水災(zāi)防治(第11章)

1、第十一章第十一章煤層底板注漿加固技術(shù)煤層底板注漿加固技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述v 華北及華東地區(qū)二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組的二華北及華東地區(qū)二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組的二1煤普煤普遍發(fā)育，煤層賦存穩(wěn)定，厚度大，儲量豐富，遍發(fā)育，煤層賦存穩(wěn)定，厚度大，儲量豐富，煤質(zhì)好，經(jīng)濟(jì)價值高，開采條件好，是許多礦煤質(zhì)好，經(jīng)濟(jì)價值高，開采條件好，是許多礦區(qū)的主要開采煤層之一。區(qū)的主要開采煤層之一。二二1煤下部地層有幾個含水性很強(qiáng)的灰?guī)r巖溶含水層：煤下部地層有幾個含水性很強(qiáng)的灰?guī)r巖溶含水層：太原組薄層灰?guī)r含水層太原組薄層灰?guī)r含水層奧陶系灰?guī)r含水層奧陶系灰?guī)r含水層寒武系灰?guī)r含水層寒武系灰?guī)r含水層 在二在二1煤層與幾個含水層之間有幾個

2、良好的隔水層，發(fā)揮了煤層與幾個含水層之間有幾個良好的隔水層，發(fā)揮了很好的隔水作用。很好的隔水作用。）二）二1煤底板至太原組灰?guī)r之間的海相泥巖和砂質(zhì)泥巖隔水層煤底板至太原組灰?guī)r之間的海相泥巖和砂質(zhì)泥巖隔水層v 巖性致密均勻，隔水性能好，華北和華東地區(qū)普遍發(fā)育。海巖性致密均勻，隔水性能好，華北和華東地區(qū)普遍發(fā)育。海相泥巖的厚度和致密程度決定其隔水性能，河南鄭州礦區(qū)海相泥巖的厚度和致密程度決定其隔水性能，河南鄭州礦區(qū)海相泥巖厚度為相泥巖厚度為812m，焦作礦區(qū)，焦作礦區(qū)2023m，鶴壁礦區(qū)，鶴壁礦區(qū)3040m，永城礦區(qū)永城礦區(qū)50m，海相泥巖越厚，隔水性能越好。，海相泥巖越厚，隔水性能越好。）本溪組

3、地層）本溪組地層v 主要是鋁土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，夾有煤線和黃鐵礦、主要是鋁土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，夾有煤線和黃鐵礦、赤鐵礦薄層，如果本溪組地層較厚，可有效阻隔奧陶系與赤鐵礦薄層，如果本溪組地層較厚，可有效阻隔奧陶系與L14灰?guī)r之間的水力聯(lián)系?；?guī)r之間的水力聯(lián)系。）太原組中段的砂質(zhì)泥巖隔水層）太原組中段的砂質(zhì)泥巖隔水層v 它起到了阻隔它起到了阻隔L14灰?guī)r與灰?guī)r與L78灰?guī)r之間水力聯(lián)系的作用。灰?guī)r之間水力聯(lián)系的作用。近年來，回采工作面底板突水事故呈上升趨勢，究其原因有以下幾點(diǎn)：近年來，回采工作面底板突水事故呈上升趨勢，究其原因有以下幾點(diǎn)： 二二1煤底板海相泥巖地層太薄，不足于抵抗底板突水

4、壓力。煤底板海相泥巖地層太薄，不足于抵抗底板突水壓力。 回采工作面前后方煤層底板受礦山壓力擾動，破壞了底板隔水層的完整性，回采工作面前后方煤層底板受礦山壓力擾動，破壞了底板隔水層的完整性，降低其強(qiáng)度，弱化其隔水性能。降低其強(qiáng)度，弱化其隔水性能。 煤層底板巖層中存在有裂隙、溶隙、斷層、陷落柱等，溝通了含水層與二煤層底板巖層中存在有裂隙、溶隙、斷層、陷落柱等，溝通了含水層與二1煤煤層之間的水力聯(lián)系。層之間的水力聯(lián)系。 開采深度越來越大，承擔(dān)的水壓越來越高，突水的概率增高，突水量也相對開采深度越來越大，承擔(dān)的水壓越來越高，突水的概率增高，突水量也相對增大。增大。 采煤方法不正確，巷道布置不合理，回采

5、工藝不對路，不利于底板水的防治。采煤方法不正確，巷道布置不合理，回采工藝不對路，不利于底板水的防治。 水文地質(zhì)工作不到位，防治水措施不得力，沒有認(rèn)真貫徹執(zhí)行水文地質(zhì)工作不到位，防治水措施不得力，沒有認(rèn)真貫徹執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方針。的防治水方針。 防治水安全投入不夠，礦井排水能力不足，防治水工程不完善。防治水安全投入不夠，礦井排水能力不足，防治水工程不完善。v 2001年肥城礦區(qū)首先提出對二年肥城礦區(qū)首先提出對二1煤底板進(jìn)行注漿加固煤底板進(jìn)行注漿加固的方案：的方案： 在回采工作面上、下順槽及開切眼準(zhǔn)備出來之后，在回采工作面

6、上、下順槽及開切眼準(zhǔn)備出來之后，先用直流電法儀或瞬變電磁儀對回采工作面圈定范先用直流電法儀或瞬變電磁儀對回采工作面圈定范圍內(nèi)煤層底板含水層進(jìn)行超前探測，找出可能發(fā)生圍內(nèi)煤層底板含水層進(jìn)行超前探測，找出可能發(fā)生突水的局部區(qū)域（低阻區(qū)）突水的局部區(qū)域（低阻區(qū)） 在上、下順槽向低阻區(qū)上方海相泥巖打鉆在上、下順槽向低阻區(qū)上方海相泥巖打鉆 在地面建立注漿站，通過輸漿管路與鉆孔孔口管在地面建立注漿站，通過輸漿管路與鉆孔孔口管上的高壓閘閥連接，注漿加固海相泥巖，充填其涌上的高壓閘閥連接，注漿加固海相泥巖，充填其涌水通道，防止開采期間回采工作面及其后方采空區(qū)水通道，防止開采期間回采工作面及其后方采空區(qū)底板突水

