煤礦水害綜合防治技術(shù)講座

煤礦水害綜合防治技術(shù)講座河南工程學院王國際：03861088:aqgcx2006@163第一部分

我國煤礦水害治理技術(shù)現(xiàn)狀一、我國煤礦水害的根本特征我國是世界最大的產(chǎn)煤國，煤炭產(chǎn)量比整個歐洲國家煤炭產(chǎn)量的總和還要多。但是，隨著我國煤礦開采規(guī)模的迅速擴展，開采深度的不斷添加，開采時所接受的水壓越來越大。近年來，煤礦井下突水事故呈添加趨勢，輕者影響礦井正常消費，呵斥經(jīng)濟損失，重者呵斥礦井部分或全部被淹，甚至呵斥艱苦的人員傷亡事故，我國煤礦已成為受水災(zāi)危害最嚴重的國家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，在過去的5年里，全國有300多個礦井由于突水被淹沒，死亡0多人，經(jīng)濟損失高達600多億元人民幣。底板高壓水經(jīng)過導(dǎo)水構(gòu)造突入礦井、采空區(qū)及老窯積水突入礦井的水災(zāi)事故占水災(zāi)事故的85%以上。華北地域受底板承壓水要挾的礦區(qū)較多，由于奧陶系灰?guī)r富水性強、水壓高、補給水源區(qū)域廣、隔水層薄，而區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造及陷落柱較發(fā)育，致使華北地域煤礦重特大突水事故多發(fā)。奧陶系灰?guī)r其中，太行山東麓各礦區(qū)在開采石炭、二疊紀煤層時，頻繁發(fā)生突水事故。特別是當煤層底板隔水層太薄或斷層破碎帶減弱了底板隔水層強度，而無法接受底板水頭壓力時，導(dǎo)致突水次數(shù)增多、突水強度增大。許多礦區(qū)奧陶系喀斯特溶洞發(fā)育，使上覆巖層陷落或裂隙發(fā)育，塌陷裂隙把灰?guī)r巖溶承壓水忽然導(dǎo)入礦井引發(fā)突水事故，其后果往往是災(zāi)難性的?？λ固厝芏从捎诖罅苦l(xiāng)鎮(zhèn)煤礦無序開采，導(dǎo)致礦井之間的隔水煤柱遭到破壞，使得廢棄礦井、老空區(qū)積水瞬間潰入采掘巷道，呵斥嚴重災(zāi)禍的景象近年來呈多發(fā)趨勢。1986~1995年、2000~2005年期間，由于煤炭企業(yè)規(guī)模迅速擴張，是我國煤礦水災(zāi)最為嚴重的時期，當時華北各礦區(qū)以及廣東、廣西、湖南、山西等礦區(qū)延續(xù)發(fā)生了多起災(zāi)難性突水淹井事故。2006年以來，國家平安監(jiān)察總局對礦井水災(zāi)防治任務(wù)監(jiān)管力度加大，我國煤礦水害事故呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢，但重特大事故并沒有降下來。隨著科學技術(shù)的提高，煤礦消費與建立過程中的配備、工藝、技術(shù)都有了很大的提高，礦井消費和建立規(guī)模迅速擴張，而礦井水災(zāi)防治技術(shù)的開展遠不能順應(yīng)礦井消費與防治水災(zāi)任務(wù)的需求，從而構(gòu)成了某些礦區(qū)礦井突水事故、死亡人數(shù)及經(jīng)濟損失的反彈和上升，特別是重、特大型礦井突水事故時有發(fā)生。經(jīng)過近年來對我國一些突水事故的調(diào)查與分析，總結(jié)出我國煤礦水害事故有如下特點：①重特大水災(zāi)事故增多，事故后果嚴整，社會影響面大。②重特大水災(zāi)事故多是底板高壓突水和老空老窯突水。③大的水災(zāi)事故主要源自華北型煤田。④水災(zāi)事故與礦井防治水措施落實不到位有著親密的關(guān)系。在近期發(fā)生的突水事故中70～80%的礦井防治水措施落實不到位，礦井水災(zāi)防治技術(shù)人員缺乏，平安管理程度低下。⑤突水事故的高發(fā)期往往出如今煤炭工業(yè)的快速開展期，礦井超設(shè)計才干消費往往是水災(zāi)事故孕育和發(fā)生根本緣由。⑥礦井涌水量隨季度變化較大，汛期是水災(zāi)事故多發(fā)期，大量的降水致使地面河流、湖泊水位上升，呵斥淹井事故。煤礦突水事故所呵斥的經(jīng)濟損失是宏大的。如我國永城、井陘、淄博、鄭州、新汶等礦區(qū)均發(fā)生過突水量在50m3/min以上的艱苦突水事故，各礦區(qū)總排水量均大于500m3/min。噸煤排水本錢為10～40元，占原煤本錢中的比例較大，年排水費高達數(shù)千萬元，部分礦區(qū)由于排水費用過高，長期虧損，嚴重影響到企業(yè)的開展。據(jù)統(tǒng)計，目前我國受水害要挾的礦井8000多處，核定消費才干占總產(chǎn)量的60%以上。其中受水患要挾比較嚴重的礦井有3000多處，煤炭產(chǎn)量15億噸，占總產(chǎn)量的60%，這種局面嚴重影響到各礦區(qū)的平安消費，影響礦井的正常接替，妨礙煤炭企業(yè)的開展。華北的一些主要礦區(qū)，如焦作、峰峰、邯鄲、邢臺、井陘、淄博、肥城、韓城、鄭州、永城等礦區(qū)受水要挾的儲量占礦井總儲量的80%以上。因此，不迅速處理水災(zāi)事故上升問題，煤礦平安消費情勢難以改動。目前不少礦井已進入深部開采，個別礦井開采標高已超越-800m，最深的已過-1000m。煤層底板接受巖溶承壓水的水壓已達6～7MPa，而開采煤層與其下伏的灰?guī)r巖溶含水層之間的隔水層厚度普通只需8～40m，突水的機率增大，淹井事故也逐年上升。礦井水災(zāi)已成為影響煤礦平安消費的艱苦問題之一，水災(zāi)防治任務(wù)曾經(jīng)成為各礦區(qū)保證平安消費所必需面對的艱苦研討課題之一。二、我國華北各礦區(qū)礦井水害防治技術(shù)現(xiàn)狀近年來，國家平安監(jiān)察總局、各省市煤礦平安監(jiān)察局以及各級煤炭行業(yè)管理部門、煤炭企業(yè)曾經(jīng)把礦井水災(zāi)防治任務(wù)列入重要議事日程。新出臺的<煤礦防治水規(guī)定>對礦井防治水任務(wù)提出了更高的要求。