高位承压动水帷幕截流技术研究.pdf

2 0 0 7 年 第5 期 东 谯晨 科技 6 9 高位 承压动水帷幕截流技术研究 赵树华 ， 余永昌， 张祖 军 肥城矿业集团白庄煤矿， 山东 肥城2 7 1 6 1 3 关键词 高位承压动水 帷幕截流注浆 东岳能源有限责任公司白庄煤矿于 1 9 7 1 年 5月动工建 矿， 原设计能力 3 o万 t／ a 。1 978 年 1 2月 3 1日简易移交生产， 1 9 9 2年矿井改扩建， 1 9 9 7 年下半年达设计生产能力9 0 万 t ／ a ， 经矿井技术改造 ， 2 0 0 5 年核定生产能力为 1 3 0万 t ／ a ， 2 0 0 6年 实际生产 1 4 0万t ／ a 。 白庄井 田位 于肥 城煤 田西部 ， 井 田范 围西 以 断层 为 界、 与查庄煤矿和国庄煤矿相邻； 北以 F 、 F 断层为界 属 煤田边界 ； 东以 断层为界， 与陶阳煤矿相邻； 南以原勘探 报告 F ] 一 ， 断层位置作为技术边界与平阴煤矿紧邻， 以 B F ,断 层与兴隆煤矿相邻， 井田走向长约 4 ． O k m， 倾斜宽约 3 ． 9 k m， 面积 1 5 ． 6 7 0 8 k m 2 。 白庄井 田开 拓 方式 为立 井 阶段 石 门上 下 山开 拓 ， 分 一 1 5 0 m， 一2 5 0 m， 一 4 3 0 m等三个水平开采。一1 5 0 m水平主要 开采 ， 以南， 以东的上组煤， 以及 以西的上组煤和 下组煤； 一2 5 0 m水平主要开采 F 0 ] 以南， 以东的下组煤。 以及 F 3 以北， 以西的上组煤； 一 4 3 0 m水平为深部延伸深 水平 ， 主要开采 与 F 0 ， 之 间的上组煤及 F ]以北 及 断层 以东区域的所有下组煤 ， 并于 2 0 0 1 年 1 2 月动工 ， 目前 已完成 三条暗斜井及井底车场水仓泵房工程， 通风、 供电、 排水、 提 升等主要系统。预计 2 0 0 7 年下半年7层煤 7 1 0 5工作面可投 产。白庄矿从建井至2 0 0 6年共生产出原煤 1 5 9 8 ． 4万 t ， 全矿 井保有储量 1 6 3 1 5 ． 6万 t ， 探明的科研经济基础储量 1 1 1 b 6 1 5 3 ． 2万 t ， 可采储量 1 1 1 3 8 9 5 ． 6万 t ， 控制的经济基础储量 1 2 2 b 6 4 6 ． 4万 t ， 预可采储量 1 2 2 4 5 4 ． 3万 t 。 1 井 田水 文地质条件 白平边界为人为技术边 界， 属 于导水边界 ， 相 同层 位的 标高平阴矿比白庄矿高约 1 53 0 m， 平阴矿突水对 白庄矿构 成严 重威胁 ， 白庄矿通过抢 打挡水墙 ， 将突水 挡在 了整 个北 翼采区， 水头 1 ． 9 M P a ， 使白庄矿处在高位承压水之下。 白平边界线较长约 1 7 0 0 m， 按计划分三段， 西段、 中段及 东段。西段主要分布在7 4 0 0变电所以内7 6 0 0 变电所以外的 一 1 5 0 m水平主巷内， 2 0 0 6年7月一2 0 0 6年 9 月施工完毕。 中段位于 B ～ B 断层之间， 在原帷幕带的薄弱地段 增补， 加密部分四灰及 7层煤顶板砂岩帷幕钻孔， 钻孔具体 分布在 一1 5 0西副巷内； 2 0 0 6 年 8月 2 0 0 6年 1 1 月完工。 东段位于 B F 3 ～ B F o 之间， 重点封堵 一1 5 0 m水平3 4 0 0 采 区及 一1 5 0 m西主巷等巷道揭露一灰含水层淋水点， 自2 0 0 6 年 9 月一1 1 月施工完毕。与此同时， 增加 一1 5 0 m水平排水 抗灾能力 ， 最大排水由9 0 0 m 3 ／ h 增大到 1 8 0 0 m 3 ／ h ． 2 0 0 6 年 7月 1日相邻的平阴矿发生奥灰水突水， 水沿两 矿为断层发育的人为 1 7 0 0 m长的技术边界 ， 通过四灰、 7 层煤 顶板中砂岩， 二灰底中砂岩， 二灰， 一灰四层煤底中砂岩等岩 层的裂隙， 以及 B 、 B 等五条边界断层破碎带向白庄矿井 田涌水， 涌水量最高达 l l 1 6 m ／ h 。 2 边界帷幕截流堵水工程 2 ． 1 井下帷幕截流工程概述 井下帷幕截流工程是在井下打钻、 地面造浆、 通过送料 孔及注浆管道至井下各钻孔。