陳昌友 連占國
[摘要]根據(jù)××煤田各礦的井田邊界煤柱遭受破壞的具體情況和水害發(fā)生、發(fā)展的實際過程,通過全面的調(diào)查分析研究,采用“以堵為主、以排為輔、并行作業(yè)”的水害綜合治理方案,主要包括井田邊界地面動水注漿截流等,平均減少各礦井總涌水量2000m3/h以上,保證礦井及其所屬范圍內(nèi)幾十對鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦的安全正常生產(chǎn),取得預(yù)期的治理效果。
[關(guān)鍵詞]廢棄礦井 導(dǎo)水通道封堵 地面動水注漿截流
中圖分類號:TE2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0310073-01
針對礦區(qū)廢棄礦井的地質(zhì)、開采條件,本論文采取導(dǎo)水通道與控制雙重效果的研究,不但解決井田內(nèi)受水威脅的煤炭資源安全開采,而且將廢棄礦井的水位恢復(fù)到一個較高水平,以實現(xiàn)采煤、水資源與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。本論文成果也為我國其它礦區(qū)解決類似問題提供了理論和技術(shù)依據(jù)。
一、地下水綜合治理技術(shù)與工程工藝
(一)鉆孔結(jié)構(gòu)
巷道封堵的鉆孔結(jié)構(gòu):煤層巷道上覆巖層未受采動的影響,地面注漿鉆孔直接貫穿巷道頂板即可。鉆孔包括表土層固井段和基巖段。
破碎帶、離層帶注漿的鉆孔結(jié)構(gòu):破碎與離層兩帶的鉆孔結(jié)構(gòu)包括第四系風(fēng)化帶鉆孔段、基巖段、離層帶關(guān)鍵層位注漿及破碎帶注漿段。各段的鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(二)工程工藝
1.注漿材料。破碎帶注漿采用水泥,漿液由水泥和水配制而成,水灰比一般為0.7:1。并按比例加入速凝劑。離層帶注漿采用電廠粉煤灰,漿液由粉煤灰和水配制而成,漿液比重為1.14-1.16。
2.注漿工藝。(1)巷道封堵工藝:地下水位監(jiān)測→骨料級別選擇→骨料注入→注入速凝劑。(2)導(dǎo)水裂隙帶、破碎帶注漿工藝:破碎帶砂漿注入→水泥漿注入→破碎帶速凝劑加固封閉→導(dǎo)水裂隙帶注入水泥漿→導(dǎo)水裂隙帶快速凝固漿注入→裂隙帶封閉注漿。(3)離層帶注漿工藝:離層注水試驗→高壓壓裂擴張→離層帶水泥漿注入→通水洗孔→循環(huán)注漿。
二、田邊界地面動水注漿截流
××煤田水害治理方案于2008年開始實施。礦1約占××煤田各礦井總涌水量50%以上的涌水量進入礦2并繼續(xù)西侵是形成煤田嚴重水害威脅的主要因素,所以,首先堵截礦1與礦2之間的導(dǎo)水通道,防止礦1的大量涌水外流進入其它礦井,建立第一道防線。根據(jù)兩礦之間的已知和可能的連通情況,分析研究制定了截流方案,并編制了地面動水注漿設(shè)計,同時對新井兩條石門的標高、具體方位、巷道坐標等作進一步計算核實,對采動破壞情況進行分析,在此基礎(chǔ)上標定注漿鉆孔位置。為使工程盡快開工,早日解除水害隱患,注漿工地的供電、供水及工農(nóng)關(guān)系等工作也同步進行。
(一)注漿技術(shù)方法
注漿截流工程以巷道為重點,每條巷道附近擬布置2個注漿孔,沿巷道東西方向布孔。鉆孔間距20m,每孔深約340mo沿兩條石門附近共布置4個注漿孔,計劃工程量1360m。開孔前對鉆孔孔位進行了嚴格的標定、復(fù)測。防止標定孔位錯誤,造成鉆孔報廢。鉆孔在施工過程中采用了陀螺定向技術(shù),保證了鉆孔的垂直度。鉆孔打入巷道后,首先向孔內(nèi)注入石子、砂子等骨料,然后注入水泥~水玻璃雙液漿,最后注入水泥單液漿。由于該處為動水注漿,原則上采用濃漿液定量多次注入的方式以控制漿液擴散流失,加強充填注漿封堵效果。注漿終止壓力定為靜水壓力的1-2倍,約3-6MPa。封堵采動裂隙的鉆孔則采取孔內(nèi)先爆破然后再加壓注漿的方法。
(二)施工措施
共施工注漿孔4個、工程量1261.17m,注入水泥3336t、砂子181.7m3、石子158m3、水玻璃、食鹽、三已醇胺適量。
1.注漿1號孔:鉆孔標定在正巷石門開口與礦1煤下山三叉門處。共注入水泥548t、砂子138m3、石子158m3,注漿終止壓力為3.8Mpa。
2.注漿4號孔:鉆孔位于石門副巷中部,由于沒有巷道導(dǎo)線資料,鉆孔標定僅根據(jù)市煤炭局提供的蘭圖反算坐標,作為參數(shù)標定。坐標精度誤差較大。施工到279.5m處時鉆孔出現(xiàn)全漏水現(xiàn)象,并出現(xiàn)卡鉆坍塌。先后采用水泥封閉11次,封堵用水泥425.7t,此時287.00m以上基本堵住不再漏水。向下采用邊堵邊鉆進方法施工到328.20m,仍沒有發(fā)生明顯的掉鉆現(xiàn)象,根據(jù)測斜資料計算,孔深310m處的偏距為1.90m,偏率0.61%。
由于本巷道為地方小煤礦開拓,其原始數(shù)據(jù)不詳,再利用鉆孔鉆探巷道難度相當大。根據(jù)鉆探資料分析,孔深到305m以下時,地層已正常,說明巷道應(yīng)該在305m以上鉆孔附近。因此,決定在鉆孔內(nèi)實施爆破,擴大鉆孔與巷道的連通通道,然后對其注漿。截止到2000年4月5日共注入水泥694.25t,注漿終壓為4MPa,該孔結(jié)束。根據(jù)注漿4號孔的鉆探施工過程反映,該處除導(dǎo)水巷道外,還存在采動破壞影響產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙,通過注漿4號孔注入的漿液起到了封堵該處的導(dǎo)水裂隙的作用。
在318m-320.Sm處,共裝入地震勘探用TNT炸藥12kg,一次炸破,但效果不明顯。該孔共注入水泥408t。
三、工程效果
地面注漿堵水工程,注漿工程初見成效。礦1水位由每天上升約0.3m,變?yōu)槊刻煜陆导s0.2m。礦2水位仍繼續(xù)上升,兩礦水位差繼續(xù)拉大。充分說明泄水的通道已基本堵住或部分堵住。為鞏固注漿成果,對兩條導(dǎo)水石門,又各施工一個注漿孔,現(xiàn)注漿工程全部結(jié)束,礦1水位為+39.91m,而礦2水位僅為+1.70m,兩礦水位差由注漿前的5m左右,增加到38.21m,并繼續(xù)加大,注漿截流工程首戰(zhàn)告捷。
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作者簡介:
陳昌友,男,地質(zhì)工程師,1987年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)煤田地質(zhì)與勘查專業(yè),現(xiàn)為安徽省煤田地質(zhì)局二隊工程師,主要從事地質(zhì)、巖土工程施工。