建立健全水災(zāi)防治組織機構(gòu)。進一步完善了礦井水災(zāi)防治措施。各煤炭企業(yè)必需設(shè)專職主要管理人員主抓礦井水災(zāi)防治任務(wù)。各煤礦必需健全礦井水文地質(zhì)圖件、水文地質(zhì)臺帳。必需按相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)程及規(guī)范要求建立專業(yè)的探放水隊伍，配備探放水技術(shù)配備。必需建立完善的礦井主排水系統(tǒng)，并保證其可靠性。制定礦井中長期防治水規(guī)劃和年度防治水方案、汛期防洪方案，為防治水任務(wù)做好充分的思想預(yù)備、物質(zhì)預(yù)備和組織預(yù)備。各礦區(qū)對水災(zāi)防治任務(wù)進展了全方位整改:受底板灰?guī)r水要挾的華北各礦區(qū)在水災(zāi)防治戰(zhàn)略方面根本上理清了思緒，仔細貫徹“預(yù)測預(yù)告、有疑必探、先探后掘、先治后采〞的防治水方針，確立了以疏放結(jié)合的帶壓開采為主的防治水戰(zhàn)略。肥城、焦作、永城及鄭州等礦區(qū)近幾年大力開展了對二1煤底板進展注漿改造方面的研討，部分礦區(qū)在底板改造方面獲得了艱苦研討成果，并逐漸得到了推行運用。從我國各礦區(qū)水災(zāi)防治任務(wù)的全局來看，還存在有明顯缺乏的問題。主要表現(xiàn):1.在礦井水災(zāi)防治專業(yè)技術(shù)人員嚴重缺乏，對水災(zāi)防治工作的重大問題研究深度不夠；2.少數(shù)煤礦對水災(zāi)防治工作的認識不夠深入，投資力度不夠，安全技術(shù)措施制定不規(guī)范，落實不到位；3.各礦區(qū)水文地質(zhì)工作不夠規(guī)范，缺少強有力的專業(yè)技術(shù)措施；4.盡管有些煤礦建立起了水文地質(zhì)臺帳、水文地質(zhì)圖件等，但由于日常的礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)工作不夠規(guī)范，對礦井水文地質(zhì)的變化情況掌握不夠，對未來水災(zāi)隱患預(yù)測不準；5.對礦井主要的突水水源、各含水層的涌水特性、涌水量及突水壓力認識模糊，對帶壓開采所存在的潛在危險認識不足；6.個別煤礦由于井田勘探程度不夠，對井田內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造掌握不清，對礦井的突水機理、容易發(fā)生突水的區(qū)域、礦井涌水量隨季度的變化規(guī)律認識不足；7.相當一部分煤礦主排水系統(tǒng)及次級排水系統(tǒng)還不夠完善，所配備的排水設(shè)備能力偏小，綜合排水能力達不到水災(zāi)防治要求；8.主排水系統(tǒng)安全設(shè)備存在缺陷，相當一部分煤礦主排水管路沒有實現(xiàn)雙電源供電；9.礦井主水倉不符合《煤礦安全規(guī)程》要求，水倉容量不夠，水倉淤煤沒有得到及時清理，有效容積沒有得到充分發(fā)揮；10.一部分礦井沒有按要求進行每年一度的水泵聯(lián)合試運轉(zhuǎn)演習，對主排水系統(tǒng)的實際排水能力掌握不夠；11.相當一些煤礦沒有堅持“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，物探工作基本沒有進行，鉆探工作不夠規(guī)范，探水過程中的安全技術(shù)措施不夠完善，存在盲目掘進，盲目開采的現(xiàn)象；12.部分礦區(qū)注漿堵水工作開展得不夠及時，注漿堵水技術(shù)普及率太低，專業(yè)技術(shù)人員短缺，水災(zāi)治理不夠及時，造成了很大的經(jīng)濟損失。由于存在以上缺乏，近年來我國煤礦重特大水災(zāi)事故時有發(fā)生，礦井水災(zāi)防治任務(wù)任重而道遠。三、我國煤礦水災(zāi)事故頻繁發(fā)生的緣由分析呵斥礦井水害頻發(fā)的根本緣由主要有水災(zāi)防治技術(shù)手段推行運用不夠，防治水任務(wù)投人缺乏，礦井水文地質(zhì)根底任務(wù)薄弱等。長期以來我國政府和寬廣科技人員為煤礦水災(zāi)防治任務(wù)付出了艱苦的努力，在長期與煤礦水災(zāi)事故斗爭的過程中，以中國煤炭科學總院西安分院及有關(guān)高校和科研院所為代表的防治水科研隊伍，研發(fā)構(gòu)成了較為系統(tǒng)完善的適宜我國國情的煤礦水害防治技術(shù)、方法和相關(guān)的儀器配備。但由于消費企業(yè)在市場經(jīng)濟條件下沒有及時調(diào)整好快速增長的消費方式與平安配套的防治水技術(shù)與措施之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，致使礦井水災(zāi)防治技術(shù)難以滿足礦井的滿負荷甚至超負荷消費要求。許多煤炭企業(yè)在1997~2000年期間因效益不好，呵斥高素質(zhì)專業(yè)水文地質(zhì)人才流失，2001年以來煤炭企業(yè)規(guī)模迅速擴展，產(chǎn)量大幅度提高，防治水技術(shù)與管理人員力量缺乏，加上規(guī)范化監(jiān)管力度不夠，使得現(xiàn)有的防治水技術(shù)和手段沒有得到充分運用，礦井根底水文地質(zhì)任務(wù)力度不夠。據(jù)專家研討，防治水技術(shù)手段落后，礦井水災(zāi)條件預(yù)測的準確度不能滿足機械化消費的要求，是呵斥礦井水災(zāi)的重要緣由之一。近年來，煤礦開采方式有了很大改良，開采深度和任務(wù)面開采空間尺度不斷增大，致使水災(zāi)產(chǎn)生的條件、水災(zāi)要挾的程度以及水災(zāi)構(gòu)成的機理都發(fā)生了較大的變化。而目前我國防治水技術(shù)和水害預(yù)測評價的實際根底依然以我國20世紀80年代所積累的防治水閱歷及其相關(guān)研討成果為主。