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工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2014-08-05

摘 要:本文主要介紹了焦作市方莊煤礦23071工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)。通過對煤層隔水底板實(shí)施注漿,不但加固了底板,也保證了工作面的安全生產(chǎn),經(jīng)過鉆孔壓力試驗(yàn)及工作面回采檢驗(yàn),證明了煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)的合理性和實(shí)用性。目前改技術(shù)一已在方莊礦得到廣泛應(yīng)用。

          關(guān)鍵詞:礦井水;隔水底板;注漿;增厚加固

 礦井水害是煤礦生產(chǎn)過程中主要的地質(zhì)災(zāi)害之一。煤礦企業(yè)在治理礦井水害方面主要采取的措施有:打疏水降壓鉆孔、掘泄水巷、增加排水設(shè)施、增大排水能力等,通過這些治水措施的實(shí)施,礦區(qū)地下水位大幅下降,大量的地下淡水變成礦井污水排出地面,排水費(fèi)用明顯增加。如焦作市方莊礦區(qū),地下潛水水位由原來的+80m下降至目前的+60m,位于二1 煤 層 地 板 的 L8灰 巖含水層水 位 由 原 來 的+80m下降至目前的-91m,每年排出礦井污水1970萬m3,每年用于排水的費(fèi)用高達(dá)950萬元。由于地下水資源是影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源之一,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國淡水人均占有量只相當(dāng)于世界人均的1/4,居世界第100位,被列為嚴(yán)重缺水國家之一。因此,研究在治理礦井水害的同時(shí)保護(hù)地下水資源,盡可能地減少地下水資源的排放量,降低排水費(fèi)用是煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過在23071工作面對二1煤層隔水底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù),既保證了礦井安全生產(chǎn),又減少了地下水資源的排放量,同時(shí)降低了排水費(fèi)用,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 礦井概況

 焦作市方莊煤礦始建于1958年,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/年,核定生產(chǎn)能力82.2萬t/年。開拓方式為立井暗斜井開拓,采煤方法為走向長避采煤法。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,構(gòu)造主要以高角度的正斷層為主,局部存在褶曲構(gòu)造,井田內(nèi)煤系地層自西北向東南呈現(xiàn)一單斜構(gòu)造。礦井開采深度100m~740m,開采煤層為二疊系山西組二1煤,煤層 厚 度 1.5m~7.5m,平均厚度5.5m,煤層傾角5°~22°,全區(qū)分布穩(wěn)定。煤層頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖,厚2.80~18.55m,平均厚度5.30m,煤層地板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、砂巖,厚0.50~7.30m,平均厚度1.80m。歷史上,曾多次發(fā)生突水事故,其中突水量大于60.0m3/h的有30次,最大突水量4200.0m3/h。礦井正常涌水量2280m3/h,涌水水源主要來自二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層。

2 23071工作面水文地質(zhì)條件

 23071工作面位于23采區(qū)的底部,標(biāo)高在-418.5~-474.5之間,走向長640m,傾向長126m,傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m,平均厚度4.5m,運(yùn)煤巷和回風(fēng)巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層厚度6~8m,水位-90m,煤層底板隔水層厚度38m~44m。在其上部的23051工作面回采過程中涌水量達(dá)450m3/h,右上部的20071工作面回采過程中涌水量達(dá)780m3/h。煤層隔水底板是煤層與L8含水層之間的隔水地層,其穩(wěn)定性受古構(gòu)運(yùn)動(dòng)和采動(dòng)地應(yīng)力制約,受古構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響,在23采區(qū)和20采區(qū)中間分布一條構(gòu)造破碎帶,破碎帶走向130~160°,寬600m。23071工作面位于此構(gòu)造破碎的邊沿,二1煤層隔水底板的穩(wěn)定性減弱,抗壓強(qiáng)度小于4Mpa,屬極易突水危險(xiǎn)區(qū)域。

注漿增厚加固技術(shù)設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

3.1 鉆機(jī)峒室及設(shè)備技術(shù)參數(shù)

 (1)   鉆機(jī)峒室技術(shù)參數(shù)

    ①位置:在運(yùn)煤巷上邦,沿煤層頂板布置。

    ②方向:與運(yùn)煤巷走向垂直。

    ③規(guī)格:長×寬×高=5×3×2.4m。

    ④峒室間距:60m;數(shù)量:8個(gè)。

 (2)鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

    ①型號:SGZ-MA300。

②額定進(jìn)尺:300m。

 (3)注漿泵技術(shù)參數(shù)