7、。底板突水。 近幾年來，焦作礦區(qū)、永城礦區(qū)、鄭州礦區(qū)也相繼采用了這一近幾年來，焦作礦區(qū)、永城礦區(qū)、鄭州礦區(qū)也相繼采用了這一技術(shù)，并取得了成功，這一技術(shù)有著廣泛的推廣應(yīng)用前景。技術(shù)，并取得了成功，這一技術(shù)有著廣泛的推廣應(yīng)用前景。第二節(jié)第二節(jié)注漿加固層位的確定注漿加固層位的確定 巖層厚度應(yīng)大于由于礦山壓力向底板中傳播所形成的破碎帶厚度。巖層厚度應(yīng)大于由于礦山壓力向底板中傳播所形成的破碎帶厚度。 加固地層可注性強(qiáng)，漿液可在地層中大面積擴(kuò)散，在高壓注漿條件加固地層可注性強(qiáng)，漿液可在地層中大面積擴(kuò)散，在高壓注漿條件下不跑漿，漿液利用率高。下不跑漿，漿液利用率高。 加固以后可有效改變底板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)

8、，提高其強(qiáng)度和隔水加固以后可有效改變底板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)，提高其強(qiáng)度和隔水性能，有效防止底板突水。性能，有效防止底板突水。 在井下布置鉆場方便，輔助工程量小，注漿鉆孔鉆進(jìn)工程量小。在井下布置鉆場方便，輔助工程量小，注漿鉆孔鉆進(jìn)工程量小。 為了保證注漿加固煤層底板的防治水效果，必須首先確定加固哪一為了保證注漿加固煤層底板的防治水效果，必須首先確定加固哪一個層位。如果加固層位距離煤層太近，在注漿過程中可能會出現(xiàn)大量跑個層位。如果加固層位距離煤層太近，在注漿過程中可能會出現(xiàn)大量跑漿，浪費(fèi)注漿材料，達(dá)不到加固目的；加固層位距離煤層太遠(yuǎn)，鉆孔工漿，浪費(fèi)注漿材料，達(dá)不到加固目的；加固層位距離煤層太遠(yuǎn)，鉆

9、孔工程量大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理；加固層位太薄，加固后其強(qiáng)度仍然不足以抵程量大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理；加固層位太薄，加固后其強(qiáng)度仍然不足以抵抗水的壓力；加固層位太厚，可能會消耗更多的注漿材料，費(fèi)工費(fèi)時，抗水的壓力；加固層位太厚，可能會消耗更多的注漿材料，費(fèi)工費(fèi)時，影響回采進(jìn)度。影響回采進(jìn)度。合理的加固層位應(yīng)該是：合理的加固層位應(yīng)該是：一、回采引起底板巖層形成破碎帶厚度的確定一、回采引起底板巖層形成破碎帶厚度的確定（一）理論計算法（一）理論計算法（二）巷道觀測（二）巷道觀測（三）鉆孔透視法（三）鉆孔透視法（四）鉆孔電視法（四）鉆孔電視法二、注漿加固底板層位的確定二、注漿加固底板層位的確定v 二二1煤底板海相

10、泥巖底與太原組地層呈整合接觸，是注漿加固煤層底板煤底板海相泥巖底與太原組地層呈整合接觸，是注漿加固煤層底板的首選層位。選擇這一層位需要考慮以下幾個方面的因素：的首選層位。選擇這一層位需要考慮以下幾個方面的因素：1. 二二1煤底板海相泥巖的厚度煤底板海相泥巖的厚度 通過計算和礦壓觀測，支承壓力對底板的強(qiáng)烈擾動深度為通過計算和礦壓觀測，支承壓力對底板的強(qiáng)烈擾動深度為2030m2030m。因此，海相泥巖厚度大于因此，海相泥巖厚度大于30m30m才能選擇加固這一層位，否則即使海相才能選擇加固這一層位，否則即使海相泥巖得到了加固，也不能實(shí)現(xiàn)阻止底板突水的效果。泥巖得到了加固，也不能實(shí)現(xiàn)阻止底板突水的效果

11、。2. 加固區(qū)域是否有采空區(qū)加固區(qū)域是否有采空區(qū) 注漿加固煤層底板施工時注漿站是在地面設(shè)置，由于注漿站與受注漿加固煤層底板施工時注漿站是在地面設(shè)置，由于注漿站與受注地點(diǎn)高差比較大，漿柱壓力很高，一般屬高壓注漿。如果加固區(qū)域注地點(diǎn)高差比較大，漿柱壓力很高，一般屬高壓注漿。如果加固區(qū)域有采空區(qū)，漿液就有可能向采空區(qū)擴(kuò)散。盡管消耗了大量的注漿材料，有采空區(qū)，漿液就有可能向采空區(qū)擴(kuò)散。盡管消耗了大量的注漿材料，仍然達(dá)不到注漿加固的預(yù)期效果。仍然達(dá)不到注漿加固的預(yù)期效果。3. 采空區(qū)與注漿加固區(qū)域的相對位置采空區(qū)與注漿加固區(qū)域的相對位置 如果采空區(qū)與注漿加固區(qū)域距離較遠(yuǎn)，可以不考慮采空區(qū)的影響。如果采空

