郓城煤矿水害治理技术方案探索与应用.pdf

1 6 0 堪蕉 舛技 2 0 17 年 第 9 期 郓城煤矿水害治理技术方案探索与应用 李仁新 张 洪 鹿源广 山 东省郓城煤矿 ，山东郓城2 7 4 7 0 0 摘要 郓城煤矿在水 文地 质复杂条件下 ，摸 索总结 出了采取超 前钻探 预注浆 、 “ 短段掘砌 ”工艺、壁后注浆加 固主要 技术方法。通过采取综合防治水技术方案和施工措施， 在复杂水文地质条件下确保了巷道施工稳步推进，保证了安全生产。 关键词 水害 治理 钻 孔 注浆 中图分类 号T D4 2 1 ． 6 文献标识码 A d o i 1 0 ．3 9 6 9 d． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 0 9 ． 0 6 9 Exp l o r a t i o n a nd a ppl i c a t i on o f wa t e r po l l ut i on c o nt r o l t e c hno l o g y s c he me i n y uc h e ng c oa l m i ne Li Re n- x i n Zh a n g Ho ng Lu Yu a n - g ua n g S h a n d o n g Y u nc h e n g c o a l mi n e， S h a nd o ng Yu n c h e ng 2 7 47 0 0 Ab s t r a c t I n t h e c o mp l i c a t e d h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f t h e c o a l mi n e ， t h e ma i n t e c h n i c a l me t h o d s o f d r i l l i n g p r e g r o u t i n g ， s h o r t l e n g t h d i g g i n g a n d wa l l g r o u t i n g a r e s u mma r i z e d ． By t a k i n g c o mp r e h e n s i v e c o n t r o l o f wa t e r t e c h n o l o g y a n d c o ns t r u c t i o n me a s u r e s ， t h e c o n s t ru c t i o n o f r o a d wa y h a s b e e n s t e a d i l y p r o mo t e d u n d e r c o mp l e x h y dro g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ， e n s u r i n g s a f e p r o d u c t i o n ． Ke y wo r d s W a t e r d i s a s t e r s g o v e m a n c e b o r i n g g r o u t i n g 郓城煤矿水文地质条件复杂，． 8 4 5 m水平矿建 工程开展以来，钻孔最大突水量超过 2 9 0 m ／ h ，揭 露水压最大 8 ． 5 MP a ，最高水温 4 3 ． 5 。 C，掘进过 程中岩层裂隙发育线密度最大 2 0条 ／ m，最大一次 突水量为 2 6 0 m3 ／ h 。很多巷道都是因为导水构造发 育、突水量较大而被迫停止掘进。