    ①型號:NBB-260

    ②額定注漿量:260L/min。

  ③壓力:7Mpa。

3.2   注漿鉆孔技術(shù)參數(shù)

 原則上每個(gè)鉆機(jī)峒室布置3~4個(gè)注漿鉆孔(見圖1),如遇特殊情況,增加鉆孔數(shù)量,各鉆孔的方向、傾角、深度參數(shù)見(鉆孔參數(shù)表),每個(gè)鉆孔設(shè)計(jì)為二級孔口固定裝置,個(gè)孔技術(shù)參數(shù)為:

(1)一級孔口固定裝置

    ①孔徑:φ=146mm。

    ②長度:8~10m。

    ③鋼管型號:D40,δ=4.5mm。

    ④固定材料:用425#硅酸鹽水泥漿,水:水泥=1:1.2。

    ⑤承受壓力:大于4Mpa。

(2)二級孔口固定裝置

    ①孔徑:φ=108mm。

    ②長度:30m。

    ③鋼管型號:D40,δ=4.5mm。

    ④固定材料:用425#硅酸鹽水泥漿,水:水泥=1:1.2。

    ⑤承受壓力:大于8Mpa。

(3)終孔孔徑:φ=73mm。

(4)終孔層位:穿過L8灰?guī)r含水層底板6~8m。

3.3注漿液技術(shù)參數(shù)

        (1)粘土注漿液技術(shù)參數(shù)

        ①粘度:17~25s。

        ②比重:1.10~1.3。

        (2)水泥注漿液技術(shù)參數(shù)

        ①粘度:25~60s。

        ②比重:1.20~1.3。

注漿工藝

  (1)造漿池、注漿泵站布置在地面。

  (2)注漿方式:為了減少漿液流失,降低材料消耗,提高注漿效果,采用全壓間歇式注漿法。

 (3)各鉆孔注漿前均作注水試驗(yàn),確定鉆孔吸水量,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定是否注入骨料。

 (4)注漿過程中根據(jù)情況加入適量水玻璃,以便縮短漿液凝固時(shí)間。

 (5)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),用水清洗注漿管道,以免漿液堵塞。

 (6)注漿工藝流程見(注漿工藝流程圖)。

5  注漿效果、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益

(1)注漿效果

在對23071工作面煤層底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)過程中,鉆孔進(jìn)尺累計(jì)3270m,注入水泥435t,注入粘土量2523t,各鉆孔注漿量及終孔壓力情況(見鉆孔參數(shù)表)。經(jīng)過對工作面煤層隔水底板打鉆檢驗(yàn):①煤層隔水底板的含水裂隙和L8灰?guī)r的含水溶洞已被凝固的粘土水泥漿充填。②煤層隔水底板的厚度比原來增加10m以上;③煤層隔水底板的抗壓強(qiáng)度由原來的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上;④為23071工作面煤層的開采提供了安全保障。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)23051和20071兩個(gè)工作面回采過程中的涌水量情況分析,對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后,減少礦井水涌出量450m3/h,當(dāng)年節(jié)省排水費(fèi)用247.5萬元,去掉實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)的投資費(fèi)用102萬元,當(dāng)年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益145.5萬元,以后每年節(jié)約排水費(fèi)用247.5萬元。

(3)社會(huì)效益

 在保護(hù)地下水資源方面,對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后,每年將減少地下水資源排放量達(dá)389萬m3以上,在一定程度保護(hù)了日益匱乏的地下水資源。

6 結(jié)束語

在23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)后,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)踐證明,“煤層底板注漿增厚加固技術(shù)”在技術(shù)上是可行的,經(jīng)濟(jì)上是合理的,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

      (作者簡介:陳書平(1963-),男,河南扶溝縣人,高級講師,1988年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院地質(zhì)系,一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學(xué)工作。通訊地址:河南省焦作煤業(yè)公司職工教育培訓(xùn)中心,郵編:454002 )

