掘进工作面水害原因分析与治理

掘进工作面水害原因分析与治理

摘要:从分析矿井的水文地质条件入手,对掘进工作面掘进工作期间底板突水机理及特点加以阐述,针对突水原因,采取了底板注浆加固的方法进行整体防治,确保了矿井的安全与生产,实现了高产高效。

关键词:掘进工作面注浆加固大量出水

1 矿井水文地质

其上下邻近含水地层自上而下有石炭纪太原组石灰岩含水层K4、K3灰岩含水层和K2灰岩含水层、本溪组薄层灰岩、奥陶纪峰峰组灰岩区域等。

2 突水情况及首次处理

汾西新阳煤矿北采胶带巷掘进2009年2月7日至煤仓位置,高程约＋630m时,揭露本溪组灰岩出现涌水。起初水量一直基本稳定,约60m3/h。至2009年5月12日,在掘进进风联络巷时,重新揭露本溪组灰岩及其下伏铝土泥岩,涌水量大幅增加,于2009年5月31日下午达到最大量320m3/h,持续约1小时后水量开始下降,于2009年6月3日后基本稳定在260m3/h左右。出水后,矿方邀请了有关专业单位及专家对水害进行治理,经多方案比较实施,最后在突水区域堆放了大量沙石,并在北采胶带巷溜眼西侧施工了挡水墙,注入大量水泥浆、化学浆液后降水量降至约60m3/h,经现场测量水压约为0.35MPa,暂时消除了

水患威胁。

3 防治措施

由于地下水径流非常复杂,往往不是单一的某一处的某个通道,而是众多的裂隙汇集而成,其中可能有一部位流量较大,是其主要通道。但在主要通道被封堵之后,其它未被封堵的裂隙仍然导水,并且随着流水的冲刷,还会形成新的主要导水通道。因此,我们认为通道封堵注浆只能用来减弱突水水源的流量,降低后期治理的压力,为后期治理提供一些有利的条件。最终治理水患,还是要对突水点进行封堵并进行必要的区域注浆加固,消除隐患从而达到一劳永逸。综合考虑地层压力、水压、岩性和岩体强度等因素,经比较,决定采用注浆堵水与底板加固相结合的治理方案。

3.1 底板注浆有关参数的确定

3.1.1 注浆加固范围的确定

在没有构造因素影响下,巷道底板安全隔水层厚度的确定,采用斯列萨列夫公式计算:

式中:ML为能够阻隔压力HP的临界安全厚度,m;HP为实际水、气压力值,取0.35MPa;L为巷道空间底宽,取3.7m;Kp为岩层抗张强度,取0.1MPa;rR为岩层岩石容重,27kN/m3。计算得到底板临界安全厚度

为10m。

由于此区域已经突水,而且通过超前高密度电法探测探查发现该区域9煤底板以下有大面积异常(富水)区,因此我们将安全系数定为2.5。因此,需对北采区北翼集中轨道巷下深度25m以内宽20m,长80m 的地层进行探查加固。

3.1.2 注浆孔扩散半径的确定

根据汾煤勘探工程处类似地区注浆经验表明,在静水压1MPa的区域采用2TGZ-90/140注浆泵进行注浆,其钻孔扩散半径最大可达5m,最小达2m,一般3m左右。因此,在无底板注浆加固钻孔扩散半径试验值的情况下,采用3m扩散半径进行钻孔设计。

3.1.3 钻孔位置

注浆孔的扩散半径以3m为宜,所以孔间距为6m,横向受巷道限制,孔间距约1.3m。为使各孔的浆液扩散范围尽量均匀,各注浆孔均呈不同角度。尤其是突水区域,由于巷道已被封堵,所以注浆施工工作面十分狭小,所布置的27个注浆孔几乎各孔都有不同的外偏角与下偏角。

3.2 施工工艺

注浆孔施工顺序:(1)开孔及固管:开孔Ф150mm至孔深3.8m(含屏蔽混凝土挡墙),填满高标号速凝砂浆,下入4.0m长Ф127mm带肋套管;(2)封孔器安装及试压:待固管砂浆凝固后,用Ф113钻头清水钻进至

孔深5.0m,安装封孔器及钻杆逆止阀,通过注浆管加压至2.5MPa试压30min。合格后继续钻进,不合格则进行注浆处理后再继续钻进,钻进时注意打开注浆截止阀;(3)注浆:钻进中遇孔内水涌出,则停钻注浆。先关闭注浆截止阀,退钻至最后一根钻杆,接通注浆管进行注浆,注浆终孔压力1.5MPa;(4)浆液配比:先采用水灰比(重量比)为0.8∶1～1.2∶1的水泥浆,如钻孔吸浆量过大,注一定量的单液浆后(≥10m3),可注水泥水玻璃双液浆。但为保证浆液扩散半径应尽可能采用单液浆。

3.3 注浆施工主要技术设备

(1)钻孔所需设备与消耗性材料。①MKD—5S钻机3台(2台工作,1台备用);②Φ50mm、1.0m钻杆160根;③Φ90mm冲击器10个;④Φ150、Φ133钻头6个;⑤Φ127钢管,配套高压闸阀、法兰盘、球阀、螺栓、垫圈、架子管、卡箍等小物件;⑥风管100m;⑦风管、电缆、水管(引至注浆站)。

(2)注浆设备与消耗性材料。①TBW250/60泥浆泵2台;②空压机1台;③高压管5m×10根;④长6m、25.4mm钢管若干;⑤配套工具3套。

(3)注浆材料。①水玻璃:注浆开始前,先购买35Be、模数24水玻璃2t(6桶),以后根据需要报计划,提前购买;②P.O.32.5规格水泥,注浆使用的水泥根据需要提前报计划进料;③片石130m3;④红砖10000块;

⑤石子若干。

3.4 检查孔及施工质量

为了检查工程的施工效果,保证巷道的安全掘进,在工程全部结束后3天,在注浆范围内部设计5个检查孔,具体位置及夹角依图或根据施工情况而定,检查孔孔深暂定为控制加固深度25m。钻孔要求采用小孔径裸孔取芯钻进,岩芯空、裂隙应充填密实,单孔涌水量应小于20m3/h。巷道开挖应在注浆施工20天以后进行,北采集中胶带巷突水区域封堵后,每掘进循环(<1m)工作面出水量不大于20m3/h;北采集中胶带巷部分巷道底板加固后,每开挖循环(<15m),工作面出水量不大于20m3/h。

4 结语

通过2个循环的施工,该巷顺利通过导水裂隙带,确保了该巷道施工安全,大大减少了排水费用。这次施工为巷道在掘进过程中直接揭露导水构造时的突水治理积累了宝贵经验。