注浆材料在选用粘土水泥浆 的基础上， 不断试用新型注浆材料， 如粉煤灰， 锯末等。 2 ． 2 工程实施 原则上帷幕线布署既靠近边界， 又尽量用 比较少的工程 量， 达到最佳的效果． 为此帷幕线选择在两矿边界白庄矿一 侧的边界保护煤柱线内， 这样既可保证帷幕工程的长期不被 破坏， 又可减少煤炭资源的煤柱损失， 整个边界帷幕工程累 积施工钻孔 1 4 2孔， 调集了 9台钻机同时施工， 钻探总量为 7 3 6 6 m， 按照不同时期堵水重点的变化设计为三期。 第一期， 在布孔间距上原则按 2 5 m扩散半径， 8 0 m一组， 每个机房设计为 2 孔。其中奇数编号为第一序次注浆孔． 偶 数编号为第二序次注浆孔， 施工中先第一序次， 注浆结束后； 第二序次钻孔可揭露四灰， 并视堵水效果补打检查孔。 在布孔方位上 ， 力求垂直或大角度斜交主构造裂隙带。 在布孔倾角上力求减小缓倾角钻孔施工， 因为小倾角钻 孔不仅钻进工程量大， 还因为受构造力的作用 ， 三灰顶、 底板 粉砂岩较破碎 ， 易造成塌孔， 给钻进造成困难。 钻孔施工严格按设计要求， 钻孔开孔必须严格按工程技 术人员挂 的方 向线开孔， 倾 角误差 不大于 1 o 。开孔用 1 2 7 m m钻进， 下入 69 1 0 8 m m， 钢套管6 m， 用速凝水泥封孔， 封 孔后打压试验。耐压不低于5 ． O M P a 。二级套管 8 9 m m下入 2 0 ～ 3 0 m至三灰以下， 封套管凝固时间不少于 4 8 h ， 扫孔后打 压试验， 耐压不低于 5 ． O M P a 。用 7 3 m m孔径打透四灰， 打透 四灰后进入8 层煤不得超过0 ． 5 m， 钻进四灰发生漏水而无法 钻进时， 采取分段注浆方法。钻进中要严格掌握三灰、 四灰， 8 层煤主重要标志， 及孔内水文情况， 共注入水泥 3 7 6 7 ． 7 t ， 锯 末 0 ． 3 t ， 粉煤灰 1 ． 3 t ， 动态减水 1 2 6 m 3 ／ h ， 达到预期效果。 第二期， 在原帷幕带的薄弱地段增补、 加密部分四灰及7 层煤顶极砂岩帷幕钻孔， 钻孔具体分布于一1 5 0西副巷内， 自 7 6 0 0 变电所向东 5 0 0 m的巷道内， 共施工 1 2 9孔， 钻探工程量 5 5 0 0 m， 注入水泥4 3 0 0 t 。施工期间， 大胆运 下转第7 1页 维普资讯 2 0 0 7 年 第5 期 东瞧晨 斜技 7 1 融中心及金茂大厦均为钢筋混凝土核心筒 ， 外框为钢骨混凝 土及钢柱， 地王大厦为钢筋混凝土核心筒 外钢框架等。 为保证建筑结构的设计质量 ， 对于特殊的超过规范要求 的高层建筑 超限高层建筑 由政府部门组织专家成立审查 委员会进行专项审查 ， 在审查通过后方可实施。截止 目前， 已完成对上海环球金融中心 1 0 1 层、 4 9 2 m 、 大连国贸中心 7 8 层、 4 2 0 m 、 北京电视中心 4 1 层、 2 0 O re 、 北京新保利大厦 特殊体型 等一批复杂特殊工程的超限审查。 3 大跨度及高层结构技术的发 展趋势 3 ． 1 大跨度空间结构技术的发展趋势 在继大规模的住宅建设以后， 以娱乐、 健身、 文化与会展 为主的大跨度公共建筑的建设将成为下一轮建设的热点。 预计一批跨度超过 2 0 0 m， 功能综合、 绿色环保并达到高科技 要求的大跨度公共建筑物将会出现在我国发达地区的大中 城市。张拉整体、 膜结构、 杂交结构与开合式结构将成为未 来这一时期大跨度建筑发展的主体。 根据到2 0 2 0 年国内在大跨度发展方面的迫切需要， 必 须在一些空白与落后的技术方面迎头赶上。首先要从新型 结构材料的研发着手， 对大跨度结构的一些理论问题作深入 的研究 ， 探索具有独立知 识产权 的结构体 系 ， 创 造性地开展 新型大跨度结构工程的实践。 3 ． 2 我国高层结构技术的发展趋势 我国高层建筑的发展将分化为两种模式 1 对中心城 市的大型公共建筑和地方城市的地标建筑， 由于建筑功能多 样化的要求， 该类建筑的体形越来越多样化， 结构更加复杂； 2 g q 高层建筑的主体一高层住宅建筑， 结构 自重轻， 减少地 基的开挖量， 保护地下水， 实现环保和可持续发展。 