煤矿注浆堵水技术

5.2陷落柱治理
陷落柱阻水塞建造工艺
阶段
充填注浆
升压注浆
引流注浆
加固注浆
钻孔 一序孔初期
一序孔中后期 二、三序前期
三序孔后期
二、三序孔后期， 质检孔
浆液 类型
水灰比0.8:1、1:1，加早 强剂
1:1的早强浆液为主
1:1的纯水泥浆液为 1.3:1、1:1的纯水
主
泥浆液为主
注浆 条件
静水 无压 定量200-240m3 注浆时间12-15小时
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5.1巷道封堵
灌注骨料成果汇总表
灌注量 灌前空顶 孔 号 (m3) 高度(m)
G3
26
0.75
水位(m) 注前 注后
水位上 升值(m)
-5.1 +4.79 8.89
施工时间
2003年6月5日
G6 2514
1.6
-83.1 +11.09 94.19 2003年5月10～6月8
v 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 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 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，2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。
v 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 陷落柱四周煤柱的留设厚度，解放部分煤炭资源。
（2） 复合钻进技术纠偏
PDC(钻头)+ф197mm(双扶)单弯螺杆(0.5°)+ ф203.2mm无磁钻铤+ф203.2 mm普通钻铤+ф178 mm 普通钻铤×6+ф114 mm钻杆
3）钻进效率：平均每孔12天，最快达到100m/天
4）钻探成果：7个钻孔命中巷道
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煤矿注浆堵水技术
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2020/11/21
煤矿注浆堵水技术
主要内容
v 1 概述 v 1.1 基本概念 v 1.2 注浆分类 v 1.3 注浆材料 v 2 注浆在煤矿中的应用 v 3 注浆堵水方案 v 4 注浆工程设计 v 5 东庞矿“4.12”突水灾害治理 v 5.1过水巷道封堵技术 v 5.2 陷落柱封堵技术
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煤矿注浆堵水技术
1 概述
1.1、注浆的基本概念
v 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 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 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 受注层和抗渗防水的目的。
陷落柱发育特征参数
陷落 层位
长轴方向 (m)
短轴方向 (m)
长轴长度 (m)
短轴长度(m)
周长 (m)
截面积 (m2)
陷落高度(m)
上部 陷落柱空洞
NW
NE
44
上石盒子组 底界
NW
NE
52
25
111
775
33
139 1258
2#煤层
NW
NE
72
41
204 1929 -240.61
9#煤层
奥灰 顶界 堵水塞段
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1.3 注浆材料
固粒 灌浆材料
水泥 水玻璃 粉煤灰 粘土 骨料
1 概述
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30～80μm）
Na2CO3•nSiO2 作为速凝剂或双液浆 与水泥浆配合使用
封堵残留微小裂隙 （孔隙）及边缘裂 隙，加强堵水塞封 堵效果
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v 钻孔取芯
质量检查
5.2陷落柱治理
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Z4-检1孔岩芯图片（704m）
治理技术
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5.2陷落柱治理
压水试验
孔号 Z4-检1 Z3-检2
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5.1巷道封堵
动水骨料灌注
1 施工条件：高水压5.46MPa ,动水条件，煤层巷道， 巷内空高1.5m左右，巷内动水流速约300-350m/h 。
2 灌注工艺 1）灌注方法：水力射流，孔口密闭、砂石自重连续 灌注法 ，定期下钻具透扫骨料。 2）骨料级配：骨料分细纱和石子两类 级配：河沙:小石子: 中石子:大石子=1:1:2:1 3）水固比 ：6:1-10:1 4）灌注结束标准 ：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，q值已降到 1.0L/min.m以下时此孔灌注骨料工作结束
3 注浆堵水方案
v 选择堵水方案应考虑的因素
v 1）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。
v 2）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。
v 3）本次突水与矿井今后防治水工作和煤炭生产接续的关系 。
v 4）不同方案的工期与工程造价因素
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5.2陷落柱治理
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
是在陷落柱的预定位置建造“堵水塞”，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
、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
注骨料、浆液封堵“堵水塞”段的陷落柱体及其四
v 第二阶段，充填注浆：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 墙。
v 第三阶段，升压注浆：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 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 阻水墙体的强度与抗渗透能力，封堵薄弱带的过水通道
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2.1 技术方案
5.2陷落柱治理
突水陷落柱封堵技术
定
向
骨
分
料
支
灌
钻
注
孔
阻 水 塞 建 造
质 量 综 合 评 价
充
升
引
加
工
钻
压物
放
填
压
流
固
序
孔
水探
水
注
注
注
注
检
取
试检
试
浆
浆
浆
浆
查
芯
验测
验
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5.2陷落柱治理
定向分支钻孔
v 二期工程共施工注浆孔6个，定向分支钻孔20 个；质检孔2个；骨料孔2个；放水孔1个，总 进尺8788.23m。从钻孔施工结果来看，除Z52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 数如偏斜方位、偏斜角等均符合设计要求
静水，注前压水逐渐升 压 定量130-150m3
注浆时间10-12小时
动水 孔口显压控 制定量60-80m3
注浆时间5-6小时
孔口压力 2MPa 定量80-100m3 注浆时间6-8小时
