五溝礦基巖防治水資料(共18頁)

1、 基巖段的防治(fngzh)水方案 小組(xioz)；鄭立穎 蘭昊晨 王新春(xnchn) 呂偉 第 頁 基巖段的防治(fngzh)水方案(一)五溝礦井田概況(gikung)及地質(zhì)特征 1）地形(dxng)與河流 本井田位于淮北平原中部，地勢平坦，自然地面標高26.3727.67m，一般27.00m左右。澮河流經(jīng)井田北部，屬淮河水系，為中型季節(jié)性河流。此外井田內(nèi)尚有縱橫交錯的人工溝渠。井田內(nèi)無大的地表水體，對礦井的井下開采沒有影響。2）新生界松散層含、隔水層（組）本井田基巖被厚度為262.36287.05m的北東薄南西厚的新生界松散層所覆蓋。按照沉積物的組合特征和含、隔水性能的不同，可將新生界

2、松散層自上而下依次分為一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含計4個含水層（組）和3個隔水層（組）。其中三隔主要由粘土和砂質(zhì)粘土組成，夾砂層或粘土質(zhì)砂。該隔水層粘土層可塑性好，膨脹性強，分布穩(wěn)定，厚度大，平均約61.50m，隔水性能良好，是井田內(nèi)重要的隔水層（組），可使其上覆地表水及一、二、三含水與下伏四含水以及基巖含水層水失去水力聯(lián)系。四含主要由礫石、砂礫、粘土礫石、砂層及粘土質(zhì)砂等組成，間夾04層的薄層粘土，厚度為6.1239.19m，平均20.70m，其泥質(zhì)含量較高，補給條件較差，一般富水性弱，但直接覆蓋于煤系地層之上，是礦坑充水的主要補給水源。 填物多為泥質(zhì)，鉆探過程中未見漏水，抽水也

3、無水，說明破碎帶富水性較弱，導水性差。但是，由于本井田內(nèi)部分斷層落差較大，往往導致太灰與煤層間距縮小或彼此對接，或者受采動影響而導致斷層活化，則很可能引發(fā)重大突水事故，直接威脅礦井開采的安全。3）礦井(kungjng)涌水量本礦井先期開采-440m以淺時，采用安徽省濉溪縣五溝煤礦勘探地質(zhì)報告(bogo)所提供的-500m水平涌水量的預計結(jié)果。因此，正常涌水量為387m3/h，最大涌水量為473m3/h。太灰可能(knng)突水量為629m3/h?？紤]到井筒淋滴水、防火灌漿用水和井下灑水，礦井的正常排水量和最大排水量分別取414 m3/h和500 m3/h。4）構(gòu)造 本井田位于淮北煤田童亭背斜的

4、西翼中段，總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向由中北部的南北向漸變?yōu)槟喜康谋蔽飨虻南蛐保溟g發(fā)育有次一級的向背斜。向斜兩翼地層西側(cè)稍陡，東側(cè)稍緩。地層傾角一般在1015，僅局部（F9F10斷層之間）達到40。受北東向斷層影響，井田被切割成多個寬窄不等的條塊。 全井田共組合斷層19條（小于10m的斷層多數(shù)未組合），均為正斷層。按最大落差來分，大于等于100m的斷層有7條，小于100m而大于等于50m的1條，小于50m而大于等于30m的斷層3條，小于30m的8條。斷層的展布方向以北東向為主，僅北部邊界五溝斷層為近東西向。主要斷層特征見表1-2-1。5）二疊紀煤系含、隔水層（段） 二疊紀煤系由砂巖、泥巖、粉砂巖和煤