礦井水災(zāi)防治作為一門實際性很強的學科，其特定歷史階段的研討成果都具有極強的時間效應(yīng)和對特定采礦方式與采礦環(huán)境的順應(yīng)性。歷史所構(gòu)成的傳統(tǒng)的防治水技術(shù)措施曾經(jīng)不能完全滿足新情勢下現(xiàn)代化礦井建立與消費的要求，礦井防治水技術(shù)與消費的高產(chǎn)高效技術(shù)開展程度不平衡必然會產(chǎn)生礦井水災(zāi)事故的上升。在煤炭工業(yè)快速開展時期，沒有研制出對于含水構(gòu)造和涌水通道進展準確探查的技術(shù)與配備，呵斥了對礦井導(dǎo)水通道的位置、分布、含水性、導(dǎo)水性等探測不準，所制定的防備措施不到位，短少針對性，這是導(dǎo)致災(zāi)難性水災(zāi)事故的直接緣由。水源、水量、導(dǎo)水通道是煤礦水災(zāi)產(chǎn)生的三大要素，礦井水文地質(zhì)任務(wù)的中心內(nèi)容就是要查明這三大要素。含水層對水源和水量起決議作用，其補給和排泄條件具有區(qū)域性和面狀分布特點，因此往往是易于查明和預(yù)測分析的；但導(dǎo)水通道〔斷層、陷落注、不良封鎖鉆孔等〕具有顯著的部分性和難以預(yù)測性，大多數(shù)災(zāi)難性突水事故都原因于對導(dǎo)水通道的不可預(yù)知性。煤礦水災(zāi)存在最為普遍、突水災(zāi)禍最為嚴重、突水要素最為隱蔽、水害平安最難預(yù)知的莫過于華北型石炭系、奧陶系巖溶水經(jīng)過斷層或陷落柱突水，而我國目前擁有的礦井水文地質(zhì)條件探查技術(shù)與設(shè)備對于斷層和陷落柱等導(dǎo)水構(gòu)造的探查精度和超前探測間隔都不能滿足現(xiàn)代化礦井對防治水任務(wù)的根本要求。越層越界等非法開采的人類活動所誘發(fā)的突水條件和水災(zāi)隱患，是呵斥了老空、老窯突水的根本緣由。近年來，政府對鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦進展資源整合，大量小煤礦被封鎖，部分國有煤礦因資源枯竭而封鎖，使得消費礦井周邊構(gòu)成了新的水源和涌水通道，由于沒有對礦井封鎖能夠誘發(fā)消費礦井水文地質(zhì)條件惡化的危險度進展系統(tǒng)評價，沒有采取真實可行的水災(zāi)監(jiān)測和防備措施，缺乏封鎖礦井相關(guān)工程和技術(shù)資料的系統(tǒng)整理，對廢棄礦井突水條件的認識及防備措施預(yù)備缺乏，頻繁發(fā)生災(zāi)難性的突水事故，而且這類事故呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。四、礦井平安消費對水災(zāi)防治技術(shù)的根本要求礦井水文地質(zhì)條件的探查和水文地質(zhì)信息的分析與管理技術(shù)，必需滿足礦井建立與消費在時間與空間方面的要求。煤層頂、底板含、導(dǎo)水構(gòu)造的探測精度和探測深度，必需滿足礦井巷道采掘任務(wù)在速度和空間尺度方面的要求。礦井充水要素的預(yù)測預(yù)告，必需實現(xiàn)適時性和定量性。五、煤礦水災(zāi)防治技術(shù)開展需求處理的重要問題多年來沿用的突水系數(shù)實際是在淺、中部煤炭資源小尺度任務(wù)面開采過程中總結(jié)出的閱歷實際，而深部開采的圍巖應(yīng)力條件、礦壓擾動和開采破壞條件都與淺、中部開采有很大的不同。假設(shè)沿用原有的突水系數(shù)實際來指點大埋深、高水壓、高應(yīng)力、綜合機械化開采條件下的礦井水災(zāi)防治任務(wù)，必然會給消費和平安帶來誤導(dǎo)。必要經(jīng)過現(xiàn)場觀測與實驗研討、實際計算與分析、室內(nèi)物理與數(shù)字模擬等，研討在新的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下、在綜合機械化開采條件下，煤層底板水的突出機理和控制要素，為有效實施底板水的預(yù)測預(yù)告提供實際根據(jù)。1.加強對現(xiàn)代采礦條件下開采煤層底板水突水機理的研討過去的研討成果主要集中于水量和水源，而對導(dǎo)水通道的研討較少，特別是對煤層底板隔水層的隔水性能的研討較少。隨著開采深度的添加，深部疏水降壓難度加大，深化認識煤層底板隔水層的隔水性能，進而有效利用隔水層的自然隔水才干，減少或防止底板突水尤為重要。因此有必要經(jīng)過對煤層底板隔水層的節(jié)理裂隙發(fā)育程度、巖石力學性質(zhì)、由于開采而引起的礦山壓力對煤層底板的擾動破壞、水巖相互作用機理以及它們之間相互關(guān)系進展研討，提出煤層底板隔水層防高壓突水的綜合評價實際和方法，為充分利用隔水層的防、隔水性能，開采深部煤炭資源，提供水文地質(zhì)根底資料。2.加強對煤層底板隔水層隔水性能的研討在充分調(diào)查研討和對現(xiàn)有地質(zhì)探查技術(shù)與配備的根底上，自創(chuàng)相關(guān)學科的技術(shù)提高與研討成果，針對目前礦井水文地質(zhì)條件，特別是隱伏導(dǎo)水構(gòu)造遠間隔、高精度探查方面存在的問題，研討開發(fā)新的探查技術(shù)與配備。重點研討以水源和導(dǎo)水構(gòu)造為主的高精度、遠間隔快速物探技術(shù)與配備，從而提高礦井突水條件的探查精度和空間間隔。3.加強對導(dǎo)水構(gòu)造探查技術(shù)與配備研發(fā)根據(jù)對礦井底板水突出機理及主要控制要素的研討成果，利用突水信息原位采集技術(shù)、突水要素適時檢測技術(shù)、突水要素遠程監(jiān)控技術(shù)、突水信息動態(tài)分析和人工智能判別技術(shù)，直接從礦井突水的前兆要素入手，利用現(xiàn)代信號檢測、數(shù)據(jù)傳輸和方式識別技術(shù)，經(jīng)過適當?shù)膫鞲衅髦苯颖O(jiān)測突水前兆各項參數(shù)變化，研討確定礦井突水的發(fā)生條件和預(yù)告方法，建立礦井水災(zāi)自動監(jiān)測預(yù)告預(yù)警系統(tǒng)，開發(fā)相應(yīng)配備，以實現(xiàn)礦井突水前兆的適時監(jiān)控、水災(zāi)控制信息的過程與動態(tài)分析、水害發(fā)生的即時預(yù)警。4.加強對煤層底板水災(zāi)監(jiān)控預(yù)警技術(shù)與配備研討重點研討礦井突水淹井后突水水源的快速判別、利用注漿技術(shù)對出水點快速封堵、被淹礦井快速恢復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。5.加強對艱苦水災(zāi)事故快速處置技術(shù)與配備的研討第二部分