二期工程以来 ， 累计发生突水量 6 0 m3 ／ h以上 1 0 余次，其中，突水 量2 0 0 m ／ h 以上2 次。 在高水压的渗透作用和对泥岩 、 粉砂质 泥岩 、泥 质粉砂岩 的水 解作用下 ，导致 冒顶 事故 1 0 余次，对水害的治理迫在眉睫。 1 治理方案 总体思路是在物探和水文地质分析的基础上 ， 采取 “ 深部截源 、浅部加固”的步骤。 1 ． 1 物理探测与水文地质分析 采用新型瞬变电磁仪和激发极化探测仪，并结 合地质雷达和高密度电法 ，采取长短结合、优势互 补的综合探测方案，确定主要含水区域及过水通道 的空间位置，并在探测含水区域和物探盲区采用数 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 6 0 8 作者简介李仁新 1 9 6 6 ，男，山东蓬莱人 ，中共党员，大 学学历，工程师职称，在读山东大学高级管理人员工商管理硕士 E MBA专业 ，现为 山东省 郓城煤矿矿 长。 字钻孔探测，验证物探的结论 ，保证其准确性，减 少物探盲区，保证探测的全面性 ；同时通过水文地 质分析，判断主要水力补给来源，分析各涌水点间 的水力联系，实现水情的综合探查。 1 ． 2 深部截源 充分利用现有巷道，通过有效位置对动水区上 部 3 0 ． 4 0 m范围，进行打钻注浆，实现深部截源； 同时根据综合探测和治理过程中的实时监测结果 ， 进行设计方案的动态调整，达到最佳治理效果。 例如 主排水泵房 可以在 3 水 仓 、副井西马头 门等地点选择合适位置，采取双扇形布孔 ，在泵房 上部 3 0 4 0 m 距离 ，探 查 主要导 水通 道 ，进行 长距 离打钻注浆，尽量减少对泵房围岩的破坏 ，达到截 源 的 目的。 1 ． 3 浅部加 固 在截源效果好的情况下，加快对周边巷道的漏 水、淋水区域进行壁后注浆充填加固和封堵工作。 近距离改造巷道围岩，实施注浆锚索和深部注浆锚 杆加固，并对壁后和冒顶区进行注浆充填，达到加 固、改造巷道围岩条件，并改善巷道环境的目的。 1 ． 4 材料 选 用 采取水泥水玻璃双液浆 、 化学浆液 水玻璃类 、 铬木素类、丙烯酰胺类、脲醛树脂类 、糠醛树脂类 2 0 1 7年第 9 期 童 堪茬 科技 1 6 l 和聚氨酯类 以及高分子材料，对比参数性能 ，结 合实际，合理运用，优先选用超细、高强水泥、速 凝抗分散水泥基注浆材料和调节剂。深部注浆采用 膨胀系数大的材料，浅部注浆采用膨胀系数低、强 度高的材料。 2 注浆技术方案 根据周边矿井和郓城煤矿实践工作经验 ，遵循 “ 物探 、钻探 、注浆、掘进 、加固、灌注、疏放” 的技术工作路线 ，对于处于断层破碎带及强含水层 的防治水 ，主要采取超前钻探预注浆措施 ，注浆深 度以 4 0 ～ 8 0 m为宜，根据实际情况合理确定注浆段 长度 条件异常复杂时，钻探注浆 4 0 m；条件相对 较好时，钻探注浆 8 0 m。 2 ． 1 钻探 施 工 预注浆钻孔布置方式沿断面轮廓线周围布置， 尽量靠近轮廓线，放射状分布为主，兼顾直列式分 布或小扇形分布。 预注浆钻孑 L 布孔数量 根据断面布 8 ～ l 6 孔为 宜 中间布置检查孔 2 个 。岩层破碎情况下 ，可 配合使用管棚法施工 。 注浆深度 每次注浆深度以 4 0 8 0 m为宜 ，注 4 0 m， 掘 2 0 m， 注 8 0 m， 掘6 0 m， 保留2 0 m防水岩冒； 对于导水破碎带及其相应富水区宽度较大时，可分 次 、分段进行，条件允许 的情况下采取多级复合式 布孔。 止水套管要求中1 0 8 mm，1 5 ～ 2 5 m；采取反压 固管 ，初始压力小于 4 MP a ，终压 1 5 MP a 。 