底板加固防治承压水技术在煤矿的应用.pdf

摘要 在煤矿采掘作业面下部岩层中可能会存在大量地下 水 且这些水体会对煤层与含水层间的隔水层产生一定的压力 在煤矿采掘过程中可能会因矿压的影响而造成底板破裂导致地 下承压水的大量涌出对采掘作业面的正常生产活动形成巨大的 干扰甚至危及井下作业人员和设备 为防止此类情况的发生可 以采取在煤层底板打孔并注入水泥黏土浆液的方式通过改造 煤层下部含水层或加固底板本文主要对这一底板加固技术进行 介绍 关键词煤矿底板加固防治承压水 引言 在煤矿采掘作业面下部岩层中可能会存在大量地下承压水 且这些水体在开采煤层底板遭到破坏的情况下会形成大量的突 水 在工程实践中通常会采用底板加固的技术对此类问题进行有 效地处理 其核心原理是通过自底板上打孔并注入水泥黏土浆 液的方式通过改造煤层下部含水层或加固底板进而避免突水 问题 一 承压水 当地下水将两个隔水层之间的空间完全充满之后就形成了 承压水且这类水体在运动过程中会受到上下两个隔水层的约束 水体也需要承受上下隔水层的压力作用这类水体一般具有不易 受到降水影响的特定补水区和排水区 其主要特点如下水体 在运动过程中可以向两个隔水层产生比较均匀的压力作用 水 体由于被限制在具有特殊地质构造的隔水层中因而其在流动过 程中势必会受到周围岩体的约束和控制水体不容易受到外界 降雨或者蒸发活动的影响 二 危害分析 在煤矿开采的过程中因巷道掘进或工作面回采对底板产生 扰动破坏或改变断层陷落柱等非导水通道为地下承压水的涌 出提供了条件 当出现开采煤层底板突水后甚至有可能造成采 掘作业面出现岩石或者碎屑的突出 直接威胁采掘作业面和井下 作业人员和设备导致不可预知的安全风险严重影响正常的安 全生产活动 承压水危害程度的评估和防治的突破口主要集中在以下几 个方面受采掘破坏或影响的含水层及水体的单位涌水量和补 给条件是影响开采煤层的主要指标之一而含水层与开采煤层间 的隔水层的有效性在很大程度上决定了承压水的危害以及治理 的紧迫性 治理含水层突水问题的关键是查清楚水的来源水 的补给条件以及导水通道 切断水源和导水通道改变补水条件 就可以有效地减少地下含水层的涌水量 三 注浆加固技术 一 原理分析 注浆加固底板防治承压水水害主要是考虑承压含水层与采 掘煤层间有效隔水层是否满足安全采掘作业条件采掘对底板扰 动破坏深度和承压水导高叠加减小有效隔水层厚度或者存在的 构造导水通道的情况下可能造成承压水突水 采取开采煤层底 板注浆加固加大隔水层厚度封堵导水通道是实现安全生产的 目的的有效手段 受环保政策要求在条件允许的情况下目前注浆浆液的选 择上推荐使用黏土浆液或水泥和黏土配比浆液在注浆方式上推 广地面注浆区域治理改造含水层井下实施底板注浆加固这是 一种井上井下相结合的方式 二 技术要点 第一 确定富水区异常区及注浆加固底板治理区域 通过收 集区域钻孔资料确定开采煤层与承压含水层间隔水层厚度及岩 性组成测算隔水层承受水头压力及突水系数通过物探及钻探 手段探查验证隔水层厚度预测富水异常区及构造发育情况分 析构造对底板破坏程度以及是否可能成为导水通道通过钻孔岩 性取样 判定承压含水层岩溶发育层位以及底板可注目标层位 进行井上下注浆封堵通道底板加固的设计 第二 进行钻孔设计制定专项安全技术措施在施工钻孔 作业之前应该先根据确定的富水异常区进行注浆钻孔设计根据 治理区域的范围大小设置一定数量的钻孔 通常是个到 个 在布置钻孔的过程中应该在构造带上通过打斜孔的方式来尽可 能多地延长钻孔与地下水的接触面积施工现场应制定专项的 安全技术措施诸如水泥硬化底板加强钻场支护以及排水等确 保施工过程不会出现注浆压力过大造成底鼓跑浆冒浆或者 探通水源后排水不畅等问题 第三制浆注浆施工注浆孔前应先确定一级二级套管 的直径一般采用无缝钢管利用阀门和法兰片对孔口管的压力 进行测试 钻孔施工及注浆过程中要通过压力表对涌水压力及注 浆压力进行监测保证压力在规定可控范围之内注浆的过程 中要每打一个孔就注浆一个孔要充分考虑浆液扩散范围按照 设计施工顺序施工各注浆孔 为确保浆液有一定的扩散范围注 浆范围可控在操作过程中要进行有效控制采取调整浆液比重 和配比 甚至增加骨料等手段 封堵预定范围内的导水通道其 中制浆过程中水泥和黏土浆液的配比以及浆液的浓度注浆压 力等是关键环节在管路中每次注浆之后会有一定量的水泥浆 残留因此需在每次注浆结束之后通过注入高压清水的措施来清 洗管道 四案例分析 第一概述 某煤矿的一个回采开采面多次因工作面底板涌 水而导致回采作业中断其涌水量每小时可达立方米以上对 回采工作及设备造成了非常大的干扰 经分析研究决定采用注 浆加固技术对底板进行加固封堵导水通道 第二技术措施 在施工注浆加固作业前该矿通过直流电及瞬变电磁法圈定出电 阻异常的区域也就是富水异常区采用型钢对钻场进行了 有效支护对施工钻孔区域底板进行了水泥硬化并设置了专门 的排水系统以应对施工注浆钻孔时产生的涌水进行及时的排放 在注浆加固底板过程中通过施工验证孔对富水异常区域进行 了效果验证并根据验证结果来判断是否存在突水的风险 第三 效果分析 该煤矿突水工作面经天的施工完成了开采面的底 板注浆加固工程其工业盐水玻璃和水泥的注入量分别达到了 千克吨和吨回采煤量万吨 五结束语 承压开采采掘作业面受下部岩层承压水影响严重威胁煤矿 正常安全生产在工程实践中一般是通过在作业面的富水异常区 开展注浆加固底板改造含水层的措施来封堵导水通道增加隔 水层厚度的方法以达到预防突水解放资源的目标 参考文献 王延蒙承压水作用下底板突水机理及防治技术研究 闫章立王国果鲁大华水文地质条件极复杂矿井底板灰 岩承压水防治技术分析中州煤炭 王生平深部开采工作底板注浆加固防治技术的应用企 业技术开发月刊 曹长海杨平杨尚勇煤矿高承压水上巷道过断层底板加 固施工技术山东工业技术 作者单位太原煤炭气化 集团 有限责任公司 底板加固防治承压水技术在煤矿的应用 文赵晓辉 工程技术