对大型公共建筑及地标性建筑等复杂高层建筑， 在新的 结构抗震设计理论和方法方面 如基于性能的抗震设计思想 和基于位移的抗震设计方法 ， 在复杂结构、 特别不规则结构 的抗震性能、 抗震设计理论和方法方面， 在混合结构的抗震 性能、 抗震设计理论和方法方面， 取得有工程实用价值的研 究成果， 并形成设计标准。由于抗震设计与研究非常重要， 在抗震试验研究方面， 应结合国内新建的大型振动台设备， 进一步探索试验研究手段， 提高试验研究水平； 计算分析方 面， 分析手段应进一步提高， 在弹塑性分析计算方面， 取得突 破性的进展。此外由于对建筑使用性能要求的提高， 人们对 工作和居住环境的舒适性要求越来越高， 因此对抗风设计理 念和隔振减振技术的研究和应用将更加重视。 对大型公共建筑及地标性建筑等复杂高层建筑的建造 技术的需求， 将带动大型总承包企业设计、 施工和集成等综 合能力的提高， 培养出国际一流的特级总承包企业， 同时带 动一批技术精湛的专业承包企业的良性发展， 对复杂高层建 筑建造过程的模拟和测控技术的研究和应用将取得进～步 成果。 对高层住宅建筑， 开发并应用多种耐久、 环保、 节能、 安 全、 实用的墙体和结构体系， 使城镇住宅达到小康的标准， 同 时应趋向于标准化、 模数化， 用标准优化的建筑单元组合形 成不同的结构平面布置， 力争实现高层住宅的标准化、 预制 化、 工厂化生产， 提高节能、 节材水平， 向住宅建筑的环保和 舒适化目标努力。 作者简介林宏 1 9 8 7一 ， 女， 1 9 8 7年毕业于河北煤炭建 筑工程学院工民建专业， 工学学 士， 现在中国化工集团公司 中蓝建设工程局工作， 高级工程师， 从事工程管理工作。 上接第6 9页 用新工艺， 新方法， 如聚氨脂快速堵孔， 手动 封孔器封孔， 一级套管预埋返浆管， 钻孔重复注浆等。 第三期， 重点封堵 一1 5 0 m水平 3 4 0 0采区及 一1 5 0 m西主 巷等巷道， 揭露一灰含水层淋水点， 针对通过一灰， 4层煤底 中砂岩等导水通道， 由于边界煤柱大， 不会直接危及矿井安 全， 只是增加漏水量， 安排在最后期封堵， 共施工 l 3孔， 钻探 5 7 0 m， 注入水泥 1 3 0 t ， 对淋水起到了有效的封堵作用。 通过帷幕截流治理， 截止 2 0 0 6年 1 0月 1 5日， 对 一1 5 0 水平 2个泵房排水量对 比分析 ， 平阴矿出水量达到最大值 7 9 9 m 3 ／ h 。累计动态减水 3 3 0 0 ／ h ， 至 1 1 月 4日边界过水降 水为 1 8 7 m 3 ／ h 。 效果最为明显有 1 8 4 0 1上出V 1 淋水最大内 1 4 7 n ／ h ， 减小到当前的2 5 ／ h ； 2 8 4 0 0东翼泄水巷总水量内最大时 为6 7 2 m 3 ／ h ， 减小到4 1 2 n 1 3 ／ h ； 3 一1 5 0 m西副巷 B 断层处 巷道集中出水点是 6 0 n 1 3 ／ h 。又完全被封堵； 4 一1 5 0大巷 沿途的底板及巷道西部渗水总量达到 4 3 0 r n 3 ／ h ， 经帷幕截流 后减小为当前的3 0 m ／ h ； 5 一1 5 0西大巷与 断层相交处 淋水量达 3 5 ／ h ， 当前淋水量不定 5 m 3 ／ h 左右； 6 一2 3 0泵 房每天排水量总体呈下降趋势。 白庄煤矿经历四个月的井下堵水， 在边界线长度 1 7 0 0 m 的范围内， 对六个主要过水岩层及五条断层破碎带进行了有 效的加固， 确保 了矿井安全， 自1 1月 4日全部工程已告结 束， 转人生产的防治水管理。 3 结论 1 通过动态帷幕截流工程解放 一1 5 0 m水平可采储量 3 9 3 ． 2万 t ， 按 1 ． 4的地质系数算， 可采出原煤 2 8 0 ． 9万 t 。创 造工业产值 1 1 ． 9 亿元， 每年排水电费可节约 8 9 5 万元。 2 若不实施帷幕截流， 平阴矿的出水除灌满采空区以 外， 将会泄入白庄矿， 白庄矿每年将承担 3 0 0 0 m 3 ／ h以上排水 负担 ， 仅排水电费每年将多达 4 2 8 0万元。 作者简介赵树华 1 9 6 1 一 男， 大学文化， 采矿高级工程 师， 现任肥城矿业集团白庄煤矿白庄矿矿长。 维普资讯