深井井巷动水治理技术应用

深井井巷动水治理技术应用

张冲冲，孟凡超

（临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿山东菏泽274700）

摘要：针对郭屯煤矿冒落区M4砂岩水水量、水压相对较大，巷道顶板为泥岩经浸泡后强度降低，巷道支护困难，防止冒落范围扩大等问题，研究对冒落区冒落地点的巷道进行水泥注浆充填，最后对M4含水层注浆，充填裂隙，保证矿井井筒及周围硐安全。

关键词：冒落区、M4砂岩水、设计、水泥量配比

1矿井概况

郭屯煤矿位于山东省巨野煤田中部，设计年产能240万t，于2010年正式投产，服务年限52.4a，该矿煤层埋深850m以上，开采深度-600～-1200m，水压最高时达7MPa，是巨野煤田的一对大涌水量矿井。

2治理设计思路

基本原则：一防止漏顶面积及水量继续增大；二冒落区治理要确保主副井筒安全；三缩短工期，尽快恢复巷道施工；四是节约资金。

治理方案：由于M4水量、水压相对较大，巷道顶板为泥岩经浸泡后强度降低，巷道支护困难，为防止冒落范围扩大，决定封闭冒落区，首先对冒落地点的巷道进行水泥注浆充填，第二部对巷道顶板以上的冒落通道进行充填，最后对M4含水层注浆，充填裂隙。

在注浆前施工泄压孔和观测孔，以便随时观测冒落区内水压变化情况，以保证井筒和周围硐室安全。

3治理情况

3.1密闭墙及泄压孔施工

3.1.1密闭墙施工

密闭墙距冒落区中心5m，厚2.5m采用水泥浇筑，密闭墙以外的10m全部用矸石进行充填，以防止漏顶面进一步积扩大，在施密闭墙中预埋泄压管14根，用来注浆和泄压，各孔孔底布置在冒落区下方并依次抬高。注浆先从下部开始，上部水管作为泄压孔，注入水泥550吨，最终留有9#、14#两个注浆管放水泄压。

3.1.2泄压孔施工

冒落通道自巷道顶板向上到M4砂岩约14m，为防止注浆对井筒和周围硐室造成破坏，在冒落区西侧施工（15-20#）6个注浆孔，因顶板为泥岩，胶接性差，受水浸泡后，强度降低，造成多次塌孔（其中15#孔喷矸量达一矿车之多），施工困难。决定在总回风巷施工6个（21～26#）钻孔，利用其中3个（21#、22#、23#）注浆，另外3（24、25、26#）个放水泄压。最终有3个孔（24、25、26#）造孔成功，孔底高度在顶板以上35～36m，位在冒空区上部M4砂岩上部。经试验证实，24、25、26#与冒落区水体的联通性较好，决定利用24、25、26#孔放水泄压、通过原施工的9#、14#孔继续对冒落区进行注浆充填。

3.2注浆充填

3.2.1注浆工艺流程

采用地面、现场相结合的注造浆方法，对冒落区充填时，因注浆量较大，采用地面注浆造浆；对泄压孔进行封闭注浆时采用现场造浆，以便于注浆压力观测。

工艺流程：单液水泥浆经搅拌器---注浆泵---控制阀----输浆管---控制阀---钻孔---冒落区。为加快水泥凝结，在浆液加入3-10%的水玻璃。

3.2.2浆液配比：

水泥浆配比以水灰比1：1左右为宜，如果长时间注入不升压，则考虑加大浆液浓度。水灰配比可到0.6：1。

3.2.3注浆压力调整

①本次注浆为泄压式注浆，主要目的为充填冒落区通道。开启24、25#孔放水，利用26#孔作为观测孔，安设（量程不超过8MPa）压力表，随时对冒落区压力进行观测。最大压力不得超过4MPa。