工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)摘 要:本文主要介紹了焦作市方莊煤礦23071工作面煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)。通過對煤層隔水底板實(shí)施注漿,不但加固了底板,也保證了工作面的安全生產(chǎn),經(jīng)過鉆孔壓力試驗(yàn)及工作面回采檢驗(yàn),證明了煤層隔水底板注漿增厚加固技術(shù)的合理性和實(shí)用性。目前改技術(shù)一已在方莊礦得到廣泛應(yīng)用。

          關(guān)鍵詞:礦井水;隔水底板;注漿;增厚加固

 礦井水害是煤礦生產(chǎn)過程中主要的地質(zhì)災(zāi)害之一。煤礦企業(yè)在治理礦井水害方面主要采取的措施有:打疏水降壓鉆孔、掘泄水巷、增加排水設(shè)施、增大排水能力等,通過這些治水措施的實(shí)施,礦區(qū)地下水位大幅下降,大量的地下淡水變成礦井污水排出地面,排水費(fèi)用明顯增加。如焦作市方莊礦區(qū),地下潛水水位由原來的+80m下降至目前的+60m,位于二1 煤 層 地 板 的 L8灰 巖含水層水 位 由 原 來 的+80m下降至目前的-91m,每年排出礦井污水1970萬m3,每年用于排水的費(fèi)用高達(dá)950萬元。由于地下水資源是影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源之一,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國淡水人均占有量只相當(dāng)于世界人均的1/4,居世界第100位,被列為嚴(yán)重缺水國家之一。因此,研究在治理礦井水害的同時(shí)保護(hù)地下水資源,盡可能地減少地下水資源的排放量,降低排水費(fèi)用是煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)管理的新課題。焦作市方莊煤礦通過在23071工作面對二1煤層隔水底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù),既保證了礦井安全生產(chǎn),又減少了地下水資源的排放量,同時(shí)降低了排水費(fèi)用,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 礦井概況

 焦作市方莊煤礦始建于1958年,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/年,核定生產(chǎn)能力82.2萬t/年。開拓方式為立井暗斜井開拓,采煤方法為走向長避采煤法。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,構(gòu)造主要以高角度的正斷層為主,局部存在褶曲構(gòu)造,井田內(nèi)煤系地層自西北向東南呈現(xiàn)一單斜構(gòu)造。礦井開采深度100m~740m,開采煤層為二疊系山西組二1煤,煤層 厚 度 1.5m~7.5m,平均厚度5.5m,煤層傾角5°~22°,全區(qū)分布穩(wěn)定。煤層頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖,厚2.80~18.55m,平均厚度5.30m,煤層地板為灰黑色砂質(zhì)泥巖、砂巖,厚0.50~7.30m,平均厚度1.80m。歷史上,曾多次發(fā)生突水事故,其中突水量大于60.0m3/h的有30次,最大突水量4200.0m3/h。礦井正常涌水量2280m3/h,涌水水源主要來自二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層。

2 23071工作面水文地質(zhì)條件

 23071工作面位于23采區(qū)的底部,標(biāo)高在-418.5~-474.5之間,走向長640m,傾向長126m,傾角20°,煤層厚度4.4~5.2m,平均厚度4.5m,運(yùn)煤巷和回風(fēng)巷均沿煤層頂板布置。在二1煤層地板的L8灰?guī)r含水層厚度6~8m,水位-90m,煤層底板隔水層厚度38m~44m。在其上部的23051工作面回采過程中涌水量達(dá)450m3/h,右上部的20071工作面回采過程中涌水量達(dá)780m3/h。煤層隔水底板是煤層與L8含水層之間的隔水地層,其穩(wěn)定性受古構(gòu)運(yùn)動(dòng)和采動(dòng)地應(yīng)力制約,受古構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響,在23采區(qū)和20采區(qū)中間分布一條構(gòu)造破碎帶,破碎帶走向130~160°,寬600m。23071工作面位于此構(gòu)造破碎的邊沿,二1煤層隔水底板的穩(wěn)定性減弱,抗壓強(qiáng)度小于4Mpa,屬極易突水危險(xiǎn)區(qū)域。

注漿增厚加固技術(shù)設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

3.1 鉆機(jī)峒室及設(shè)備技術(shù)參數(shù)

 (1)   鉆機(jī)峒室技術(shù)參數(shù)

    ①位置:在運(yùn)煤巷上邦,沿煤層頂板布置。

    ②方向:與運(yùn)煤巷走向垂直。

    ③規(guī)格:長×寬×高=5×3×2.4m。

    ④峒室間距:60m;數(shù)量:8個(gè)。

 (2)鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

    ①型號:SGZ-MA300。

②額定進(jìn)尺:300m。

 (3)注漿泵技術(shù)參數(shù)