5、層等組成(z chn)，并以泥巖、粉砂巖為主，總體富水性弱，以儲存量為主。根據(jù)可采煤層的賦存位置，可將其大致分為3煤上隔水層（段）、3煤上、下砂巖（K3砂巖）含水層（段）、4煤上、下隔水層（段）、78煤上、下砂巖裂隙含水層（段）、8煤下隔水層（段）、10煤上、下砂巖裂隙含水層（段）和10煤下至太灰間隔水層（段）。然而，由于煤系砂巖發(fā)育不均，其間又有泥巖等隔水層存在，因而，正常情況下，煤系砂巖裂隙含水層（段）之間無密切的水力(shul)聯(lián)系。6）石炭系太灰?guī)r溶(ynrng)裂隙含水層（段） 石炭系太原組由石灰?guī)r、泥巖、粉砂巖及薄煤層組成；其中含灰?guī)r1012層，平均厚度約75m。淺部的14灰?guī)r溶裂

6、隙發(fā)育，水動力條件好，由于灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，富水性強。該組上距102煤層一般在32.0067.38m之間，平均為47.20m，且其間巖性也較為致密，裂隙不發(fā)育，隔水性能較好。根據(jù)安徽省濉溪縣五溝煤礦勘探地質(zhì)報告提供的資料，正常情況下，在-450m以淺開采102煤層一般不會發(fā)生底鼓或灰?guī)r突水事故。但是若為斷層切割，太灰水則有可能沿導水斷層或受采動影響而活化的斷層上突，對礦井構(gòu)成巨大威脅。因此，在井下開采時，必須盡可能避開上述異常地段，并采取積極的探水和降壓等措施，謹防突水災害的發(fā)生。7）奧陶系灰?guī)r巖溶(ynrng)裂隙含水層（段） 區(qū)域(qy)資料表明：奧陶系灰?guī)r總厚度在500m左右，主要由淺褐

7、色、肉紅色(hngs)致密塊狀性、硬隱晶質(zhì)厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r組成，一般淺部巖溶裂隙發(fā)育，富水性強，導水性好，但因其遠離主要可采煤層，正常情況下對煤層開采影響較小。5）斷層破碎帶本井田內(nèi)斷層破碎帶主要由泥巖和粉砂巖組成，砂巖碎屑少量本井田采集的瓦斯煤樣深度介于278.20691.15m之間，瓦斯成分及瓦斯含量的兩極值分別為2.8499.45%和0.0013.85cm3/g。根據(jù)安徽省濉溪縣五溝煤礦勘探地質(zhì)報告所提交的瓦斯資料，預計礦井瓦斯涌出量在移交時為28.32m3/min，最大涌出量為43.38 m3/min。因此，本礦井按照高瓦斯礦井設(shè)計。 綜上所述，本井田新生界四含孔隙含水層（組）、二疊紀

8、煤系砂巖裂隙含水層（段）和石炭系太灰?guī)r溶裂隙含水層（段）對井下開采影響較大。但是，如果在可采煤層淺部的必要地段留設(shè)適當高度的防水煤柱，四含水一般不致于潰入礦坑而對井下開采構(gòu)成大的威脅。這樣，二疊紀煤系砂巖裂隙水和石炭系太灰?guī)r溶裂隙水便成為礦井開采的主要充水因素。因此，本井田的水文地質(zhì)條件屬以裂隙充水為主的中等類型。 本井田(jn tin)未見巖漿巖和陷落柱。 本井田(jn tin)構(gòu)造復雜程度屬中等偏復雜類。（二）地質(zhì)勘查(kn ch)程度與建議 鑒于淮北地區(qū)巖溶陷落柱比較發(fā)育，如果在開采過程中不慎遇之，很可能引發(fā)重大突水事故，有關(guān)部門必須引起高度重視。為此，建議在今后勘查過程中，認真研究淮北

9、地區(qū)巖溶陷落柱的發(fā)育規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，采用適當?shù)奈锢砜碧郊夹g(shù)，加強對巖溶陷落柱的查找力度，同時，還應積極做好陷落柱的預測預報工作，盡量避免可能由此而造成的重大損失。（三）主副井參數(shù) 根據(jù)井筒檢查孔資料，主井、副井和回風井井筒處新生界松散層厚度分別為273.850m、272.200m和272.400m，基巖風化帶厚分別為17.1m、18.7m和18.3m。 根據(jù)井筒檢查孔資料，主井、副井和回風井3個井筒檢查孔均揭露了F3斷層，其破碎帶深度如下表： 井筒名稱破碎帶起止深度（m）主井333.90336.45副井285.00288.00回風井383.93390.08井筒穿過地層新生界松散層可劃分出4