12、區(qū)與注漿加固區(qū)域距離較遠(yuǎn)，可以不考慮采空區(qū)的影響。（一）加固二（一）加固二1煤底板海相泥巖煤底板海相泥巖（二）加固太原組上段薄層灰?guī)r（二）加固太原組上段薄層灰?guī)rv 如果二如果二1煤底板泥巖的厚度太薄，應(yīng)選擇加固太原組煤底板泥巖的厚度太薄，應(yīng)選擇加固太原組上段薄層灰?guī)r。與加固泥巖底板相比，有其明顯的優(yōu)上段薄層灰?guī)r。與加固泥巖底板相比，有其明顯的優(yōu)越性，越性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：主要表現(xiàn)在以下幾個方面：直接充填薄層灰?guī)r巖溶裂隙，從根本上治理薄層灰直接充填薄層灰?guī)r巖溶裂隙，從根本上治理薄層灰?guī)r突水。巖突水?？梢詫⑻M上段薄層灰?guī)r由含水層變?yōu)楦羲畬?，可以將太原組上段薄層灰?guī)r由含水層變?yōu)楦羲畬?，?/p>

13、加了二增加了二1太原組上段薄層灰?guī)r煤底板隔水層的厚度，太原組上段薄層灰?guī)r煤底板隔水層的厚度，增強(qiáng)抵抗增強(qiáng)抵抗L14灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r突水的能力?；?guī)r和奧陶系灰?guī)r突水的能力。巖溶裂隙發(fā)育，可注性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期的注漿加巖溶裂隙發(fā)育，可注性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期的注漿加固效果。固效果。灰?guī)r強(qiáng)度較大，能夠承受較高的灰?guī)r強(qiáng)度較大，能夠承受較高的注漿壓力注漿壓力，注漿過程，注漿過程中失漿量少，不易發(fā)生底鼓現(xiàn)象。中失漿量少，不易發(fā)生底鼓現(xiàn)象。（三）加固太原組中段隔水層（三）加固太原組中段隔水層v 選擇注漿加固太原組中段隔水層的主要是選擇注漿加固太原組中段隔水層的主要是鄭州礦區(qū)。鄭州礦區(qū)。v 該礦區(qū)二該礦區(qū)二1煤泥

14、巖底板厚度僅有煤泥巖底板厚度僅有812m，太原組上段太原組上段L78灰?guī)r厚度灰?guī)r厚度810m。如果加固。如果加固L78灰?guī)r，由于距離煤層太近，注漿壓力又比灰?guī)r，由于距離煤層太近，注漿壓力又比較大，注漿過程中跑漿現(xiàn)象嚴(yán)重，局部出現(xiàn)底較大，注漿過程中跑漿現(xiàn)象嚴(yán)重，局部出現(xiàn)底鼓，達(dá)不到預(yù)期的加固效果。將鉆孔打到鼓，達(dá)不到預(yù)期的加固效果。將鉆孔打到L56灰?guī)r，增加止?jié){層厚度和強(qiáng)度，可有效控制跑灰?guī)r，增加止?jié){層厚度和強(qiáng)度，可有效控制跑漿，提高漿液利用率。漿，提高漿液利用率。第三節(jié)第三節(jié)底板注漿加固方案的確定底板注漿加固方案的確定一、注漿加固時機(jī)與順序的選擇一、注漿加固時機(jī)與順序的選擇v 選擇加固底板的時

15、機(jī)必須貫徹選擇加固底板的時機(jī)必須貫徹“預(yù)測預(yù)報、預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原的防治水原則，注漿加固底板的時機(jī)應(yīng)選擇則，注漿加固底板的時機(jī)應(yīng)選擇在回采工作面在回采工作面上、下順槽和開切眼掘進(jìn)完成之后上、下順槽和開切眼掘進(jìn)完成之后進(jìn)行。先用進(jìn)行。先用直流電法或瞬變電磁法直流電法或瞬變電磁法對煤層底板進(jìn)行一次全對煤層底板進(jìn)行一次全面的水文地質(zhì)物理探測，圈定回采工作面推進(jìn)面的水文地質(zhì)物理探測，圈定回采工作面推進(jìn)范圍內(nèi)的低阻區(qū)，然后根據(jù)低阻區(qū)的分布進(jìn)行范圍內(nèi)的低阻區(qū)，然后根據(jù)低阻區(qū)的分布進(jìn)行注漿加固方案設(shè)計。注漿加固方案設(shè)計。二、煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報

16、二、煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報v煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的目的：煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的目的： 查明推進(jìn)范圍內(nèi)煤層底板的水文地質(zhì)情查明推進(jìn)范圍內(nèi)煤層底板的水文地質(zhì)情況，找出發(fā)生底板突水的可疑區(qū)，然后針對況，找出發(fā)生底板突水的可疑區(qū)，然后針對可疑區(qū)采取有效措施。由于水是良好的導(dǎo)電可疑區(qū)采取有效措施。由于水是良好的導(dǎo)電體，電阻率很低，多數(shù)巖石是半導(dǎo)體，電阻體，電阻率很低，多數(shù)巖石是半導(dǎo)體，電阻率很高，所以目前采用最多的預(yù)測預(yù)報方法率很高，所以目前采用最多的預(yù)測預(yù)報方法是直流電法和瞬變電磁法。是直流電法和瞬變電磁法。（一）采用直流電法儀進(jìn)行煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報（一）采用直流電法儀進(jìn)行煤層底板水文

17、地質(zhì)預(yù)測預(yù)報直流電法儀直流電法儀v 運(yùn)用直流電法儀采用三極交匯法進(jìn)運(yùn)用直流電法儀采用三極交匯法進(jìn)行掘進(jìn)工作面超前水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，行掘進(jìn)工作面超前水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，同樣也可以運(yùn)用直流電法儀，采用四極同樣也可以運(yùn)用直流電法儀，采用四極對稱法進(jìn)行回采工作面超前水文地質(zhì)預(yù)對稱法進(jìn)行回采工作面超前水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報。測預(yù)報。v 采用四極對稱法可以探測煤層底板采用四極對稱法可以探測煤層底板60100m范圍內(nèi)的水文地質(zhì)情況，這一范圍內(nèi)的水文地質(zhì)情況，這一深度對華北多數(shù)礦區(qū)來說，均可以了解深度對華北多數(shù)礦區(qū)來說，均可以了解到到L78灰?guī)r的富水情況，有些地區(qū)二灰?guī)r的富水情況，有些地區(qū)二1煤煤底板泥巖較薄，可以探

