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        辛置煤礦注漿堵水中軟體骨料的實踐

        2019-11-01 01:37:16王克勤
        山東煤炭科技 2019年10期
        關(guān)鍵詞:軟體含水層裂隙

        王克勤

        (霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦,山西 霍州 031400)

        辛置煤礦21001工作面11#突水點位于21采區(qū),之前涌水量穩(wěn)定在300m3/h,8月6日10時30分涌水量突然增大至600m3/h,必須進(jìn)行治理。

        1 水文地質(zhì)條件

        辛置煤礦屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井,煤田含水層組有四組,影響井田的為上石炭系太原統(tǒng)石灰?guī)r含水層組,在這一含水層組中有八個含水層,其中第8層石灰?guī)r(簡稱L8)含水層對本煤田2煤層有直接影響。含水層平均厚度7.4 m,距2煤層底板約20m,其補(bǔ)給水源來自北部山區(qū)降水補(bǔ)給,水量補(bǔ)給充沛,水頭壓力大,建礦以來曾多次發(fā)生突水淹井或淹面,給礦井生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的水害威脅。

        2 突水原因分析

        霍州礦區(qū)斷裂帶往往膠結(jié)較好,并充填斷層泥、角礫巖等,一般不透水,形成含水層與煤層間相對穩(wěn)定的“屏障”。在巷道穿過斷層帶進(jìn)入另一盤含水層時,受掘進(jìn)圍巖礦壓擾動導(dǎo)致巷道突水,也有的斷層裂隙發(fā)育導(dǎo)水,當(dāng)巷道掘進(jìn)揭露后,立即引起突水。

        21001 工作面11#突水點標(biāo)高為-31.4m,2001年3月L8水位標(biāo)高為+58.55m,水壓為0.89MPa(目前L8水位標(biāo)高為+0m,水壓為0.31MPa),局部L8灰?guī)r含水層厚度為8.5m左右。突水巷道距萬6斷層18m(萬6斷層落差為24m)。L8灰?guī)r含水層與2煤層直接接觸。

        突水點突水原因:(1)掘進(jìn)時L8灰?guī)r含水層水壓較高(0.89MPa),地下水補(bǔ)給徑流充沛,是較好的充水水源。(2)掘進(jìn)巷道已經(jīng)接近或揭露萬6斷層或萬6支斷層,該斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?,致使L8灰?guī)r含水層與2煤直接接觸,形成直接充水通道。(3)未執(zhí)行“有疑必探”探放水原則,管理失控導(dǎo)致巷道掘進(jìn)揭露導(dǎo)水?dāng)鄬佣凰?/p>

        21001 工作面11#突水點位于21采區(qū)最上部,涌水通過兩種途徑匯入二水平泵房:一部分涌水從21001回風(fēng)巷通過管路導(dǎo)入二水平泵房,另一部分經(jīng)21采區(qū)東翼采空區(qū)流入二水平大巷到二水平泵房。21001工作面11#突水點涌水量增大后,直接導(dǎo)致21001掘進(jìn)工作面無法施工,同時威脅下部準(zhǔn)備充填開采的21軌道煤柱工作面安全生產(chǎn)和正常回采。

        為確保21軌道煤柱充填工作面的安全開采,減少礦井涌水量,降低礦井排水費用和順利開采21001工作面,擬對21001工作面11#突水點進(jìn)行注漿堵水并對萬6斷層帶注漿加固。

        3 軟體骨料注漿堵水的技術(shù)特性分析

        地下巖層按其賦存狀態(tài)分為致密膠結(jié)狀巖層、松散狀巖層、孔洞或裂隙狀巖層。致密膠結(jié)狀巖層具有致密、不透氣、不透水等特性,典型的有泥巖、粉砂巖、鋁土巖等巖石。松散狀巖層具有滲水、透氣等特性,典型的有砂巖、流沙層等巖石。而孔洞或裂隙狀巖層具有儲水、流水、透氣等特性,典型的有石灰?guī)r等巖層。

        軟體骨料主要是由一種有機(jī)生物體、石子和沙子組成,既稱得上為充填骨料,本身又是軟體充填物。軟體骨料容易適應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造中裂隙、溶洞等不規(guī)則形狀且能遇水膨脹并充填其中。有機(jī)軟體骨料具有性軟、膨脹、光滑、流動性好等特性,適宜充填巖層裂隙、溶洞等,具有其他材料不可替代的充填堵塞作用。21001出水點主要為L8灰?guī)r出水,因此,封堵、擠壓L8灰?guī)r中裂隙和溶洞水及截斷向出水點供水補(bǔ)給通道,軟體骨料具有極好的堵水特性。