②注浆过程中，可根据进浆量多少来调整注浆压力，每改变一次浆液浓度最少持续20分钟。

③注浆过程中，当注浆量增加，而压力不升时，要加大注浆量，同时提高一级浆液浓度；

④当注浆压力缓慢增加时，说明浆液对冒落区及孔口周围的裂隙充填比较充分，这时要降低一级泵量，提高液浓度，以增加水泥在冒落区低部的沉积量；

⑤当注浆压力呈波状时，说明浆液进入裂隙，要适当加大泵量，提高注浆压力。但不得超过4MPa。

3.2.5结束标准

当注入冒落区的水泥量达到1170吨左右、放水孔中水泥含量和注入量相同、注浆压力达到4MPa左右时，可考虑注浆结束。

3.2.6注浆充填情况

24、25#孔放水泄压（水量约180m3/h），26#孔为观测孔（最大压力不超过4MPa）情况下，共注入水泥1130吨，因注浆压力增加暂停注浆。

4泄压孔封闭

4.1水泥量计算

注浆后浆液由下向上沉积。沉积高度按砂岩厚度22m、扩散半径按15m计算，需注浆量：

V=AHπR2nβ

式中：V-注浆孔浆液预算注入量，m3

A-浆液消耗系数，1.3

H-注浆段高，m，即M4砂岩厚度取22

R-有效扩散半径m,15

n-岩石裂隙率，3%

β-浆液充填系数，0.8

需注入水泥浆：V=AHπR2nβ=485m3

水泥按浆液配比按1:1，根据公式计算需用水泥量为：

Wc=dcV/(1+dcρ)

式中：Wc-水泥用量；V-浆液体积m3，485；dc-水泥比重3；ρ-水灰比1：1

Wc=dcV/(1+dcρ)=364（t）

因此，充填冒落区M4砂岩需共用水泥364t。

4.2注浆措施

1、为防止注浆压力增加对附近的井筒及硐室造成破坏，在冒落区周围施一个观测孔（补6#），随时对冒落区内水压进行观测，必要时停止注浆或放水泄压，观测孔压力控制在6.5MPa以下。

2、利用24、25、26#进行交替注浆，在其中一孔注浆，另外两孔可打钻探查，掌握冒落区内水泥沉积高度或扩散情况，以确保注浆效果。

3、当观测孔压力小于6.5MPa,而孔注浆压力增大、进浆量小时，可进行扫孔复注。

4、注浆前，对冒落区附近巷道及注浆孔周围进行锚杆固，并对各出水点的水量进行观测，作好记录。

5、不能连续注浆时，在停泵前压清水不少于30分钟，使已注入的充分浆液扩散，为下次注浆做好准备。

6、当注入水泥量达到350吨以上或压力大于6.5MPa时，可结束注浆。

7、注浆结束后，当观测孔水压稳、孔口周围及巷道内无出水点时，直接对观测孔进行注浆封闭。

5封堵效果

经过对技术方案实施后，注入水泥371吨，水玻璃108吨，注浆最大压力6.5Mpa，观测30天后水压稳定，对观测孔进行了封堵。M4砂岩水量由于180m3/h减小到为零，封堵效果达到100%。

6.结语

1、对动水注浆时，如果直接对出水点进行注浆或充填，往往难以取得好的效果，可根据现场条件在出水点为上游或迳流带上施工放水孔，降低或减缓水的流速，便于浆液或充填料的沉积。

2、开采煤层埋藏深的矿井，含水层水压相对较大，施工放水孔不仅降低水的流速，还可降低水压，提高成功率。

3、放水孔要与充填区域要保持一定距离，防止浆液通过放水孔流出，影响充填效果。

4、注浆过程中要及时对充填情况进行探查，保证封堵质量。

5、此次冒落区堵水成功为深井注浆堵水积累一定经验，降低了排水费用，提高效益，减少热量的扩散，有利于改善工作环境。

作者简介：

（1）张冲冲（1987-），助理工程师，毕业于山东科技大学，采矿工程专业，本科学历，主要从事矿井水文工程设计与技术研究研究工作，Email：chong198727@163.com。

（2）孟凡超（1987-），助理工程师，毕业于山东科技大学，采矿工程专业，本科学历，主要从事矿井水文工程设计与技术研究研究工作。