18、測到底板泥巖較薄，可以探測到L14灰?guī)r甚至灰?guī)r甚至于奧陶系灰?guī)r的富水情況。于奧陶系灰?guī)r的富水情況。四極對稱法：四極對稱法：圖11-1某礦28031（B）工作面煤層底板36m以深直流電法探測結(jié)果平面圖050100150200250050100050100150200250050100比 例 尺 ： 1 ： 1 5 0 0下 付 巷上 付 巷上 3 點(diǎn)流 1 點(diǎn) 東 40m 處28031(A)工作面切巷（二）采用瞬變電磁儀進(jìn)行煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報（二）采用瞬變電磁儀進(jìn)行煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報1. 瞬變電磁儀工作原理瞬變電磁儀工作原理v 瞬變電磁法：瞬變電磁法： 利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈

19、沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期利用不接地回線向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次渦流場，從而探測間利用線圈或接地電極觀測地下介質(zhì)中引起的二次渦流場，從而探測介質(zhì)電阻率。介質(zhì)電阻率。v 探測原理：探測原理： 當(dāng)發(fā)射回線中電流突然斷開后，地下介質(zhì)激勵起感應(yīng)渦流場以維持當(dāng)發(fā)射回線中電流突然斷開后，地下介質(zhì)激勵起感應(yīng)渦流場以維持在斷開電流以前存在的磁場，此二次渦流場呈多個層殼的在斷開電流以前存在的磁場，此二次渦流場呈多個層殼的“環(huán)帶環(huán)帶”型，型，隨著時間的延長在發(fā)射回線附近介質(zhì)逐步向下及向外擴(kuò)展，不同時間隨著時間的延長在發(fā)射回線附近介質(zhì)逐步向下及向外擴(kuò)

20、展，不同時間到達(dá)不同深度和范圍。二次渦流場極大值沿著與發(fā)射回線平面成到達(dá)不同深度和范圍。二次渦流場極大值沿著與發(fā)射回線平面成30傾角的錐形斜面向下、向外傳播，感應(yīng)渦流場在探測面引起的磁場為傾角的錐形斜面向下、向外傳播，感應(yīng)渦流場在探測面引起的磁場為整個整個“環(huán)帶環(huán)帶”各個渦流層的總效應(yīng)，此效應(yīng)可以簡單的用不同時間逐各個渦流層的總效應(yīng)，此效應(yīng)可以簡單的用不同時間逐步向外及向下擴(kuò)散和電流環(huán)（稱之為步向外及向下擴(kuò)散和電流環(huán)（稱之為“煙圈煙圈”）相等效，）相等效，“煙圈煙圈”沿沿47傾斜錐面擴(kuò)展。傾斜錐面擴(kuò)展。v TEM47HP是加拿大是加拿大Geonics 公司專門生產(chǎn)的井下探水公司專門生產(chǎn)的井下探

21、水瞬變電磁系統(tǒng)，也叫瞬變電磁系統(tǒng)，也叫PROTEM47HP。v 其組成包括：其組成包括：圖圖11-3TEM47HP井下探水系統(tǒng)的組成井下探水系統(tǒng)的組成 TEM47HP發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)高頻接收線圈高頻接收線圈 接收機(jī)接收機(jī)可調(diào)節(jié)角度的井下可調(diào)節(jié)角度的井下多匝發(fā)射線圈多匝發(fā)射線圈 同步電纜同步電纜 PROTEM數(shù)字接收機(jī)數(shù)字接收機(jī) TEM47HP發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī) 高頻接收線圈高頻接收線圈 可調(diào)節(jié)角度的井下多匝發(fā)射可調(diào)節(jié)角度的井下多匝發(fā)射線圈線圈 TEMB全空間正、反演軟件全空間正、反演軟件 （1）TEM47HP井下探水系統(tǒng)的組成井下探水系統(tǒng)的組成 （2）井下瞬變電磁法的裝置結(jié)構(gòu)）井下瞬變電磁法的裝置結(jié)構(gòu)

22、重疊回線裝置重疊回線裝置 中心裝置中心裝置 共面偶極裝置共面偶極裝置 共軸偶極裝置共軸偶極裝置圖圖11-4 剖面探測裝置方式剖面探測裝置方式TxRx共面偶極裝置共面偶極裝置TxRx共軸線偶極裝置共軸線偶極裝置Tx Rx中心裝置中心裝置（3）技術(shù)指標(biāo)）技術(shù)指標(biāo) 2. 巷道掘進(jìn)頭超前探測應(yīng)用實(shí)例巷道掘進(jìn)頭超前探測應(yīng)用實(shí)例圖圖11-7 第一次初探結(jié)果第一次初探結(jié)果圖圖11-8 第二次初探結(jié)果第二次初探結(jié)果圖圖11-9 第三次初探結(jié)果第三次初探結(jié)果圖圖11-10 第四次初探結(jié)果第四次初探結(jié)果圖圖11-11 第五次初探結(jié)果第五次初探結(jié)果（1 1）對巷道掘進(jìn)頭的超前探測）對巷道掘進(jìn)頭的超前探測（2 2）在