10、個含水層（組）和3個隔水層（組），其中(qzhng)，第四含水層（組）底板埋深272.20273.85m。四含巖性復雜，以棕黃色粗砂、細砂、粉砂、粘土質(zhì)砂為主。從總體上看四含巖性泥質(zhì)含量高，滲透性差，補給條件差，一般富水性弱，其地下水依靠區(qū)域?qū)娱g逕流，同時由于四含直接覆蓋在煤系地層之上，與煤系砂巖裂隙含水層（段）通過風化裂隙帶構(gòu)成直接水力聯(lián)系，而與上覆一、二、三含水層無直接水力聯(lián)系。井筒穿過的基巖段主要(zhyo)含水層（組）為3煤上、下砂巖（K3）裂隙(li x)含水層（段），底板埋深425.49432.29m。以淺灰色細粒砂巖為主，總厚度10.2819.07m。K3砂巖有12層，位于3煤組

11、下24.7425.50m，厚度4.2913.80m。井田內(nèi)K3砂巖厚度變化較大，工業(yè)廣場位置處，主檢孔、副檢孔K3砂巖厚度較小，風檢孔K3砂巖斷缺。該層（段）砂巖局部裂隙發(fā)育，但裂隙發(fā)育程度極不均勻。鉆探揭露時沒有發(fā)生露水現(xiàn)象。 該含水層段除局部地段富水性較強外，總體上屬于富水性弱至中等的含水層。但根據(jù)臨近礦井的施工經(jīng)驗，井筒在施工該含水層時，不能排除井筒有發(fā)生突水的可能性。本礦井采用立井、主要大巷及石門開拓方式，工業(yè)場地內(nèi)設(shè)主井、副井和風井共3個井筒；井底井場位于-440m水平。副井井筒凈直徑6.0m，井口絕對(judu)標高為+28.7m，井筒深度為503.7m?；仫L井井筒(jn tn)凈

12、直徑5.0m，井口絕對標高為+28.7m，井筒深度為473.7m。主井井筒凈直徑5.0m，井口絕對標高為+28.7m，井筒深度為473.7m。(四）地面(dmin)預注漿1 、注漿方案1）注漿方式，井筒地面預注漿方式分為分段下行壓入式，分段上行壓入和上、下行結(jié)合的混合方式三種，考慮孔壁規(guī)則、完整程度，以及坍塌掉塊等原因，固管和巖帽注漿結(jié)束后，對黏土水泥漿總體上采用分段下行的注漿方式，部分孔段才用上、下結(jié)合的注漿方式。2）注漿深度注漿深度的確定依據(jù)井筒深度、井筒地質(zhì)構(gòu)造、裂隙發(fā)育情況、含水層賦有及其水量等。通常注漿上限與凍結(jié)交錯1020M為宜，下限應超過井深10M。3）注漿孔數(shù)及布置3.1注漿孔

13、數(shù)的多少直接關(guān)系到注漿堵水質(zhì)量。在高角度裂隙發(fā)育的巖層中，注漿孔孔距不宜太大，距井筒荒徑不宜太遠，以便形成良好的注漿隔水帷幕體。3.2井筒地面預注漿一般為兩組施工，第一組內(nèi)圈孔，第二組外圈孔，應按設(shè)計布孔。2、注漿鉆孔(zun kn)施工1）鉆場布置(bzh) 根據(jù)我國當前的技術(shù)狀況, 可按下述條件確定注漿孔數(shù): 在一般地質(zhì)條件下, 每個井筒選擇(xunz)6 個注漿孔; 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復雜, 或者井筒斷面較大時, 選擇8 個孔,漿液擴散半徑控制在6 9 米; 在含水較少或雖富水但裂隙間溝通良好的巖層, 可試用3 4 孔的高壓注漿方案。但是, 必須保證足夠的漿液注入量, 以形成充填致密的隔

