穿层钻孔过出水点快速封孔技术研究.pdf

1 6 6 撼茬 斜技 2 0 1 4 年 第 10 期 穿层钻孔过出水点快速封孔技术研究 袁振春 郑煤 集团超化煤矿 ，河 南 新 密4 5 2 3 8 5 摘要以超化煤矿 3 1 0 6 1 下底抽巷为研究对象，采用新型注浆封孔工艺，使用水泥一水玻璃双液注浆，在封闭钻孔的同 时堵塞流 水通道 ，保证 穿层钻孔在抽放期 间不再受水的影响。应用效果明显。 关键词瓦斯抽采封孔注浆水穿层钻孔 中图分类号P 6 3 4 ． 8 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ．2 0 1 4 ． 1 0 ．7 6 Re s e a r c h o n r a p i d s e a l i n g t e c h n o l o g y o f b o r e h o l e pa s s i n g t h r o u g h wa t e r p o i n t Ab s t r a c t T h i s p a p e r ma d e t h e b o t t o m d r a i n a g e r o a d wa y i n C h a o h u a C o a l Mi n e 3 1 0 6 1 a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ， u s i n g a n e w t y p e o f g r o u t i n g h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y , t h e u s e o f c e me n t s i l i c a t e g r o u t i n g ， wh i l e s e a l i n g b o r e h o l e ， p l u g t h e wa t e r c h a n n e l ， a n d e n s u r e t h e b o r e h o l e i s n o l o n g e r a f f e c t e d b y wa t e r i n dra i n a g e p e rio d ． T h e a p p l i c a t i o n e f f e c t i s o b v i o u s ． K e y wo r d s g a s dr a i n a g e s e a l i n g g r o u t i n g b o r e h o l e I n t e r s e c t e d wi t h b e d s 超化煤矿主采煤层为二叠系山西组二 1 煤层， 属 “ 三软” 顶板软、煤层软 、底板软 煤层。受 区域滑动构造影响，煤层结构遭到极大破坏，煤体 强度低 ， 硬度系数小 f 值为0 ． 1 ． 3 ， 全层构造煤化 ， 属于突出危险煤层，突出危险程度高。煤层具有瓦 斯含量高、瓦斯抽放衰减速度快、透气性差、瓦斯 解析速度快等特点。针对 “ 三软”突出煤层的特点， 超化煤矿开展了穿层钻孔增透卸压消突技术研究。 I 原注浆方案 1 ． 1 注浆原理 将 注浆管 和返 浆管下人钻 孔孔径 内 ，采用分段 注浆工艺 ，使浆液在压力条件下，较均匀地进入孔 径，以达到浆液在钻孑 L 中分段可控、均匀扩散的目 的。首先对钻孔注浆段用马立散封孔袋进行封堵 ， 注浆时设置注浆管，注浆管将永久留在钻孔 中，钻 孔内封人返浆管 ，注浆时，通过注浆管将水泥注入。 I ． 2原注浆工艺的弊端 1 由于穿层钻孔含水层段多存在于钻孔岩 石段 ，而岩石段是钻孔必须进行注浆的范围，所以 必须在含水层段进行注浆 ； 收稿 日期2 0 1 4 0 6 1 3 作者简介袁振春 1 9 8 6一 男，汉，本科 ，助工，2 0 0 8 年毕 业于辽宁工程技术大学，从事瓦斯治理工作。 2 水泥浆在含水层段容易被稀释 ，并随着 水流从钻孔孔径内向外流出，无法使水泥浆凝固， 从而不能满足封孔注浆的要求。 2 穿层钻孔含水层段快速封孔方案 2 ． 1 作用原理 水泥浆和水玻璃溶液混合后立即发生反应，很 快形成具有一定强度的固结体。随着反应连续进行， 结石体强度不断增加，早期强度主要是水玻璃反应 的结果，后期强度主要是水泥水化反应的结果。 2 ． 2适 用 范围 基岩裂隙地面预注浆和工作面预注浆、壁后注 浆、堵特大涌水等优先选用水泥 一 水玻璃双液注浆 。 断层泥带，当裂隙宽度 或粒径 小于 I m m， 或渗透系数 K≥ I 1 0 m ／ s 时，加固压浆优先选用 水泥 一水玻璃双液注浆。 