23、巷道內(nèi)探測采區(qū)煤層底板儲水構(gòu)造）在巷道內(nèi)探測采區(qū)煤層底板儲水構(gòu)造三、注漿加固方案三、注漿加固方案v 注漿系統(tǒng)注漿系統(tǒng)v 注漿方式注漿方式v 注漿材料注漿材料v 注漿參數(shù)注漿參數(shù)v 注漿順序注漿順序v 注漿技術(shù)措施等。注漿技術(shù)措施等。v 工作面概況工作面概況v 工作面底板巖層水文地質(zhì)分析工作面底板巖層水文地質(zhì)分析v 鉆場布置鉆場布置v 鉆孔結(jié)構(gòu)鉆孔結(jié)構(gòu)v 鉆孔施工順序鉆孔施工順序v 鉆孔施工技術(shù)要求鉆孔施工技術(shù)要求v回采工作面底板注漿加固方案設(shè)計的主要內(nèi)容包括：回采工作面底板注漿加固方案設(shè)計的主要內(nèi)容包括：（一）工作面概況（一）工作面概況v 說明：說明： 回采工作面位置、技術(shù)參數(shù)回采工作面位置、

24、技術(shù)參數(shù) 煤層賦存特征煤層賦存特征 底板巖性底板巖性 采煤方法采煤方法 煤層底板標(biāo)高煤層底板標(biāo)高 地面標(biāo)高及相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)等情況。地面標(biāo)高及相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)等情況。（二）工作面底板巖層水文地質(zhì)分析（二）工作面底板巖層水文地質(zhì)分析 說明煤層底板直接充水含水層、間接充水含水層的巖性、強(qiáng)度、說明煤層底板直接充水含水層、間接充水含水層的巖性、強(qiáng)度、厚度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、含水性、導(dǎo)水性、水頭高度、水壓、厚度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、含水性、導(dǎo)水性、水頭高度、水壓、補(bǔ)給水源、補(bǔ)給與季節(jié)的關(guān)系及其與煤層之間的相對位置。補(bǔ)給水源、補(bǔ)給與季節(jié)的關(guān)系及其與煤層之間的相對位置。 說明煤層底板直接隔水層、間接隔水層的巖性、厚度

25、、節(jié)理裂隙說明煤層底板直接隔水層、間接隔水層的巖性、厚度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、強(qiáng)度、隔水性能及與煤層之間的相對位置。發(fā)育程度、強(qiáng)度、隔水性能及與煤層之間的相對位置。 說明回采范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，分析斷層、裂隙的含導(dǎo)水性，各含說明回采范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，分析斷層、裂隙的含導(dǎo)水性，各含水層之間的水力聯(lián)系等。水層之間的水力聯(lián)系等。 介紹煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的主要結(jié)論，結(jié)合本礦在過去生介紹煤層底板水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報的主要結(jié)論，結(jié)合本礦在過去生產(chǎn)中水災(zāi)事故特點(diǎn)，分析有可能發(fā)生底板突水的主要區(qū)域，突水產(chǎn)中水災(zāi)事故特點(diǎn)，分析有可能發(fā)生底板突水的主要區(qū)域，突水強(qiáng)度、突水量預(yù)測等。強(qiáng)度、突水量預(yù)測等。（三）注漿加固

26、范圍及加固層位的確定（三）注漿加固范圍及加固層位的確定v 分析注漿加固、改造底板隔水層的必要性，確定注分析注漿加固、改造底板隔水層的必要性，確定注漿加固總體方案，包括：漿加固總體方案，包括： 加固范圍和加固層位、加固工程量、輔助工程量、加固范圍和加固層位、加固工程量、輔助工程量、輔助工程位置、需要的鉆場數(shù)量、鉆孔數(shù)目、注漿輔助工程位置、需要的鉆場數(shù)量、鉆孔數(shù)目、注漿系統(tǒng)、工程工期、工程進(jìn)度、施工組織等。系統(tǒng)、工程工期、工程進(jìn)度、施工組織等。v 根據(jù)高壓注漿堵水加固工作原理，選用先進(jìn)合理的根據(jù)高壓注漿堵水加固工作原理，選用先進(jìn)合理的技術(shù)路線，以技術(shù)路線，以“堵源截流、阻堵結(jié)合、加固底板堵源截流、

27、阻堵結(jié)合、加固底板”為為原則，采用先簡單、后復(fù)雜，先骨料后單液，最后采原則，采用先簡單、后復(fù)雜，先骨料后單液，最后采用雙液漿的注漿順序，保證注漿加固，改造底板的目用雙液漿的注漿順序，保證注漿加固，改造底板的目的。的。（四）鉆場布置（四）鉆場布置v 鉆場位置應(yīng)選擇頂板較完整的地段，盡可能不影響鉆場位置應(yīng)選擇頂板較完整的地段，盡可能不影響工作面上下順槽中的設(shè)備運(yùn)行。工作面上下順槽中的設(shè)備運(yùn)行。v 合理設(shè)計鉆場巷道斷面，為了避免鉆場巷道斷面過合理設(shè)計鉆場巷道斷面，為了避免鉆場巷道斷面過大，鉆場內(nèi)鉆孔可全部設(shè)計為斜孔。大，鉆場內(nèi)鉆孔可全部設(shè)計為斜孔。v 鉆巷斷面規(guī)格一般為：鉆巷斷面規(guī)格一般為： 長長寬

28、寬高高=5m3m3mv 鉆巷的支護(hù)錨網(wǎng)支護(hù)、金屬棚子支護(hù)。盡量減少鉆鉆巷的支護(hù)錨網(wǎng)支護(hù)、金屬棚子支護(hù)。盡量減少鉆場數(shù)量，合理安排鉆孔施工順序。場數(shù)量，合理安排鉆孔施工順序。（五）注漿孔布置原則（五）注漿孔布置原則 根據(jù)低阻區(qū)分布范圍合理設(shè)計鉆孔的位置和數(shù)目，鉆孔的孔徑一般要大于根據(jù)低阻區(qū)分布范圍合理設(shè)計鉆孔的位置和數(shù)目，鉆孔的孔徑一般要大于75mm，漿液擴(kuò)散半徑按，漿液擴(kuò)散半徑按30m計算。計算。 盡量增加鉆孔揭露含水層的面積，確保注漿效果。盡量增加鉆孔揭露含水層的面積，確保注漿效果。 鉆孔設(shè)計方向要盡可能多的穿越斷層帶和裂隙，使鉆孔能大面積地揭露含鉆孔設(shè)計方向要盡可能多的穿越斷層帶和裂隙，使