14、水帷幕。 選擇8個注漿孔。依據(jù)鉆孔位置建造鉆塔底盤相適應的底灰土盤高出自然地面0.3M，作為鉆場基礎(chǔ)，各建有循環(huán)池，并建造相應循環(huán)槽，沉淀池，形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)，便于測斜定向施工建有測斜房。2）鉆孔結(jié)構(gòu) 固管段： 表土段下入168mm套管，用水泥漿固管。 注漿段： 基巖段孔徑120mm一次成孔，注漿段頂位位于基巖風化帶內(nèi)，裂隙發(fā)育，巖石強度低易破碎，為防止所注漿液沿風化帶裂隙大量上串需加固風化巖層，為下部鉆孔施工創(chuàng)造條件，在注漿段頂部設(shè)置15M的巖帽注漿段，注入單液水泥漿，巖帽段以下均采用CL-C型黏土水泥漿。3、鉆進方法表土層固管段無芯鉆進，采用化學(huxu)泥漿為沖洗液，基巖層、注漿段為無

15、芯鉆進，鉆進采用清水或低固相泥漿。4、鉆孔(zun kn)測斜4.1內(nèi)圈孔：0120M采用燈光(dnggung)測斜，下部采用JJX-3型測斜儀跟蹤測斜，固管段及各注漿段采用JDT-3A（或JDT-6）型陀螺儀系統(tǒng)測井。4.2外圈孔：采用JJX-3型測斜跟蹤測斜，固管段及終孔采用JDT-6型陀螺系統(tǒng)測井。4.3儀器按照規(guī)定進行校驗，校驗過程及結(jié)果由監(jiān)理工程師簽認，保證儀器精度，測斜數(shù)據(jù)的可靠性，測斜過程及結(jié)果由建設(shè)方及監(jiān)理簽證，測斜數(shù)據(jù)應及時投繪于鉆孔平面偏斜圖上正確地指導鉆孔施工。4.4鉆進過程中，防斜、測斜、定向、糾偏措施、造孔質(zhì)量均要達到設(shè)計要求，要求各水平鉆孔落點基本均勻地分布在井筒周

16、圍，進入靶域或范圍內(nèi)。注漿材料 鑒于裂隙含水巖層的漿材耗量較大, 通常選用以水泥為主劑的單液漿和以水漿、水玻璃為主劑的雙液漿, 以降低工程成本。經(jīng)驗證明, 在初注階段, 當注漿段的吸水量每分鐘大于20 升時, 應先注水泥一水玻璃雙液; 當注漿段吸水量小于2 0 升/ 分, 或在注漿后期, 尤其是在復注階段, 應采用單液水泥漿。漿液濃度對注漿效果的影響是很大的。稀漿容易注入、擴散距離大, 但它結(jié)石率低、凝固時間長。濃漿則注入困難、擴散距離小, 影響注入量?，F(xiàn)場施工中, 用漿品種和初始濃度, 要按壓水時注漿段的吸水量來確定。采用雙液時, 水玻璃濃度為35 42 波美度; 水泥漿水灰比為1 . 2

17、5 : 1 、1 : 1 、0 . 8 : 1 、0 . 6 : 1 四種。采用單液水泥漿時, 濃度常用4 : 1 、2 : 1 、1 . 5 :1 、1 2 5 , 1 、1 , 1 、0 . 8 , 1 、0 . 6 : 1等七個比級。初始濃度可按表2 選擇。注漿過程中, 一般采用改變水泥的水灰比或水泥漿與水玻璃的體積比的方法來調(diào)整漿液的濃度。當注某一濃度的漿液20 30 分鐘后, 注漿壓力沒有明顯上升, 吸水量也沒有下降的趨勢時, 可將水泥漿的濃度調(diào)濃一級或降低水玻璃的注入量。反之, 用某濃度級的漿液注入后, 其壓力上升很快, 經(jīng)檢查又無堵塞情況時, 應調(diào)稀水泥漿的濃度。雙液注漿時, 可