打压试验扫孔超过套管底部 2 0 0 ～ 3 0 0 m m后， 进行打压 ，试验压力 1 5 ～ 2 0 MP a ，维持 1 5 mi n以上 且周边 1 5 m范围内的巷道无变化和渗漏现象。 2 ． 2 注浆参数 注浆压力取 1 ． 8 - 2 倍静水压力 ，大于 8 MP a 时按 1 ． 5 倍 。 浆液使用 以单液浆为主，选取 0 ． 6 1 ～ 1 1 的浆液，使用顺序由稀到浓。 扩 散半 径 Q r n ／ X T r h fl n Y 2 ，实 践总 结应 以 ≤2 ． 5 m为基础控制注浆扩散半径。 吃浆量较大时，可采用浓浆，附加骨料 锯末 、 颗粒物 或双液浆等措施；吃浆量较少 ，不能保证 扩散半径时，改换超细材料或者是离子化学注浆材 料 。 注浆段长 选用 2 03 0 m；在小段 内出水量 大或塌孔时，可随时进行注浆处理。 扫孑 L 轻压快转 ，比正常高 5 0 ～ 6 0 r ／ mi n 。扫孔 时间单液加速凝剂养护 8 h ，双液养护 1 2 h 。 初注结束标准3 O ～ 5 0 L ／ mi n ，达到终压 l 5 ～ 3 0 mi n。 复注标准2 0 ～ 3 0 L ／ m i n ，达到终压 1 5 mi n 。 2 - 3 关键技术要求 必须保证套管以及套管埋设质量，并进行严格 的联合打压试验，达到设计要求后 ，方可进行正常 钻进 。 必须安装孔 口防水闸阀及防突设施 ，试验合格 后方可开始正常钻进。 根据胶带石门经验，在泥岩和粉砂质泥岩区段 的固管施工过程中，严防高压水 的反渗透作用，严 格按照 “ 施工一个钻孑 L 封堵一个钻孔，封堵一个钻 孔确保一个钻孔”的原则。对进人断层带内的注浆 孑 L 不可长时间放水或闲置。 注浆过程中认真观察周边巷道的变化和渗漏情 况，一旦发现异常必须立即停止注浆，组织处理。 3 大流量高水压构造破碎带防治方案 根据巷道用途、岩石特性 、地质条件及含水情 况，在预注浆和管棚的基础上 ，确定了 “ 短段掘砌” 掘进施工工艺和锚网索喷、钢筋混凝土支护及壁后 注浆的综合方案。 3 ． 1 施 工工 艺 采用 “ 短段掘砌 ”施工工 艺 ，施 工段长根 据具 体条件确定，条件相对较好 ，矿压显现不明显，锚 网索喷支护与灌注砼支护间隔段长 2 0 ～ 2 5 m；条件 相对较差，矿压显现明显，锚网索喷支护与灌注砼 支护间隔段长 5 ～ 1 0 m。 3 ． 2 壁 后 注浆加 固 预埋注浆锚杆数量 根据巷道断面，以巷道顶 板 中心线 向两帮各 均匀布置 2 - 3根 ，共 5 ～ 7 根 ，间 排距 1 5 0 0 1 5 0 0 mm为宜，外露碹体 5 0 m m，注浆 锚杆规 格 q b 2 2 2 4 0 0 m m。 注浆浆液 采取水泥水玻璃双液浆、化学浆和 高分子材料等 ，结合现场合理运用。 注浆工艺由浅到深 、由下而上 、从两头向中 间的冒顶区和集中出水区逐步进行。 注浆过程中巷道原来的冒顶、空顶区很可能发 生巷道变形，为了防止这种现象发生 ，首先进行无 压、超低压充填式注浆，此阶段注浆压力不得超过 1 6 2 五媳系 舛技 2 0 1 7 年 第 9 期 0 ． 2 MP a 。原则上充填满即可 ，优先选用比重低、强 度高的注浆材料。对预留导水管的处理要求原则 继续保留其导水作用 ，不能封堵 ，防止因封堵导致 水压对巷道的破坏。壁后注浆过程 中如果因串浆导 致暂时封堵，必须立即扫开，继续导水。 壁后注浆范围注浆范围主要控制在壁后 2 m 范围，原则上不得起压，以充填壁后空间为主，压 力严格控制在 0 ． 2 MP a以内， 不得强注，防止巷变。 