 塞 监 2孔 Z1-3孔Z5-2孔 上 石 盒 子 底 界 2煤 9煤 奥 灰 顶 界 -240.61m陷 落 柱 顶 界 -321.37m陷 落 柱 空 腔 底 部 +96m -680 -670 -660 -650 -640 -630 -620 -610 -600 -590 -580 -570 -560

43、-550 -540 -530 -520 -510 -500 -490 -480 -470 -460 -450 -440 -430 -420 -410 -400 -390 -380 -370 -360 -350 -340 -330 -320 -310 -300 -690 -700 A-A剖面图剖面图 治理技术治理技术 2.2.2 2.2.2 定向分支造孔工艺定向分支造孔工艺 v1）设计单位提出单孔设计，对直孔段深度、起始偏斜深度、水平偏斜距、偏斜段垂设计单位提出单孔设计，对直孔段深度、起始偏斜深度、水平偏斜距、偏斜段垂 高、偏斜方位、平均偏斜角等参数作出规定。高、偏斜方位、平均偏斜角等参数作出规

44、定。 v2）施工单位根据钻孔设计参数编制钻孔施工组织设计，作出钻孔偏斜轨迹预测。施工单位根据钻孔设计参数编制钻孔施工组织设计，作出钻孔偏斜轨迹预测。 v3）直孔段钻具组合）直孔段钻具组合 v一开钻具一开钻具： v311mm钻头钻头159mm无磁钻铤无磁钻铤159mm普通钻铤普通钻铤127mm钻杆驱动装置钻杆驱动装置 v二开钻具：二开钻具： v210mm钻头钻头159mm无磁钻铤无磁钻铤159mm普通钻铤普通钻铤127mm钻杆驱动装置钻杆驱动装置 v4）定向偏斜段钻具组合）定向偏斜段钻具组合 v146mm金刚石复合片钻头金刚石复合片钻头126mm螺杆螺杆127mm钻铤钻铤127mm钻杆钻杆 12

45、7mm方钻杆方钻杆 v5）钻孔定向测斜）钻孔定向测斜 v直孔段水平偏斜距不得大于直孔段水平偏斜距不得大于1m，偏斜方位不得大于，偏斜方位不得大于1度，每度，每20m测斜一次。为此，采测斜一次。为此，采 用用1.5度单弯螺杆钻进，及时进行随钻测斜，发现偏斜及时纠偏，确保井身轨迹误差度单弯螺杆钻进，及时进行随钻测斜，发现偏斜及时纠偏，确保井身轨迹误差 在设计要求范围之内。在设计要求范围之内。 v6）直孔段冲洗液漏失，采用重泥浆堵漏，进入陷落柱后，发生大量漏失，注浆堵漏。直孔段冲洗液漏失，采用重泥浆堵漏，进入陷落柱后，发生大量漏失，注浆堵漏。 2.1 技术方案技术方案 治理技术治理技术 3.2.4

46、质量评价质量评价 v 1 1 钻孔成孔质量评述钻孔成孔质量评述20分支孔按设计参数施工分支孔按设计参数施工 2 2 单孔注浆效果单孔注浆效果-q0.001L/min.m.m 3 3 施工过程中取芯情况施工过程中取芯情况见照片见照片 4 4 井下井下TEMTEM法探测成果法探测成果治理后富水异常区消失治理后富水异常区消失 5 5 质量检查孔质量检查孔长度满足要求长度满足要求 治理技术治理技术 孔号孔号 注浆注浆 序次序次 段长（段长（m）吸水率吸水率注浆阶段注浆阶段 Z1-1二二全段全段730.001加固阶段加固阶段 Z1-2一一 上段上段250.05 充填阶段充填阶段 升压阶段升压阶段 引流、

47、加固引流、加固 阶段阶段 中段中段250.05 下段下段230.05 全段全段730.005 Z1-3三三全段全段730.001加固阶段加固阶段 Z3-1三三全段全段730.001加固阶段加固阶段 Z3-2一一 上段上段250.005 充填阶段充填阶段 升压阶段升压阶段 引流、加固引流、加固 阶段阶段 中段中段250.005 下段下段230.005 全段全段730.001 Z3-3二二全段全段730.001加固阶段加固阶段 注注 浆浆 结结 束束 标标 准准 治理技术治理技术 渗透性渗透性 等级等级 标准标准 岩体特征岩体特征 渗透系数渗透系数K K (cm/s)(cm/s) 吸水率吸水率 q

48、 q (L/min.m.)(L/min.m.) 极微透水极微透水K10K10-6 -6 q0.001q0.001 完整岩石含等价开度完整岩石含等价开度0.025mm0.025mm裂隙的岩裂隙的岩 体体 微透水微透水1010-6 -6K10 K10-5 -5 0.001q0.010.001q0.01含等价开度含等价开度0.0250.0250.05mm0.05mm裂隙的岩体裂隙的岩体 弱透水弱透水1010-5 -5K10 K10-4 -4 0.01q0.10.01q0.1含等价开度含等价开度0.050.050. 1mm0. 1mm裂隙的岩体裂隙的岩体 中等透水中等透水1010-4 -4K10 K10-2 -2 0.1q10.1q1含等价开度含等价开度0. 10. 10.5mm0.5mm