断层破碎带各砂卵石地层，当裂隙宽度 或粒 径 大于 1 m m，或渗透系数 K≥ 5 x 1 0 m／ s 时， 堵水注浆。 对于颗粒细小 的粘土层 ，采用水泥 一水玻璃双 液注浆时应在水泥浆液加入膨润土、粉煤灰等填料 ， 且使用特殊注浆工艺。 2 ． 3 注浆参数 2 ． 3 ． I 注浆扩散半径 2 0 1 4 年第 1 O 期 童瞒蒺 斜披 l 6 7 浆液扩散半径 浆液的有效范围 与岩石裂隙 大小、浆液粘度 、凝固时间、注浆速度和压力、压 注量等因素有关。水泥 一水玻璃浆液实际的有效扩 散半径见表 1 。 表 1 有效扩散半径 岩层类别 实际有效扩散半径 m 砂砾 1 ． 7 5 2 ．0 0 粗砂 1 ． 2 0 ～ 1 ．4 5 中砂 0 ． 8 0 ～ 1 ．0 O 细砂 0 ． 5 0 -4 ．7 O 淤泥 0 ． 5 粘土 0 ． 5 2 - 3 ． 2 注浆压力 注浆压力大小影响注浆效果 ，其大小决定于涌 水压力 开挖工作面静水压力、突水的动压力 、 裂隙大小和粗糙程度 、浆液的性质及浓度、要求的 扩散半径等。注浆压力可参考下列经验公式 地表注浆 P 0 ． 2 ,- ,0 ． 5 洞内注浆 P 0 ． 2 ～ 0 ． 5 H 式 中 一 孔至静水位高度 ，m； 一 洞内修正系数，K I ． 2 ～ 2 ． 0 ； P一注浆压力 ，MP a 。 2 ． 3 _ 3 浆注浓度 水泥 一水玻璃浆 液的配方要综合考虑凝结时 间、结石体强度以及施工操作等因素。围岩裂隙越 大，用浆也越浓。在每段每次压浆时应先稀后浓， 同一分段多次压浆时，则先浓后稀。浆液的常用配 方见表 2 。 表 2 水泥 一水玻璃浆液组成及配方 原料 规格 要求 作用 作量 比例 主要性能 3 2 5号 或 4 2 5号 水泥 普 通 或 矿 渣 硅 主剂 1 1 凝胶 时 酸盐水泥 间 可 控 制 在 模数 2 ． 4 ～ 3 ．4 ， 几 秒 至 几 十 水玻璃 主剂 0． 5 1 分钟范围内； 浓度 3 0 ,- 45 Be 氢 氧化钙 工业品 速 凝剂 0 ． 0 5 -． ,0 ． 2 2抗 压 强 度 5 2 。 磷 酸氢 二钠 工业品 缓凝剂 0 ． 0 1 -- 4 ．0 3 2 ． 3 ． 4 注浆压力的控制及浆液配比的变换 1 注浆压力的选择与控制 水泥 一水玻璃浆液的胶凝 ，充塞过程不同于水 泥浆液。水泥 一水玻璃注浆压力控制通常根据该段 所需浆量 ，一开始就在短时间内浆压力升到最大允 许压力 ，并一直保持到注浆结束。在规定压力下， 每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后，调 换浆液配比，逐级加浓 ，随着浆液浓度的逐级增加 ， 裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减少，直到结束 标准时，即结束注浆。 2 浆液浓度的选择与变换 由于各孔段裂隙大小、分布情况各疏密程度都 不一样，每一注浆段中各种宽度的裂隙所占的比例 也不相同，合理的注浆浓度需适应上述二种情况。 为适应大小不同的裂隙，一般是先压稀浆后压浓浆。 浆液浓度的变换，是在同一浓度下一步注浆持续一 定时间后 ，或压入量达到一定数量，而注浆压力 、 吸浆量均无显著改变时，即可加浓一级。若加浓后 压力显著增大，或吸浆量突减时，均说明浓度变换 可能不当，应立即换原来浓度。 2 - 3 ． 5 浆液注入量 浆液压入 Q，可根据扩散半径及岩层裂隙率进 行粗略估算，作为施工参考。 Q7 r ， ． 式 中 一 浆液扩散半径，m； Ⅳ 一压浆段长度 ，m； 一 岩层裂隙率 ，一般取 1 - 5 ％； 一 浆液在裂隙内的有效充填系数，约 0 ． 3 ～ 0 ． 9 ， 视岩层性质而定 。 对于大的溶裂、 大的溶洞 ， 裂隙率 5 ％时， 浆液注入量难以计算，因此 ，在这种情况下 ，宜用 注浆压力控制注浆量 ， 注浆量只能按注浆终压规定 值时的注浆总量来决定。 2 ． 3 ． 6 注浆结束标准 注浆结束标准 ，一般 以两个指标表示 1 最终 吸浆量 ； 2达到预定设计压力 即终压 时的持续时间。 一般水泥 一水玻璃双液结束标准是 注浆压力达到设计终压；吸浆量为 5 0 ～ 1 0 0 L ／ mi n ， 稳定约 2 0 mi n即可结束。 在正常的情况下，一般采用定压注浆 ，当注浆 压力达到或接近终压时结束注浆，而当压力接近终 压或达到终压的 8 0 ％时，如出现较大的跑浆，经间 歇注浆达到或接近终压也可结束注浆。 整治涌水突泥，其终压根据客观条件的变化 ， 可选择合理的上限值和下限值与导坑突水量作为终 止标准。 3 分析及结论 3 ． 