        4 充填軟體骨料堵水工程施工方案

        在21001工作面11#突水點斷層另一側(cè)l號鉆場設(shè)計3個注漿鉆孔(鉆孔布置圖見圖l),通過出水點補(bǔ)給方向注漿充填封堵L8含水層的充水通道。

        鉆孔施工:采用T685WS車載頂驅(qū)鉆機(jī),復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)糾偏,PDC鉆頭+Φ197mm(雙扶)單彎螺桿(0.5°)+Φ203.2mm無磁鉆鋌+Φ114mm鉆桿。鉆孔施工到設(shè)計位置后,先在4#孔口安裝骨料填料器進(jìn)行軟體骨料的加注,隨著軟體骨料加注,孔口水壓不斷上升(4#孔施工完成后,沒有出水,其中5#孔口施工時有60m3/h的涌水)。當(dāng)4#孔在注軟體骨料孔口壓力達(dá)到4.7MPa后,停注軟體骨料,改注水泥粉煤灰混合漿。后經(jīng)統(tǒng)計1號鉆場4#鉆孔加注軟體骨料量是2號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料的80%(1號鉆場3個鉆孔共注軟體骨料10t),說明軟體骨料在灰?guī)r中具有極好的流動性和擴(kuò)散性,其注漿成效反映在初設(shè)擴(kuò)散半徑達(dá)到20~30m,設(shè)計合理,達(dá)到設(shè)計預(yù)期要求。

        圖l 鉆孔平面布置圖

        5 注漿堵水實際效果

        5.1 注軟體骨料量與壓力變化

        經(jīng)現(xiàn)場施工和數(shù)據(jù)實測,21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中發(fā)生了壓力上升→壓力下降→壓力上升(未達(dá)設(shè)計壓力)→壓力下降→壓力上升(達(dá)到設(shè)計壓力)兩個壓力循環(huán)過程(見圖2),但壓力整體呈上升趨勢,最后達(dá)到軟體骨料設(shè)計壓力值后,停注軟體骨料,注漿(水泥粉煤灰混合漿)封孔。在壓力降低過程中,出水點出水發(fā)黑且渾濁,很顯然軟體骨料在高壓水作用下擠壓裂隙和孔洞中附著物,將殘留斷層泥和強(qiáng)度較低礦物質(zhì)壓出,從而將導(dǎo)水裂隙和孔洞充滿軟體骨料和其他充填物。

        圖2 注入軟體骨料量與注漿壓力變化曲線圖

        5.2 注軟體骨料量與水量變化

        經(jīng)現(xiàn)場施工和數(shù)據(jù)實測,21001出水點l號鉆場4#孔在加注軟體骨料的過程中涌水量發(fā)生了明顯變化。隨著軟體骨料的加注,數(shù)量呈逐步下降趨勢(見圖3),停注軟體骨料后水量已由300m3/h下降到126m3/h,下降了58%,又用水泥粉煤灰細(xì)料填塞細(xì)小縫隙封堵微裂隙及封孔后,突水點水量降為零,有效地實現(xiàn)了實際堵水率100%。

        圖3 注入軟體骨料量與水量變化曲線圖

        6 結(jié)論

        采用軟體骨料注漿堵水可以在圍巖相對穩(wěn)定范圍內(nèi)對其出水點涌水的充水通道實施有效封堵(不含水泥漿封孔),將其動水條件下注漿充填控制在微裂隙范圍內(nèi)近似靜水條件下,有效降低水泥漿直接封堵時漏漿量及總注漿量,明顯提升了注漿堵水的成效。21001出水點原設(shè)計注漿用干料3000 t,價值約80萬元;采用注軟體骨料填充大裂隙和孔洞、水泥粉煤灰細(xì)料填塞細(xì)小縫隙封堵封孔后,實際注軟體骨料用量價值10萬元、注干料價值14萬元,合計24萬元。如果采取直接封堵,在動水條件下注漿其漏漿量難以估算,其注漿材料將大幅度增加。因此,至少節(jié)約注漿材料投入56萬元。且現(xiàn)在突水點水量已降為零,明顯降低了注漿堵水費用漏漿對礦井水倉和生產(chǎn)系統(tǒng)的影響,其注漿堵水成效十分顯著。

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