水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)一、水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)總體方案礦井水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)道路：地震方法與電磁方法相結(jié)合；物探技術(shù)與地質(zhì)分析相結(jié)合；長間隔與短間隔相結(jié)合；物探技術(shù)與鉆探技術(shù)相結(jié)合；針對礦山不良地質(zhì)段建立宏觀控制預(yù)告、準確預(yù)告、驗證預(yù)告三級預(yù)告系統(tǒng)。水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)任務(wù)流程見以下圖。水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)任務(wù)流程圖重點探測區(qū)普通探測區(qū)地面及井下地質(zhì)調(diào)繪，確定重點探測區(qū)段及探測內(nèi)容正常確定短間隔物探手段及預(yù)告技術(shù)，實施探測確定長間隔物探手段及預(yù)告技術(shù)，實施探測異常井下地質(zhì)調(diào)繪、超前深孔鉆探正常井下地質(zhì)調(diào)繪、加長炮孔鉆探綜合分析及預(yù)告確定施工方案巷道施工信息反饋異常二、水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)的主要方法與手段采用配套技術(shù)進展地面及井下工程地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合勘察設(shè)計資料擬定預(yù)告分級管理規(guī)范，劃分出重點不良地質(zhì)區(qū)段；采用水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)的思想與方法建立預(yù)告模型，將地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)分析與井下物探、鉆探相結(jié)合，對開挖面前方斷層、節(jié)理裂隙、破碎帶、接觸帶、含水層、地應(yīng)力情況以及巖性和圍巖等級進展預(yù)告。〔一〕主要方法地質(zhì)調(diào)繪環(huán)境監(jiān)測分析地質(zhì)編錄地質(zhì)構(gòu)造分析、巖性分析、水文特征分析鉆孔攝影物探地質(zhì)鉆探〔二〕主要手段三、組織構(gòu)造為了保證水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)的順利進展，集團公司設(shè)立指揮部，發(fā)揚設(shè)計、科研、施工、制造“四位一體〞的優(yōu)勢，對地質(zhì)預(yù)測預(yù)告任務(wù)及重難技術(shù)問題進展結(jié)合攻關(guān)，水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)組織構(gòu)造見以下圖。水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)組織構(gòu)造圖指揮部礦工程部短間隔探測組地面地質(zhì)調(diào)繪與監(jiān)測組井下地質(zhì)調(diào)繪與監(jiān)測組綜合分析與預(yù)告組直流電法探測組超前地質(zhì)鉆探組瞬變電磁法探測組四、地質(zhì)信息搜集與處置水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)要建立一個地質(zhì)信息系統(tǒng)，經(jīng)過各種方法搜集地質(zhì)信息，進展綜合分析、判別，編制信息預(yù)告成果。水害多源協(xié)同預(yù)測預(yù)告技術(shù)信息采集處置流程見以下圖。地質(zhì)信息采集處置系統(tǒng)信息分析處置能否與設(shè)計一致變卦設(shè)計否現(xiàn)場施工是地質(zhì)信息系統(tǒng)五、國內(nèi)外物探預(yù)告技術(shù)國內(nèi)外主要的物探技術(shù)：電法勘探磁法勘探重力勘探地震法勘探等。其中物探技術(shù)運用較為廣泛的有電法勘探、磁法勘探和地震法勘探?！惨弧车卣鸱A(yù)告技術(shù)國內(nèi)外常用的地震法超前預(yù)告技術(shù)有：陸地聲納法負視速度法程度地震剖面法〔HSP〕TSP超前預(yù)告方法〔TSP202、TSP203等〕TGP206超前預(yù)告方法TRT和TRT6000超前預(yù)告技術(shù)TST超前預(yù)告技術(shù)地震法存在一些技術(shù)缺陷，主要在于觀測方式與處置軟件上。觀測方式和軟件處置方法缺乏嚴謹?shù)奈锢砀?，臆造性較大，與真實地質(zhì)情況有一定差距，呵斥了一些漏報、誤報和工程事故。漏報、誤報景象主要是由于地震法勘探對含水地質(zhì)構(gòu)造不敏感。地震法原理圖地層或斷層反射波前震源檢波器檢波器隧道〔二〕電磁法預(yù)告技術(shù)電法勘探是勘探地球物理學主要學科之一。