18、采用增加水玻璃的注入量進行調(diào)整。綜合上述分析, 可以概括為: 前期注濃漿, 后期注稀漿, 但每段每次注漿則是先稀后濃。在大、小裂隙并存的注漿段內(nèi), 開灤的經(jīng)驗是: 為防止?jié){液擴散過遠, 初注階段可采用濃漿達到終壓終量; 復注階段使用1 .5 : 1 或更稀的漿液達到終壓終量, 以提高細裂隙的堵水率。 5.1單液水泥漿：由水泥、食鹽、三乙醇胺和水四種(s zhn)材料組成，水灰比為1：1、1：0.8、0.7：1、0.6：1，食鹽為5，三乙醇胺為0.5 。 5.2 黏土水泥漿：由黏土、水泥、水玻璃和水四種組成，以黏土為主要成分，輔以少量水泥、水玻璃，該漿液用于基巖裂隙含水層注漿堵水可靠性高，不易沉

19、淀，被水稀釋(xsh)輸送過程中不凝固，停止流動后較快，具有可塑性強度，爆破時吸收震波不開裂，具有良好的隔水性和耐久性。 黏土水泥漿配比原則(yunz)：黏土漿密度1.181.26t/m3/tm3 ，水泥加量100200kg/m3，水玻璃加量2040L/m3，注漿時應根據(jù)配方試驗資料和實際注漿情況合理選擇。6、注漿段高的劃分（段長度為4080M） 注槳時的分段原則不同含水層因裂隙大小的不同, 在相同的注漿壓力下, 也會出現(xiàn)漿液擴散距離的差異。根據(jù)充州、開灤等地的統(tǒng)計資料, 漿液在大裂隙內(nèi)的擴散距離一般不小于10 20米。因此, 若不采用分段注漿施工就難以保證各井段形成基本相同的帷幕厚度。尤其當

20、帷幕厚度相差較大時, 厚者雖效果好, 但浪費材料; 薄者則在鑿井爆破時重新溝通帷幕外的含水層, 造成涌水量增加。能否嚴格分段注漿, 是關(guān)系注漿成敗的大問題。而注漿段高的合理劃分, 則應充分考慮巖石的破碎程度、裂隙大小和注漿泵的排漿能力, 原則上應按以下各點來考慮:1）小相差懸殊的巖層, 則應分別劃分段高, 以免因裂隙進漿不一、擴散距離相差較大(jio d), 出現(xiàn)注漿帷幕的薄弱環(huán)節(jié);2) 破碎及裂隙大的巖層(yncng), 注漿段高應適當縮小, 反之, 應適當增大;3) 注漿泵的排漿能力應和注漿段的吸漿能力相適應。一般(ybn)泵的排量應大于注漿段吸漿量的1/ 4 一1/ 5 。泵量小時段高用

21、小值,泵量大時段高用大值;4)據(jù)國內(nèi)各地的注漿經(jīng)驗, 段高值的數(shù)據(jù)是: 軟巖及破碎地層段高5 15 米, 大裂隙時1 5 2 0 米, 中裂隙時2 0 3 0 米, 細裂隙時3 0 4 0 米, 復注時5 0 6 0 米或更大,5)根據(jù)地質(zhì)情況的變化, 各孔采取不同的段高 首先突出重點含水層，明確重點注漿段，重點注漿段高較小，非重點注漿段高可適當加大，含水層位于受注漿中上部，水文地質(zhì)特征相近的巖層放在同一段高內(nèi)，注漿段頂部設(shè)置巖帽注漿段。注漿壓力(yl) 當前, 國內(nèi)計算注漿壓力的方法各不相同。比較(bjio)普遍的注漿終壓為靜水壓力的2 一2 . 5 倍。對于先期施工的注漿孔, 在初注階段,