    ①型號:NBB-260

    ②額定注漿量:260L/min。

  ③壓力:7Mpa。

3.2   注漿鉆孔技術(shù)參數(shù)

 原則上每個(gè)鉆機(jī)峒室布置3~4個(gè)注漿鉆孔(見圖1),如遇特殊情況,增加鉆孔數(shù)量,各鉆孔的方向、傾角、深度參數(shù)見(鉆孔參數(shù)表),每個(gè)鉆孔設(shè)計(jì)為二級孔口固定裝置,個(gè)孔技術(shù)參數(shù)為:

(1)一級孔口固定裝置

    ①孔徑:φ=146mm。

    ②長度:8~10m。

    ③鋼管型號:D40,δ=4.5mm。

    ④固定材料:用425#硅酸鹽水泥漿,水:水泥=1:1.2。

    ⑤承受壓力:大于4Mpa。

(2)二級孔口固定裝置

    ①孔徑:φ=108mm。

    ②長度:30m。

    ③鋼管型號:D40,δ=4.5mm。

    ④固定材料:用425#硅酸鹽水泥漿,水:水泥=1:1.2。

    ⑤承受壓力:大于8Mpa。

(3)終孔孔徑:φ=73mm。

(4)終孔層位:穿過L8灰?guī)r含水層底板6~8m。

3.3注漿液技術(shù)參數(shù)

        (1)粘土注漿液技術(shù)參數(shù)

        ①粘度:17~25s。

        ②比重:1.10~1.3。

        (2)水泥注漿液技術(shù)參數(shù)

        ①粘度:25~60s。

        ②比重:1.20~1.3。

注漿工藝

  (1)造漿池、注漿泵站布置在地面。

  (2)注漿方式:為了減少漿液流失,降低材料消耗,提高注漿效果,采用全壓間歇式注漿法。

 (3)各鉆孔注漿前均作注水試驗(yàn),確定鉆孔吸水量,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定是否注入骨料。

 (4)注漿過程中根據(jù)情況加入適量水玻璃,以便縮短漿液凝固時(shí)間。

 (5)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),用水清洗注漿管道,以免漿液堵塞。

 (6)注漿工藝流程見(注漿工藝流程圖)。

5  注漿效果、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益

(1)注漿效果

在對23071工作面煤層底板實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)過程中,鉆孔進(jìn)尺累計(jì)3270m,注入水泥435t,注入粘土量2523t,各鉆孔注漿量及終孔壓力情況(見鉆孔參數(shù)表)。經(jīng)過對工作面煤層隔水底板打鉆檢驗(yàn):①煤層隔水底板的含水裂隙和L8灰?guī)r的含水溶洞已被凝固的粘土水泥漿充填。②煤層隔水底板的厚度比原來增加10m以上;③煤層隔水底板的抗壓強(qiáng)度由原來的小于4Mpa增加到7.5Mpa以上;④為23071工作面煤層的開采提供了安全保障。

(2)經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)23051和20071兩個(gè)工作面回采過程中的涌水量情況分析,對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后,減少礦井水涌出量450m3/h,當(dāng)年節(jié)省排水費(fèi)用247.5萬元,去掉實(shí)施注漿增厚加固技術(shù)的投資費(fèi)用102萬元,當(dāng)年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益145.5萬元,以后每年節(jié)約排水費(fèi)用247.5萬元。

(3)社會(huì)效益

 在保護(hù)地下水資源方面,對23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)以后,每年將減少地下水資源排放量達(dá)389萬m3以上,在一定程度保護(hù)了日益匱乏的地下水資源。

6 結(jié)束語

在23071工作面實(shí)施煤層底板注漿增厚加固技術(shù)后,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。實(shí)踐證明,“煤層底板注漿增厚加固技術(shù)”在技術(shù)上是可行的,經(jīng)濟(jì)上是合理的,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

      (作者簡介:陳書平(1963-),男,河南扶溝縣人,高級講師,1988年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院地質(zhì)系,一直從事煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)教學(xué)工作。通訊地址:河南省焦作煤業(yè)公司職工教育培訓(xùn)中心,郵編:454002 )



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