電法勘探研討以地殼中各種巖石、巖石電學性質(zhì)〔導(dǎo)電性、介電性、導(dǎo)磁性、激電性〕之間的差別性為根底，利用電場或電磁場〔天然或人工〕空間和時間分布規(guī)律來處理地質(zhì)構(gòu)造或?qū)ひ捰杏玫V產(chǎn)的一類地球勘探方法。在實踐運用中已有20余種，通常分為三類：直流電法直流電法普通常用的有高密度電、音頻電透視、三極超前探測、電測深等；交流電法交流電法主要有瞬變電磁、地質(zhì)雷達、磁偶源、坑道透視等；天然電磁法天然電磁主要有天然場和電磁輻射等。1.電法勘探原理瞬變電磁法，TEM瞬變電磁法的根本原理是：利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇時間內(nèi)，用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法，以獲得地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)。隨著電子技術(shù)特別是計算機技術(shù)的開展，國內(nèi)外研制的瞬變電磁法勘探儀器不斷涌現(xiàn)。如:MSD-1脈沖瞬變電磁儀采用高精度寬帶程控運算放大器、高速十六位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、高速雙口隨機存儲器等器件，并利用雙極性同步采樣、對工頻相關(guān)采樣、弱信號多點平均、信號累加、瞬態(tài)干擾賜除等多種數(shù)據(jù)處置方法，獲取較好的勘探數(shù)據(jù)。礦井地質(zhì)雷達國內(nèi)運用的礦井地質(zhì)雷達主要由重慶分院開發(fā)，其研制的KDL-3型礦井地質(zhì)雷達系統(tǒng)在技術(shù)上已到達國際先進程度，具有微機控制、數(shù)據(jù)采集、存貯及信息處置、自動成圖等功能。分辨率較高，探測間隔可達60～70m。礦井地質(zhì)雷達系統(tǒng)包括發(fā)射天線和發(fā)射機、接納天線和接納機，以及控件部分。發(fā)射機經(jīng)過發(fā)射天線對準探測地質(zhì)目的定向發(fā)射高頻窄脈沖電磁波，電磁波的傳播速度和衷減率取決于巖石的介電性和導(dǎo)電性，且對巖石類型的變化與裂隙含水性非常敏感，在傳播過程中，一旦遇到巖石導(dǎo)電特性變化，就能夠使部分透射波反射，反射信號或透射信號經(jīng)過接納天線被接納機所檢測，從而探測地質(zhì)異常體的性質(zhì)、位置和大小。主要用于探測落差大于lm的小斷層、煤層位置與厚度、厚煤層開層后的剩余厚度、導(dǎo)水裂隙帶和灰?guī)r巖溶發(fā)育帶的位置、隔水層厚度、瓦斯異常帶等。無線電波透視法〔俗稱坑透法〕無線電波透視法:是向地下地質(zhì)體發(fā)射高頻無線電波，經(jīng)過觀測電磁波在傳播過程中場強的衰減情況，以確定地質(zhì)異常體的位置。通常情況下，煤層和頂?shù)装鍘r石對高頻電磁波的吸收作用是不同的。低電導(dǎo)率的巖石對電磁波能量吸收作用小，因此接納的信號〔即場強〕較強，而煤層吸收作用大，接納的信號弱。斷層破碎帶、陷落柱等那么會使電磁波產(chǎn)生反射、折射和吸收，屬低電阻體〔高電導(dǎo)率〕?？油阜ㄔ趦蓷l巷道〔回風順槽和運輸順槽〕之間進展，通常把發(fā)射機放在所探測采煤任務(wù)面的運輸順槽內(nèi)，向被探測地質(zhì)體發(fā)射無線電波，接納機放在回風順槽內(nèi)，接納透過被探測地質(zhì)體的電磁波信號，當有低電阻的異常體時，在相應(yīng)的接納點處能觀測到無線電波場強的明顯衰減．經(jīng)過改動發(fā)射點或接納點位置多次觀測，即可確定地質(zhì)異常體的位置和形狀。直流電法屬全空間電法勘探。它以巖石的電性差別為根底，電流經(jīng)過布置在隧道內(nèi)的供電電極在隧道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場。直流電法超前物探主要是根據(jù)視電阻率的大小來判別任務(wù)面前方的含水構(gòu)造與地質(zhì)構(gòu)造，因此，探測前提是探測目的有明顯的電性差別，利用探測目的電性參數(shù)的差別來分辨目的體，如：探測目的為巖層、洞穴、金屬礦、水體還是構(gòu)造等。直流電法1.直流電法超前預(yù)告技術(shù)的技術(shù)關(guān)鍵視電阻率是直流電法超前物探的關(guān)鍵要素之一，影響視電阻率的要素主要有：組成巖石的礦物成分，主要與組成巖石的礦物顆粒的構(gòu)造形狀、濕度〔含水量〕、溫度有關(guān)。巖石中水溶液的分布形狀。巖層中水溶液的電阻率大小。與含水孔隙度有明顯關(guān)系。與巖石的裂隙率，巖溶發(fā)育程度有較大關(guān)系。2.直流電法超前預(yù)告技術(shù)的幾個技術(shù)關(guān)鍵：直流電法探測的干擾主要來自5個方面的影響：探測地點存在鐵軌、工字鋼、扒矸機等金屬干擾物和水溝等延續(xù)狀低阻體。巷道底板干濕不勻，部分地域存在積水段。巷道底板過分枯燥引起的接地電阻過大。線路漏電。巷道彎曲。2.直流電法超前預(yù)告技術(shù)的幾個技術(shù)關(guān)鍵：實際上，只需巷道較長，探測時兩極足夠遠，就能到達足夠大的探測間隔。多年的探測實際闡明，因全空間和體積效應(yīng)等問題，直流電法有效探測間隔普通不超越100m。2.直流電法超前預(yù)告技術(shù)的幾個技術(shù)關(guān)鍵：直流電超前探測法可以超前查獲掘進作面前方空洞、斷層、富水區(qū)等地質(zhì)異常區(qū)，為掘進任務(wù)面探放水任務(wù)提供了準確的技術(shù)根據(jù)，有效地預(yù)防了掘進任務(wù)面突水事故的發(fā)生?！