29、鉆孔能大面積地揭露含水層。水層。 在斷層交叉、尖滅、拐彎處、工作面初次來壓、周期來壓顯現(xiàn)地段、煤柱、在斷層交叉、尖滅、拐彎處、工作面初次來壓、周期來壓顯現(xiàn)地段、煤柱、以及褶皺軸都要盡量多布置鉆孔。以及褶皺軸都要盡量多布置鉆孔。 鉆場內(nèi)注漿孔多為傘狀布置，根據(jù)鉆機(jī)的最大鉆進(jìn)深度，調(diào)整鉆孔的方位，鉆場內(nèi)注漿孔多為傘狀布置，根據(jù)鉆機(jī)的最大鉆進(jìn)深度，調(diào)整鉆孔的方位，均勻布置鉆孔。均勻布置鉆孔。 同一個鉆場要盡可能多布置鉆孔，以減少鉆場數(shù)量，減少鉆場輔助工程量。同一個鉆場要盡可能多布置鉆孔，以減少鉆場數(shù)量，減少鉆場輔助工程量。 鉆場內(nèi)鉆孔位置、傾角及方位的選擇要考慮到方便鉆機(jī)架設(shè)、方便鉆進(jìn)施鉆場內(nèi)鉆孔位

30、置、傾角及方位的選擇要考慮到方便鉆機(jī)架設(shè)、方便鉆進(jìn)施工。工。 各鉆孔要按照設(shè)計施工次序編號。各鉆孔要按照設(shè)計施工次序編號。（六）鉆孔結(jié)構(gòu)（六）鉆孔結(jié)構(gòu)v 注漿鉆孔選用注漿鉆孔選用135mm鉆頭開孔，下入鉆頭開孔，下入108mm、長長610m的無縫鋼管作孔口管，然后換用的無縫鋼管作孔口管，然后換用90mm鉆頭鉆鉆頭鉆進(jìn)，直至終孔位置。進(jìn)，直至終孔位置。v 如果二如果二1煤底板破碎，為防止注漿過程中從孔口附近漏漿，煤底板破碎，為防止注漿過程中從孔口附近漏漿，可選用可選用155mm鉆頭開孔，下入鉆頭開孔，下入146mm、長、長610m孔口管，然后換用孔口管，然后換用130mm鉆頭鉆進(jìn)，穿過鉆頭鉆進(jìn)，

31、穿過L7灰后，下入灰后，下入108mm二級套管，最后換用中二級套管，最后換用中90mm鉆頭鉆進(jìn)直至終鉆頭鉆進(jìn)直至終孔位置。孔位置。v 兩級套管均要注漿封閉，封閉套管時注兩級套管均要注漿封閉，封閉套管時注CS雙液漿，待雙液雙液漿，待雙液漿充分凝固后，掃孔注水，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。耐壓實(shí)驗(yàn)壓力不漿充分凝固后，掃孔注水，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。耐壓實(shí)驗(yàn)壓力不低于設(shè)計注漿終壓時的孔口壓力，持續(xù)時間不少于低于設(shè)計注漿終壓時的孔口壓力，持續(xù)時間不少于30min。（七）鉆孔施工順序（七）鉆孔施工順序v 為加快工程進(jìn)度，可安排為加快工程進(jìn)度，可安排23個鉆場同時施工，配備足夠的個鉆場同時施工，配備足夠的鉆孔與注漿設(shè)備，多工種

32、、多工序平行作業(yè)。鉆孔與注漿設(shè)備，多工種、多工序平行作業(yè)。v 為保證注漿加固效果，注漿孔要分三遍注漿：為保證注漿加固效果，注漿孔要分三遍注漿： 先施工第一序次鉆個數(shù)不低于鉆孔總數(shù)的先施工第一序次鉆個數(shù)不低于鉆孔總數(shù)的50%50%。完成一序次。完成一序次后再施工第二序次鉆孔，二序次的鉆孔個數(shù)不得低于總孔數(shù)的后再施工第二序次鉆孔，二序次的鉆孔個數(shù)不得低于總孔數(shù)的30%30%，一、二序次完成后再施工第三序次的檢查孔，檢查孔的，一、二序次完成后再施工第三序次的檢查孔，檢查孔的個數(shù)一般為總孔數(shù)的個數(shù)一般為總孔數(shù)的20%20%。（八）鉆孔施工技術(shù)要求（八）鉆孔施工技術(shù)要求 必須嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)定的鉆孔方位、

33、傾角。必須嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)定的鉆孔方位、傾角。 必須使用防噴反壓裝置，以免鉆具被高壓水頂出傷人。必須使用防噴反壓裝置，以免鉆具被高壓水頂出傷人。 孔口管要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，壓力不小于注漿終孔孔口壓力，持續(xù)耐孔口管要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，壓力不小于注漿終孔孔口壓力，持續(xù)耐壓時間不少于壓時間不少于30分鐘。分鐘。 及時、準(zhǔn)確、完整、清晰、準(zhǔn)確記錄鉆孔進(jìn)入各隔水層、含水層及時、準(zhǔn)確、完整、清晰、準(zhǔn)確記錄鉆孔進(jìn)入各隔水層、含水層的初始水量、最大水量、穩(wěn)定水量、出水壓力、巖層層位、換層的初始水量、最大水量、穩(wěn)定水量、出水壓力、巖層層位、換層深度、進(jìn)入含水層前有無深度、進(jìn)入含水層前有無“導(dǎo)高導(dǎo)高”、進(jìn)入含水層后巖溶發(fā)育