严格执行施工组织顺序 对淋水区段、冒顶区段最 后重点进行集中处理。补充打眼和注浆顺序要求 坚持从两帮向顶部，从低向高逐步进行。壁后注浆 材料要求原则采用双液浆或水泥浆 ，浅层注浆时 注浆压力不得大于 0 ． 2 MP a ，深层注浆时可以适当提 高，但不得超过 0 ． 5 MP a 。注浆过程中，为保证巷道 受力的均匀性和平衡性 ，两帮同水平应从下到上以 此进行 ，如有漏浆 ，即采取间歇式施工。 同水平锚杆眼漏浆时，应改为漏浆孔作为主动 注浆孔，如上部锚杆眼漏浆时，视为该水平注浆停 止标 准 ，但上 方 的锚杆 眼不能封堵 ，应压入少 量水 冲洗并且不得起压。 严格观察周围返浆 、漏浆和巷变情况，并及时 处理 。现场要有临时支护物料 ，矿压观测必须跟进， 一 旦产生异常变化，立即停止注浆，组织临时加固。 4 矿井水害治理其他保 障措施 1 目前很多巷道掘进时虽然采用了超前预 加固技术 ，但均因导水构造发育、突水量增大而被 迫停止掘进。根据以往经验，结合现场对巷道钻孔 成像机理分析和对巷道矿压位移观测 ，进行综合分 析，考虑到通过构造及断层破碎带区域时对 围岩产 生的扰动作用 ，岩层破坏将进一步加剧 ，很容易将 本不导水的裂隙导通，增大过构造及断层破碎带的 难度 ，经过理论分析及现场多次实验检验，掘进前 采用预注化学浆液对破碎区域进行充填、加固，对 灌注巷道淋水区域注入水玻璃等化学材料进行注浆 封堵 ，将断层带裂隙进行充填，进行堵水，同时注 入加固材料，对岩层进行加固，实现对破碎岩体的 快速固结 ，提高岩层的整体性，从而加快了过构造 及断层破碎带 的速度 。 2 建立健全各项防治水制度。设立专 门的 防治水机构，同时明确相关管理人员 日常的防治水 工作职责。 3加强井下防排水设施的 日常检查及清理 维护。每年雨季前进行一次联合排水试验，检修排 水设备 ，清挖水仓 ，保证水仓空余总容积的 3 ／ 4 ， 并对井下所有的排水沟进行清理，保证水沟畅通。 采取 “ 防、堵、疏 、排 、截”措施认真做好井下水 的防治工作。 4对矿井水害威胁不明的区域，进行巷道 掘进前，采用钻探、物探和化探等方法查清巷道前 方水文地质情况。防治水办公室针对矿井水文地质 情况进行分析，并提出合理的水害防治措施 ，经矿 井总工程师组织审查批准后针对水文复杂区域进行 施工探测 。 5 组织开展防治水专题培训，提高全员水 害防治意识。使矿井各级干部 、职工树立搞好防治 水工作就是搞好安全生产的工作思路。 6 重 视 防治水 技术 方法 和手 段 的推 广及 应 用。探索对于适合本矿地质 、水文地质条件的防治 水的技术方法和手段应用。 5 结束语 郓城煤矿综合防治水技术方法适用于各类矿 井 、隧道 施工过程 中所遇到 的导水构造破 碎带和含 水层的治理 ，在地矿产业、各类隧道、水库坝堤等 领域 ，都具有很好的推广应用价值。 上接 第 1 5 9页 和角度 。 3 结语 井下测量不同于普通的地上测量 ，这与其特殊 的环境有关 ， 也注定着对测量仪器有着更高的要求， 徕卡 T S 0 6 防爆型全站仪虽然有着诸多优势表现，但 在某些功能上仍然需要进一步完善和提高，举例来 说 ，若在仪器对中时，提供可以安置在仪器上带有 点下对中的光学或激光对点器配件，则可避免井下 风流对垂球线绳的影响， 进而提高仪器对中的精度。 【 参考文献 】 [ 1 ] 张国良，朱家钰 ， 顾和和 ． 矿山测量学【 M】 ． 徐州 中国矿业大学出版社，2 0 0 6 ． [ 2] 于喜东． 矿山测量工 [ M] ． 北京煤炭工业出版社 ， 2 00 5． [ 3 ] 宁津生， 陈俊勇， 李德仁等． 测绘学概论 [ M】 ． 武泌 武汉大学出版社，2 0 0 4 ．