踩澄锾筋A(yù)測預(yù)告技術(shù)道路綜合分析上述幾種物探技術(shù)，結(jié)合各種物探技術(shù)在國內(nèi)外運用情況，其中：地震法勘探對構(gòu)造、巖性等力學性量變化敏感，也就是說地震法超前物探對構(gòu)造探測比較準確；電磁方法對含水性引起的導(dǎo)電性敏感，闡明電磁法超前物探對含水構(gòu)造探測較為準確；為了提高超前物探的準確性，應(yīng)采用地震法與電磁法相結(jié)合的物探技術(shù)，地面物探和井下鉆探相結(jié)合的技術(shù)道路。〔四〕直流電法水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)告運用1.直流電法儀超前水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)告的根本原理一個點電源O在均勻介質(zhì)中的電場形狀為球形〔見圖〕，每個球殼為一個等電位面，不同等電位面上A、B兩點會產(chǎn)生電位差，電位差的大小與其經(jīng)過的介質(zhì)的導(dǎo)電性〔電阻率〕有關(guān)。用直流電法儀測得A、B兩點的電位差，依公式可計算出介質(zhì)的視電阻率。點電源在均勻介質(zhì)中的電場形狀j電流線A′等電位面B′C′ABCO在巷道中設(shè)A、B兩極供電點，其中B點設(shè)在無窮遠〔大于丈量范圍3倍以上〕，就構(gòu)成了以A點為中心穩(wěn)定的球形電場。設(shè)3個不同球形電場A1、A2、A3〔見圖〕進展測試，可以得到3組前方相切的介質(zhì)的視電阻率，經(jīng)過計算機處置，消除其他方向上的干擾，得到前方切點D處的視電阻率。掘進巷道BY3X3Y2X2Y1X1A3A2A1三個不同電場觀測表示圖延續(xù)觀測就得到任務(wù)面前方不同間隔處介質(zhì)的視電阻率變化曲線，含水地點的巖石視電阻率會大大降低，依視電阻率變化情況可以推測到任務(wù)面正前方水文地質(zhì)能否有異常。2.直流電法儀任務(wù)原理直流電法儀是由鋰電池組、逆變聲壓、整流濾波、極性變換、單片機控制、A/D轉(zhuǎn)換、顯示、存儲、通訊等電路組成。其任務(wù)原理見圖。逆變升壓電路整流電路電流電壓取樣電路變頻輸出單片計算機存儲器鍵盤電源電路串口通訊PC顯示器A/D轉(zhuǎn)換器MNAB直流電法儀任務(wù)原理表示圖電池輸出的直流電壓經(jīng)逆變升壓電路產(chǎn)生83V的高壓，經(jīng)整流濾波、極性變換電路輸出，即經(jīng)過A、B電極供入大地，建立穩(wěn)定的人工電場；同時經(jīng)過M、N電極接納大地的感應(yīng)電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送單片機控制電路，丈量電壓和供電電流，經(jīng)過計算存入存儲器。顯示器用來顯示參數(shù)和丈量數(shù)據(jù)。存儲器用于丈量參數(shù)和丈量數(shù)據(jù)的儲存。存儲器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串行通訊口傳送到PC機中，在PC機中完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和成果圖的繪制。3.工程實例登封市廟莊煤礦是一個技改礦井，2006年5月對該礦的部分巷道采用直流電法進展了超前探測，根據(jù)探測結(jié)果對其水文地質(zhì)進展了預(yù)測預(yù)告?！?〕測點布置根據(jù)不同探測目的，直流電法可以采用多種任務(wù)安裝方式。井下探測通常運用對稱四極測深安裝、三極測深安裝和三點三極超前探安裝，由于此次超前探測的目的是了解運輸大巷掘進任務(wù)面前方的斷層含水情況，所以采用三極測深布極法。測點布置見以下圖。在掘進任務(wù)面迎頭布置供電極A1、A2、A3，間距4m，A1布置在掘進任務(wù)面迎頭位置1m位置，接納極M、N，間距4m，在掘進任務(wù)面迎頭后300m處布置B極作為無窮遠極。距供電極A112m開場跑極，觀測記錄各點視電阻率t，然后在計算機上繪制A1、A2、A3點視電阻率曲線圖。以各條曲線上距A1供電點等距低阻點為根據(jù)，分別以A1、A2、A3點為圓心繪圓，三圓相交點即為前方低阻異常點。測點布置圖〔2〕成果分析將井下采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過RS232串行通訊口傳送到計算機中，在計算機中經(jīng)過Sufer8完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和成果圖的繪制，詳見廟莊煤礦主運輸大巷直流電法超前探測結(jié)果圖。本次采用直流電法儀三極布極法，對巷道超前探測100m，共測得數(shù)據(jù)75組，其中可信數(shù)據(jù)73組，有效探測間隔為85m。圖中用兩種方式表達介質(zhì)的視電阻率大小，一是視電阻率等值線；一是顏色深淺，顏色較淺部分表示視電阻率較低，顏色較深的部分表示視電阻率較高。圖像下方數(shù)字代表距巷道掘進任務(wù)面間隔。從圖中可以看出：任務(wù)面前方48～57m為一低阻區(qū)，此區(qū)間巖石的視電阻率為55～65，比正常介質(zhì)視電阻率低得多，可視為富水區(qū)；60～68m之間為一高阻區(qū)，此區(qū)間巖石的視電阻率為145～155，比正常介質(zhì)的視電阻率要高，可視為斷層破碎帶，不含水；其他部分為正常段。揭露驗證:在掘進任務(wù)面前方47.5m處出現(xiàn)淋水，并且水量較大，掘進任務(wù)面前方60m處出現(xiàn)一落差5m的斷層，與探測結(jié)果完全吻合?！参濉持绷麟姺ǔ邦A(yù)測預(yù)告成果圖六、井下鉆探1.超前距探水時從探水線開場向前方打鉆孔，探水一掘進一再探水一再掘進，循環(huán)進展。而探水鉆孔終孔位置應(yīng)一直超前掘進任務(wù)面一段間隔，該間隔稱超前距〔見探水鉆孔的主要參數(shù)表示圖〕?！惨弧程椒潘闹饕獏?shù)探水鉆孔的主要參數(shù)表示圖2.