34、程度、進(jìn)入含水層后巖溶發(fā)育程度等簡易水文觀測資料。等簡易水文觀測資料。 防止鉆孔偏斜，制定切實(shí)可行的鉆孔防斜措施。防止鉆孔偏斜，制定切實(shí)可行的鉆孔防斜措施。（九）注漿材料（九）注漿材料1. 粘土粘土-水泥水泥-水玻璃漿液水玻璃漿液2. 粉煤灰粉煤灰-水泥漿液水泥漿液3單液水泥漿單液水泥漿4CS雙液漿雙液漿（十）注漿系統(tǒng)（十）注漿系統(tǒng)注漿系統(tǒng)組成由注漿系統(tǒng)組成由:地面制漿系統(tǒng)地面制漿系統(tǒng)注漿泵注漿泵送料孔送料孔井下注漿管路井下注漿管路井下注漿孔井下注漿孔地面制漿系統(tǒng)組成地面制漿系統(tǒng)組成:粘土制漿機(jī)粘土制漿機(jī)水泥添加器水泥添加器攪拌機(jī)攪拌機(jī)其它輔助設(shè)施其它輔助設(shè)施粘土制漿機(jī)采用肥城礦粘土制漿機(jī)采用

35、肥城礦業(yè)集團(tuán)的業(yè)集團(tuán)的NL12型制漿機(jī)，型制漿機(jī)，如圖如圖11-22所示。所示。圖圖11-22 粘土粘土-水泥漿注漿系統(tǒng)及工藝流程圖水泥漿注漿系統(tǒng)及工藝流程圖（十一）泵量與泵壓（十一）泵量與泵壓v采用：采用：v NBB250/6型泥漿泵型泥漿泵v 泵量為泵量為150250L/minv 水玻璃泵泵量為水玻璃泵泵量為80250L/min（十二）注漿方式（十二）注漿方式v 采用全段連續(xù)注漿方式，分孔分序次連續(xù)采用全段連續(xù)注漿方式，分孔分序次連續(xù)注漿，達(dá)到注漿終壓為止。以最大量注入，注漿，達(dá)到注漿終壓為止。以最大量注入，最大范圍擴(kuò)散，最大限度的充填巖溶裂隙為最大范圍擴(kuò)散，最大限度的充填巖溶裂隙為目的。

36、目的。v 對注漿孔初始水量大于對注漿孔初始水量大于100m3/h的鉆的鉆孔，可采取分段注漿，穿透含水層后最終達(dá)孔，可采取分段注漿，穿透含水層后最終達(dá)到注漿終孔位置。相鄰鉆孔在含水層段間距到注漿終孔位置。相鄰鉆孔在含水層段間距小于小于50m時，不得同時穿透含水層，以免時，不得同時穿透含水層，以免串漿。串漿。（十三）注漿參數(shù)（十三）注漿參數(shù)1. 漿液的比重漿液的比重2. 漿液的粘度漿液的粘度3. 單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)（十四）注漿施工技術(shù)要求（十四）注漿施工技術(shù)要求 注漿前要對注漿管路進(jìn)行檢查，確保管路暢通，然后對注漿管路進(jìn)行耐壓注漿前要對注漿管路進(jìn)行檢查，確保管路暢通，然后對注漿管路進(jìn)

37、行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不低于試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不低于6MPa，持續(xù)時間不得低于，持續(xù)時間不得低于20分鐘，合格后方可分鐘，合格后方可注漿。注漿。 注漿前要觀測其水量和水壓，并進(jìn)行單孔放水，放水時間不小于注漿前要觀測其水量和水壓，并進(jìn)行單孔放水，放水時間不小于10分鐘。分鐘。 要嚴(yán)格漿液配比標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)真做好記錄。要嚴(yán)格漿液配比標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)真做好記錄。 注漿過程中要根據(jù)注漿壓力和跑漿情況，及時調(diào)整注漿泵泵量和各種漿液注漿過程中要根據(jù)注漿壓力和跑漿情況，及時調(diào)整注漿泵泵量和各種漿液的比重。的比重。 注雙液漿時，應(yīng)首先開啟水泥漿泵，水泥漿進(jìn)入注漿孔注雙液漿時，應(yīng)首先開啟水泥漿泵，水泥漿進(jìn)入注漿孔10分鐘后按開

38、動分鐘后按開動水玻璃泵。達(dá)到注漿壓力要求時，停止注漿，先停水玻璃泵后停水泥漿水玻璃泵。達(dá)到注漿壓力要求時，停止注漿，先停水玻璃泵后停水泥漿泵。泵。 要嚴(yán)格注漿順序、注漿方式、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。要嚴(yán)格注漿順序、注漿方式、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。 如發(fā)現(xiàn)鉆孔串漿、堵塞或鉆孔進(jìn)漿量明顯較少時，要重新掃孔或補(bǔ)打檢查如發(fā)現(xiàn)鉆孔串漿、堵塞或鉆孔進(jìn)漿量明顯較少時，要重新掃孔或補(bǔ)打檢查孔注漿。孔注漿。 當(dāng)達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)及時關(guān)閉孔口閥門，卸下孔口高壓膠管。當(dāng)達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)及時關(guān)閉孔口閥門，卸下孔口高壓膠管。 注漿結(jié)束后，要及時將管路和混合器沖洗干凈，以備再用。注漿結(jié)束后，要及時將管路和混合器沖洗干凈，以備再用