1 数据分析 表 3 、表 4 下转第 1 8 2 页 l 8 2 圭 ．堪 t袁 破技 20 14 年 第 1O 期 测减少煤柱范围采出压煤量 6 0 0 多万吨，有效延长 了矿井服务年限 。 9 适时扩采煤 经济层上、下方劣质煤 北皂 、梁家两矿煤 层结构复杂、夹矸层数多、 厚度大，2 0 0 2年前两矿通过经济可采厚度论证经省 局批复同意，确定以煤 “ 至煤 一 为经济可采层。随 着全国煤炭市场形势好转， 通过对市场的详细考察 ， 发现市场对次煤的需求量加大，为填补市场的这部 分空缺 ，加大次煤产出，地质专业开展了对煤 上 、 下方次煤质量研究。通过对煤 其它各分层和各个组 合层段 的煤质指标进行测算，经过详细的技术研究 与论证，最终确定将经济可采层上方的煤 一 和煤 一 ， 层和经济可采层下方的煤 一 ， 层一并进行回收。 1 0 结束语 龙 口矿区通过采取以上技术手段和措施 ，几年 来多回收煤炭资源为 1 5 0 0多万吨，创造了显著的 经济效益，有效延长了矿区服务年限，促进了矿区 可持续发展 。 上接 第 1 6 7页 表 3 双液注浆比例及液浆凝固时间试验参数明细表 试验地点3 1 0 6 1 下底抽巷 3 钻场 水灰 比 掺入水 凝固 凝固后 手 凝固后 编号 孔号 玻璃量 时间 感 硬度 是否有 按重量 比 按重量比 rai n 水 1 1 1 1 3 ％ 3 5 较软 有 2 2 l 1 3 ％ 3 5 较软 有 3 3 1 1 3 ％ 3 0 较软 有 4 4 l l 3 ％ 3 0 较软 有 5 5 l 1 5 ％ 3 0 较软 有 6 6 l l 5 ％ 2 8 较软 有 7 7 1 1 5 ％ 4 0 较软 有 8 8 1 1 5 ％ 3 5 较软 有 9 9 l 1 7 ％ 2 5 较硬 无 1 0 1 0 1 1 7 ％ 2 5 较硬 无 l 1 l 1 1 l 7 ％ 2 0 较硬 无 1 2 1 2 1 l 7 ％ 2 2 较硬 无 1 3 1 3 1 1 9 ％ l 8 硬 无 1 4 1 4 1 1 9 ％ 1 8 硬 无 1 5 l 5 1 1 9 ％ 1 5 硬 无 1 6 1 6 l l 9 ％ l 6 硬 无 3 ． 2结 论 通过数据分析可以看出， 掺 入水玻璃量占5 ％时， 凝固时间较长，凝固后手感不够理想，且钻孔内仍然 会有水渗出；掺入水玻璃量占7 ％时，凝固时间适中， 凝固后手感较硬能够达到封孔注浆要求，钻孔内无水 渗出；掺人水玻璃量占9 ％时，凝固时间较短，凝固 后手感较硬能够达到封孑 L 注浆要求，钻孔无水渗出。 考虑到反复注浆需要的时间间隔差值 ，水泥凝 固较快不利于二次注浆后水泥在钻孔内的扩散面 积 ，所以选择掺入水玻璃量占 7 ％的方案。 4结语 该方案施工方便，针对穿层钻孑 L 过含水层时能 表 4 双液注浆比例及液浆凝固时间试验参数明细表 试验地点3 1 0 6 1 下底抽巷 5 钻场 水灰比 掺入水 凝 固 凝固后手 凝 固后 编 号 孔号 玻璃量 时间 感硬度 孔 内是 按重量比 按重量 比 mi n 按等级 否有水 1 9 2 1 3 ％ 3 0 较软 有 2 l O 21 3 ％ 3 0 较软 有 3 1 1 21 3 ％ 2 8 较软 有 4 1 2 2 I 3 ％ 3 5 较软 有 5 1 3 2 1 5 ％ 3 2 较软 有 6 1 4 21 5 ％ 3 4 较软 有 7 l 5 21 5 ％ 2 8 较软 有 8 1 6 2 l 5 ％ 3 0 较软 有 9 1 7 2 1 7 ％ 2 5 较硬 无 1 0 1 8 21 7 ％ 2 2 较硬 无 l 1 1 9 21 7 ％ 2 4 较硬 无 l 2 2 0 2 1 7 ％ 2 1 较硬 无 1 3 2 1 2 1 9 ％ 1 5 硬 无 1 4 2 2 2 1 9 ％ 1 2 硬 无 1 5 2 3 21 9 ％ 1 3 硬 无 1 6 2 4 2 1 9 ％ 1 0 硬 无 够有效地提高封孔注浆进度和抽放效果，解决了穿 层钻孔过含水层封孔注浆过程中水泥浆被稀释、封 孔注浆质量差等现象，因此穿层钻孔施工进度较之 以往有很大提高，消突效果也得到了明显的提升， 有了非常有效的治理办法，具有较强的推广价值。 【 参考文献 】 [ 1 ] 郭思堂，等 ． 注浆技术在煤矿中的应用 [ D]． 郑 州煤业集 团公 司，2 0 0 7 ． [ 2 ] 杨米加，陈明雄，贺永年 ． 注浆理论的研究现状 及发展方向[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 1 0 6 ． [ 3] 冯旭海． 综合注浆技术的应用与发展 [ J ] ． 中国矿业， 2 0 1 1 0 2．