允許掘進間隔經(jīng)探水證明無水害要挾，可以平安掘進的長度稱允許掘進間隔。3.幫距幫距使巷道兩幫與能夠存在的老窯積水之間堅持一定的平安間隔，即呈扇形布置的最外側(cè)探水孔所控制的范圍與巷道幫的間隔，可用下式計算：a—超前距，mL—巷道跨度〔寬度高取大值〕，mKP—煤的抗拉強度，MPa；A——平安系數(shù)，普通取2～5P—水頭壓力，MPa4.鉆孔密度〔孔間距〕指允許掘進間隔終點橫剖面上探水鉆孔之間的間距，不超越3m，以免漏掉含水區(qū)?！捕程椒潘@孔布置方式扇形探水鉆孔半扇形探水鉆孔探水鉆孔的布置方式和巷道類型、煤層厚度與產(chǎn)狀有關(guān)，情況不同時，布置方式也有所不同，主要有:扇形、半扇形〔三〕探水與掘進的配合1.雙巷掘進交叉探水2.雙巷掘進單巷超前探水3.平巷與上山配合探水4.隔離式探水〔四〕斷層帶探放水據(jù)統(tǒng)計，礦井突水事故中有90％以上是位于斷裂帶或其附近。因此，當采掘任務(wù)面將要揭露或接近含水、導(dǎo)水的斷裂構(gòu)造時，都必需進展探水，防止突水事故發(fā)生。1.斷層探放水原那么與探查內(nèi)容〔1〕斷層探放水原那么，以下情況均必需探水：①采掘任務(wù)面前方有導(dǎo)水斷層存在，但詳細位置不清或控制程度不夠。②采掘任務(wù)面前方，預(yù)測有斷層存在，但詳細位置和含〔導(dǎo)〕水性不清。③采掘任務(wù)面底板隔水層厚度與接受水壓都處于臨界形狀，采掘任務(wù)面影響范圍內(nèi)斷層賦存情況不清。④巷道揭露或穿越斷層無突水征兆，但隔水層厚度及實踐水壓接近臨界形狀。⑤井巷工程在淺部穿越斷層時已證明不含〔導(dǎo)〕水，但深部有能夠突水。⑥根據(jù)井巷工程和斷層防水煤柱留設(shè)的特殊要求，必需查明的斷層。⑦采掘任務(wù)面接近推斷導(dǎo)水斷層100m時，或距知含〔導(dǎo)〕水斷層60m。⑧采區(qū)內(nèi)小斷層使煤層與強含水層的間隔縮短時，含水層水壓大于2～3MPa?！?〕斷層水探查的主要內(nèi)容查明斷層位置、落差、走向、傾向、傾角，斷裂帶寬度、充填物和充填程度，斷層的導(dǎo)水性與富水性。查明斷層兩盤斷裂帶裂隙、巖溶發(fā)育情況、兩盤對接部位的巖層及其富水性。查明煤層與強含水層的實踐間距。查明斷層探水孔不同深度處的水壓、水量，確定底板水在隔水層中的導(dǎo)升高度。經(jīng)過放水實驗和連通實驗查明斷層導(dǎo)水性、富水性以及經(jīng)過斷層的側(cè)向補給水量。2.斷層探放水方法斷層探水方法與探老窯水方法相仿，但探水鉆孔孔數(shù)要比探老窯水少，普通為3個孔，鉆孔布置方式按探查目的不同略有差別?！?〕探查任務(wù)面前方知或預(yù)測含〔導(dǎo)〕水斷層：先布置掘進前方1號孔，然后再打2、3號孔，確定斷層走向、傾向、傾角和斷層的落差及兩盤的對接關(guān)系?！?〕隔水巖柱處于臨界形狀時對掘進任務(wù)面前方的探查：沿巷道掘進方向打3個孔?！?〕巷道實見斷層，在采動影響后有無突水危險性的探查：普通應(yīng)向下盤估計采動影響帶內(nèi)打1號孔；假設(shè)無水，那么還應(yīng)向估計采動帶以下打2、3號孔。3.斷層水的預(yù)防和處置〔1〕斷層帶不含〔導(dǎo)〕水導(dǎo)水水源為孔隙、裂隙水時，可直接經(jīng)過，但防止塌落冒頂；假設(shè)是沖積層、巖溶含水層，須先打孔疏放，證明水壓、水量不大時，再過斷層帶?！?〕斷層帶弱含〔導(dǎo)〕水，有能夠突水的斷裂帶①假設(shè)水源為孔隙、裂隙含水層時，需加強支護，防止冒落。如水壓、水量較大時，應(yīng)先打孔疏水降壓，然后再過斷層。②假設(shè)是沖積層、巖溶含水層時，要超前探水，再穿過斷層帶。如隔水巖柱缺乏，應(yīng)留設(shè)防水煤柱。③假設(shè)為厚層強巖溶水或大型地表水體時，巷道掘進必需超前探水，回采時須留設(shè)斷層防水煤柱?！?〕富含水或?qū)詮?、突水能夠性大的斷層①假設(shè)水源為孔隙、裂隙含水層時，回采前疏水降壓至平安值以下，并留設(shè)防水煤柱。②假設(shè)水源是沖積層、灰?guī)r層含水層時，要超前探水，防止滯后突水、留防水煤柱。③假設(shè)水源為厚層強含水層或大型地表水體時，應(yīng)超前探水，留設(shè)斷層防水煤柱。第三部分

煤礦注漿堵水技術(shù)一、注漿技術(shù)的開展、現(xiàn)狀與研討方向又稱為灌漿〔Grouting〕，它是將一定資料配制成漿液，用壓送設(shè)備將其灌入地層縫隙內(nèi)使其分散、膠凝或固化，以到達加固地層或防滲堵漏的目的。從而改善受注地層的水文地質(zhì)或工程地質(zhì)條件。注漿〔InjectionGrout〕注漿技術(shù)來源于地下工程的特殊需求。1802年，法國人查理斯·貝里格尼在修繕第厄普沖刷閘時，用木制沖擊筒安裝，人工錘擊方法向地層擠壓將石灰和粘土漿液加固迪普港的磚石砌體，開場了注漿施工。1824年，英國的約瑟夫·阿斯普丁研制勝利硅酸鹽水泥后，一些國家開場以水泥為主要注漿資料，將注漿技術(shù)運用于建筑根底、水壩和礦山工程中。1845年，美國沃森在一個溢洪道陡槽根底下灌注水泥砂漿。1864年，阿里因普瑞貝硬煤礦的一個井筒第一次運用了水泥注漿法，以后又相繼在比利時、法國和德國運用了這種方法。1885年蒂金斯勝利采用地面預(yù)注漿方法開鑿井筒，并獲得了專利權(quán)。從此，注漿技術(shù)作為礦山工程、建筑工程中防水、加固的重要手段，先后在英國、法國、南非、美國、日本以及前蘇聯(lián)等國家得到了廣泛的運用。1884年，英國的豪斯古德在印度建橋時初次運用化學注漿并獲得勝利。1887年，德國切撤爾斯基發(fā)明了硅化法并獲得專利。1909年，比利時人勒馬爾塔蒙特提出了雙液單系統(tǒng)的一次壓注法并獲得專利。荷蘭采礦工程師尤斯登在1920年初次論證了化學注漿的可靠性，并發(fā)明了水玻璃－氯化鈣雙液雙系統(tǒng)兩次壓注法，開場了化學注漿的歷史。