39、。（十五）注漿效果檢查（十五）注漿效果檢查1鉆探檢查鉆探檢查2物探檢查物探檢查3綜合水動態(tài)分析綜合水動態(tài)分析第四節(jié)第四節(jié) 底板加固注漿工程實(shí)例底板加固注漿工程實(shí)例一、礦井概況一、礦井概況v 某礦位于焦作煤田東北部，開拓方式為立井暗斜井多水平開某礦位于焦作煤田東北部，開拓方式為立井暗斜井多水平開拓，采煤方法為走向長壁采煤法。拓，采煤方法為走向長壁采煤法。v 井田內(nèi)構(gòu)造以高角度的正斷層為主，煤系地層呈現(xiàn)單斜構(gòu)造井田內(nèi)構(gòu)造以高角度的正斷層為主，煤系地層呈現(xiàn)單斜構(gòu)造形態(tài)，局部存在褶曲構(gòu)造。形態(tài)，局部存在褶曲構(gòu)造。v 井田西部邊界為二井田西部邊界為二1煤層露頭，東部邊界附近為開放性的九里煤層露頭，東部邊

40、界附近為開放性的九里山斷層，南部邊界為北升南降、落差山斷層，南部邊界為北升南降、落差200m左右的正斷層，北部左右的正斷層，北部邊界為南升北降、落差邊界為南升北降、落差65m的的F4斷層。斷層。v 開采深度開采深度100740m，開采煤層為二疊系山西組二，開采煤層為二疊系山西組二1煤層，煤層，煤厚煤厚1.57.5m。v 歷史上曾多次發(fā)生突水事故，其中最大突水量歷史上曾多次發(fā)生突水事故，其中最大突水量4200m3/h。礦井正常涌水量礦井正常涌水量2280m3/h，涌水水源主要來自二，涌水水源主要來自二1煤層底板的煤層底板的L8灰?guī)r含水層。灰?guī)r含水層。二、二、23071工作面水文地質(zhì)條件工作面水文

41、地質(zhì)條件v 23071工作面位于井田南部二水平工作面位于井田南部二水平23采區(qū)的底部，采區(qū)的底部，走向長走向長640m，煤厚，煤厚4.45.2m，工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷，工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均沿煤層頂板布置。均沿煤層頂板布置。v 工作面水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，工作面水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，L8灰?guī)r含水層厚灰?guī)r含水層厚68m，水位，水位-90m，煤層底板隔水層厚，煤層底板隔水層厚3844m。在其上。在其上部的部的23051工作面回采過程中涌水量達(dá)工作面回采過程中涌水量達(dá)450m3/h，右上，右上部的部的20071工作面回采過程中涌水量達(dá)工作面回采過程中涌水量達(dá)780m3/h，23051和和20071工

42、作面涌水水源均來自二工作面涌水水源均來自二1煤層底板的煤層底板的L8灰?guī)r含灰?guī)r含水層。水層。三、突水原因分析及加固技術(shù)的可行性三、突水原因分析及加固技術(shù)的可行性v 在構(gòu)造破碎帶區(qū)域，二在構(gòu)造破碎帶區(qū)域，二1煤層隔水底板的穩(wěn)定性減煤層隔水底板的穩(wěn)定性減弱，抗壓強(qiáng)度小于弱，抗壓強(qiáng)度小于4MPa，隔水底板失去隔水功能，隔水底板失去隔水功能，位于煤系地層下部的位于煤系地層下部的L8含水層的高壓水沿構(gòu)造破碎帶含水層的高壓水沿構(gòu)造破碎帶涌人礦井。在煤層回采前預(yù)先對其破碎的隔水底板注涌人礦井。在煤層回采前預(yù)先對其破碎的隔水底板注漿加固，對位于煤層底板的漿加固，對位于煤層底板的L8灰?guī)r含水層含水溶洞進(jìn)灰?guī)r含水

43、層含水溶洞進(jìn)行注漿充填，把二行注漿充填，把二1煤層破碎的隔水底板變成堅固的整煤層破碎的隔水底板變成堅固的整體，將體，將L8灰?guī)r含水層改造成隔水層。這樣，在工作面灰?guī)r含水層改造成隔水層。這樣，在工作面回采過程中，就能避免突水事故發(fā)生。回采過程中，就能避免突水事故發(fā)生。四、注漿加固方案設(shè)計四、注漿加固方案設(shè)計（一）鉆場布置及設(shè)備（一）鉆場布置及設(shè)備v 1. 鉆場硐室鉆場硐室 鉆場硐室在運(yùn)輸巷上幫布置，與運(yùn)輸巷鉆場硐室在運(yùn)輸巷上幫布置，與運(yùn)輸巷走向垂直，其規(guī)格為走向垂直，其規(guī)格為5 53 32.4m2.4m，8 8個硐室，個硐室，間距間距60m60m。v 2. 鉆機(jī)鉆機(jī) 鉆機(jī)為鉆機(jī)為SGZ-MA30

44、0SGZ-MA300，注漿泵型號，注漿泵型號NBB-260NBB-260，額定注漿量為額定注漿量為260L/min260L/min；注漿壓力為；注漿壓力為7MPa7MPa。（二）注漿鉆孔（二）注漿鉆孔v 每個鉆場布置每個鉆場布置3-4個注漿釓孔，每個鉆孔設(shè)計為個注漿釓孔，每個鉆孔設(shè)計為二級孔口固定裝置。二級孔口固定裝置。 孔徑孔徑146mm146mm，長，長8 810m10m； 采用采用108mm108mm，=4.5mm=4.5mm的鋼管；的鋼管； 用用425425# #硅酸鹽水泥漿（水：水泥硅酸鹽水泥漿（水：水泥=1=1：1.21.2）固定；）固定； 其承受壓力大于其承受壓力大于4 MPa4 MPa。1. 一級孔口固定裝置一級孔口固定裝置 孔徑孔徑108mm10