22、 采用可注范圍的漿液濃度往往勿須把注漿壓力提高到終壓值, , 就可滿足漿液擴散距離的要求。復注階段, 裂隙開度因初注充填而變小, 在采用可注范圍的漿液濃度時, 欲確保漿液擴散距離, 財必須把注漿壓力提高有可能被擴大, 注漿結(jié)束后, 被擴大了的裂隙將回縮, 巖體將完全被封閉而不會產(chǎn)生殘余裂隙。這樣, 注漿質(zhì)量會更好。對于后期施工的注漿孔, 因鉆孔偏斜,要求增加漿液擴散半徑來保證注漿帷幕厚度時, 適當提高終壓值是合理的。在特殊條件下, 如對斷層帶軟巖的加固注漿或?qū)毿×严兜姆馑? 采取高壓強制注入法的效果良好。根據(jù)九龍口礦北風井、開灤錢家營礦副井和淮北臨渙主井的施工經(jīng)驗, 上述條件的注漿終壓值一般

23、不小于靜水壓力的2 . 5 一4 .0倍 根據(jù)井筒地質(zhì)(dzh)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合淮南地區(qū)注漿經(jīng)驗，參照有關(guān)規(guī)范、標準，確定巖帽注漿段注漿終壓（注漿結(jié)束時的壓力值）為靜水壓力的1.52.0倍，黏土水泥漿注漿段注漿終壓為靜水壓力的2.02.5倍。 8、注漿終量及穩(wěn)定(wndng)時間 注漿施工中，各段高結(jié)束(jish)時的泵量（注漿終量）及穩(wěn)定時間均要達到設(shè)計結(jié)束標準，即（1）巖帽注漿段注漿終量100 l/mim 穩(wěn)定(wndng)時間20mim (2，黏土水泥漿注漿段：終量250 l/mim穩(wěn)定時間30mim。 9、止?jié){ 將止?jié){塞下入孔內(nèi)預定位置，選擇巖層堅硬完整、孔壁圓滑、規(guī)則的孔段止?jié){，

24、使卡瓦與孔壁擠實，膠筒膨脹，做壓水試驗，不返水即止?jié){成功，若止?jié){失敗可稍向下移動止?jié){塞位置再次止?jié){，直到止?jié){合格為止。 10、注前壓水試驗 止?jié){塞下好，進行壓水試驗，檢查止?jié){效果及注漿管路是否符合注漿要求：疏通裂隙，測定預注漿段巖層吸水率，以了解巖層富水性，選擇漿液配比，壓水試驗一般持續(xù)為2030mim。 11、注漿作業(yè) （1）注漿期間，經(jīng)常專人測試漿液密度、黏土等性能指標，根據(jù)實際注漿壓力、注漿量等情況合理調(diào)整漿液配比，以達到預期注漿目的。 （2）應及時(jsh)觀測記錄泵壓、泵量、注入量、漿液密度黏度、水泥、水玻璃等添加量及串漿、返漿情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取相應措施。 （3）經(jīng)過注漿、終壓、終量、注入量等參數(shù)達到該段高注漿結(jié)束(jish)標準可結(jié)束該段注漿工作，一次注漿不能達到結(jié)束標準時，須經(jīng)復注達到結(jié)束標準，注漿完畢均要進行注后壓水工作，清洗管路。 12、養(yǎng)護(yngh)、掃孔及復注 單液水泥漿注后，掃孔時間為48h，復注間隔時間為2024h，黏土水泥漿其注后掃孔時間一般為612h掃孔后即可復注。 13、漿液注入量 （1）漿液注入量是保證在井筒荒徑外形成良好隔水帷幕體的關(guān)鍵，是分析、評價注漿堵水質(zhì)量重要指標，注入量與裂隙大小、裂隙開度及連通性等有著直接的關(guān)系。 （2）裂隙率大、裂隙開度大連通