目标
充填大裂隙、大通道
封堵主要过水通道，构筑 堵水塞主体构架
封堵较大裂隙、溶隙 巩固前期效果
封堵小裂隙通道， 进一步减少水量
5.1 过水巷道封堵技术
快 速 定 向 钻 进
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阻
骨
水
料 灌
墙
注
建
造
旋
充
升
引
喷
填
压
流
注
注
注
注
浆
浆
浆
浆
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快速定向钻进
5.1巷道封堵
1）技术要求：钻孔须在垂深586m处透巷，透巷水平位 移不得大于1m，偏斜精度达1.72‰
2）钻探工艺：
（1）T685WS车载顶驱钻机，灵活机动
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4 注浆工程设计
钻孔设计
钻 钻钻孔 孔孔技 布结术 置构要
求
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注浆工艺设计
质量检查与效果检验
注
浆注 注
层 浆 浆 工钻物堵
段 与 注 浆
工 艺 控
结 束 标
序孔 探 水 检检 检 效 查查 查 果
方制 准
式
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4 工程设计
工程设计应遵循的原则
v 矿井排水复矿后，残余涌水量由初始的 170m3/h，逐渐衰减为零，堵水率达到 100%。
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陷落柱治理的必要性
v 1）陷落柱从奥灰顶界面的-690m水平一直发育到上石盒子下段的240.61m水平，垂直高度达450m，它穿透了大青、野青及9煤、2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， 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2煤、9煤的安全开采。
v 第四阶段，引流注浆：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 果，封堵残留小的过水通道，在矿井试验排水期间，利用G2 孔进行注浆，对出水口附近进行注浆封堵。
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堵水效果
5.1巷道封堵
v 125天一期工程完工，225天矿井全面恢复生 产。
阶段 方案
一期治理工程
过水巷道封堵工程
二期治理工程
突水陷落柱治理工程
目标
尽快恢复生产 同时探查陷落柱
根治水患 避免陷落柱二次突水
实施 情况
2003年4月开工，同年9月 完成，矿井已恢复正常生 产
2006年4月开工，2007年 5月29日完成
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项目概况
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5.2陷落柱治理
钻孔对堵水塞段的控制
参数 钻孔数
一序孔
6
二序孔
5
三序孔
5
钻孔控制密度 （m2 /孔）
控制半径（m） 14.3
10.6
8.8
241
钻孔间距 （平面投影m）
9.5～30
8～24
5.2～17
备注
陷落柱注浆控制面积：3546m2
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煤矿注浆堵水技术
2 注浆在煤矿中的应用
预注浆工程
工
导
井 筒 预 注 浆
作 面 注 浆 改
帷 幕 注 浆
水 构 造 的 预 注 浆 处
造
理
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注浆堵水工程
特殊注浆工程
巷 突突 道 水水 封 构水 堵 造源 工 封封 程 堵堵
管 棚 支 护 注 浆
防 灭 火 注 浆
充 填 注 浆
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G7
654
0.90
-19.68 +63.16 82.84 2003年7月13～7月17
G8 1149
1.30
-93.89 -28.27 65.62 2003年5月22～5月30
合计 4343
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阻水墙的建造
5.1巷道封堵
v 第一阶段，旋喷注浆：首先选择3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 与骨料充分混合，形成3个相对孤立的截断过水断面的砂浆或 混凝土结石体。
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1.2、注浆的分类
1 概述
按注浆材料：水泥单液浆，水泥-水玻璃双液浆， 水泥-粘土（粉煤灰、沙子）混合浆，化学浆液。 按水动力条件：静水注浆，动水注浆。 按工程目的：帷幕注浆，注浆改造，注浆堵水， 井筒预注浆，管棚支护注浆。 按注浆工艺：旋喷注浆，孔口静压注浆，孔内 止浆注浆。 按突水构造：断层注浆，裂隙注浆，陷落柱注 浆
NW NW NW
NE
80
44
234 2624
NE
89
53
258 3508
NE 80/92 41/49
2289/3546
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5.2陷落柱治理
“阻水塞”段注浆孔平面投影图
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煤矿注浆堵水技术
东 北注 等浆 轴钻 测孔 图
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5.2陷落柱治理
煤矿注浆堵水技术
பைடு நூலகம்
v 1）先探后治，探治结合 v 2）动态设计 v 3）分序次施工 v 4）注浆工艺科学合理
v (1) 先骨料、后浆液; v (2) 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 v (4) 注浆强度与受注层吸浆量相匹配
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5 东庞矿“4.12”突水灾害治理
周导水裂隙带，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
价堵水效果。
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。
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煤矿注浆堵水技术
B-B＇剖面图
治理技术
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治理技术
2903陷落柱放1孔剖面图
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
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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）。
v 项目背景
v “4.12”突水灾害 1）水源：奥陶系强岩溶含水层 2）水量：出水后3h水量就增加10000m3/h
以上，出水后9h水量增加到最大水70000m3/h 3）通道：隐伏导水陷落柱 4）其他：总涌水量约1000万m3 ，奥灰含
水层内影响半径达30Km
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总体方案