上世紀50年代以后，歐美及日本等國家開展注漿資料研討，美國研制了粘度接近水、凝膠時間可恣意調(diào)理的丙烯酰胺漿液〔AM—9〕，接著各國分別研制出了木質(zhì)素類、脲醛樹脂類、酚醛樹脂類、呋喃樹脂類、丙烯酸鹽類、聚氨脂類、環(huán)氧樹脂類、不飽和聚酯樹脂等性能各異的注漿資料。另一方面，注漿資料向超細水泥方向開展，逐漸替代化學漿材，減小對環(huán)境污染和降低工程造價。砂、土層的化學注漿防滲加固技術(shù)逐漸被20世紀70年代以后開發(fā)的高壓放射注漿法所取代；高壓放射注漿技術(shù)由單管〔CCP法〕，逐漸開展為二管〔雙介質(zhì)〕和三管〔三介質(zhì)：水、氣、漿〕。我國20世紀50年代初在煤炭、水電、鐵路等行業(yè)中，利用注漿法治理水害，才填補了舊中國在注漿技術(shù)方面的空白。20世紀60年代以后，煤炭行業(yè)的注漿技術(shù)得到快速開展。注漿資料由單液水泥漿開展到CS雙漿，即水泥─水玻璃漿液。1964年我國研制勝利MG—646新型化學漿液，1967年研制勝利水泥一水玻璃雙液注漿法，70年代研制勝利聚氨酯化學注漿資料。近年來又開發(fā)了以粘土為主劑的CL─C型粘土水泥漿，降低了注漿本錢。注漿資料的開展，促進了注漿設(shè)備和機具的研制，相繼出現(xiàn)了一系列高性能公用注漿泵，高精度的陀螺定向測斜儀，高效的凍注鉆機，KWS型止?jié){塞等。注漿方法分類；1．按注漿資料的不同分類：化學注漿、水泥注漿、粘土類注漿2．按漿液的混合方式分類：單液單系統(tǒng)法、雙液單系統(tǒng)法同步注入型雙液雙系統(tǒng)法、交替注入雙液雙系統(tǒng)法3．按注漿的施工時間分類：預(yù)注漿、后注漿。4．按注漿的目的不同分類：加固注漿、堵水防滲注漿、置換注漿5．按漿液的浸透方式為類：充填注漿、浸透注漿、擠密注漿和劈裂注漿6．按注漿管方式進展分類：鉆桿法、花管法、雙層管雙栓塞法、同步注入法、高壓放射攪拌法二、注漿資料〔一〕注漿資料及其特點注漿資料配制和作用普通包括三個階段：原材料配制漿液構(gòu)成結(jié)石體參與水或其他溶劑化學反響或物理反響結(jié)石體用于充填、堵塞地層中的裂隙或孔隙，起到堵水和加固的作用。原資料包括主劑和助劑，助劑根據(jù)其在漿液中的作用，分為固化劑、催化劑、速凝劑及懸浮劑等理想的注漿資料，應(yīng)滿足以下要求：①漿液粘度低，流動性好，可注性好，可以進入細小隙縫和粉細砂層；②漿液凝固時間可以在寬域時間內(nèi)恣意調(diào)理，并能人為地加以準確控制；③漿液的穩(wěn)定性好。常溫、常壓下存放一定時間不改動其根本性質(zhì)，不發(fā)生劇烈的化學反響；④漿液無毒、無臭，不污染環(huán)境，對人體無害，屬非易燃、易爆物品；⑤漿液對注漿設(shè)備、管路、混凝土建筑物及橡膠制品無腐蝕性，并且容易清洗；⑥漿液固化時，無收縮景象，固化后有一定的粘結(jié)性，能結(jié)實地與巖石、混凝土及砂子粘結(jié)；⑦漿液結(jié)石率高，結(jié)石體有一定的抗壓強度和抗拉強度，不龜裂，抗?jié)B性好；⑧結(jié)石體應(yīng)具有良好的耐老化特性和耐久性，能長期耐酸、堿、鹽、生物菌等腐蝕，并且其溫度、濕度特性與被注體相協(xié)調(diào)；⑨注漿后資料顆粒應(yīng)有一定的細度，以滿足注漿效果，但顆粒越細，漿液本錢也就越高；⑩漿液配制方便，操作簡單，原資料來源豐富，價錢合理，能大規(guī)模運用。按漿資料主劑性質(zhì)分為兩大系列：〔二〕注漿資料的分類無機系列單液水泥類漿液水泥粘土類漿液可控域粘土固化漿液高水速凝資料漿液水泥-水玻璃類漿液水玻璃類漿液有機系列丙烯酰胺類漿液木質(zhì)素類漿液脲醛樹酯類漿液聚胺酯類漿液其他有機類漿液1.單液水泥類漿液〔三〕無機系列注漿資料以水泥為主包括添加一定量的附加劑，用水配制成漿液，采用單液方式注入巖土層，這樣的漿液稱為單液水泥漿。單液水泥漿系指是指能改善水泥漿液性能的速凝劑、早強劑、塑化劑、懸浮劑等。附加劑水泥漿的根本性能〔1〕純水泥漿不包括附加劑，只需水泥和水調(diào)制而成的漿液，隨著水灰比的增大，水泥漿的粘度、密度、結(jié)石率、抗壓強度等有十清楚顯的降低，初凝、終凝時間逐漸延伸?！?〕附加劑①水泥速凝劑能縮短水泥凝固時間的化學藥劑。我國速凝劑種類很多，如“711〞型、紅星一型、陽泉一型、氯化鈣、蘇打、水玻璃、碳酸鉀、硫酸納等。水泥漿中參與氯化鈣或水玻璃均有顯著速凝作用。②水泥的速凝早強劑水泥的速凝早強劑是復(fù)合附加劑，如水玻璃、三乙醇胺加氯化鈉、三異丙醇胺加氯化鈉及二水石膏加氯化鈣等。普通情況下，速凝早強劑用量為：三乙醇胺〔或三異丙醇胺〕占水泥用雖0.05％～0.1％，氯化鈉占水泥用量0.5％～1.0％。③水泥的分散劑和懸浮劑單液水泥漿易沉淀析水，需發(fā)參與懸浮劑。為了降低水泥漿的粘度，提高漿液的流動性，添加漿液的可注性，往往要參與分散劑。④水泥的其他附加劑亞硫酸鹽、紙漿廢液、食糖、硫化鈉等屬于塑化劑，而膨潤土、高塑粘土屬于懸浮劑。為滿足注漿工程的特殊需求，水泥需添加一些其他附加劑，如緩凝劑、流動劑、加氣劑、膨脹劑、防析水劑等。水灰比附加劑初凝時間終凝時間抗壓強度/0.1MPa名稱用量/%1d2d7d28d1∶10014h15min25h00min81659921∶1水玻璃37h20min14h30min101855—1∶1氯化鈣27h10min15h04min101961951∶1氯化鈣36h50min13h08min11206598單液水泥漿的特點①水泥作為注漿資料，來源豐富，價錢低廉；②漿液結(jié)石體強度高，抗?jié)B性能好；③采用單液方式注入，工藝及設(shè)備簡單，操作方便；④由于水泥是顆粒資料，可注性差，難以注入中細粉砂層及細裂隙巖層；⑤水泥漿液初、終凝時間長，不能準確控制，容易流失，易沉淀析水、強度增長慢、結(jié)石率低、穩(wěn)定性較差等缺陷。超細水泥漿液超細水泥漿液的特性：1〕同樣水灰比超細水泥漿液粘度比普通水泥和膠體水泥漿液粘度低、穩(wěn)定性好。2〕超細水泥顆粒有較高的化學活性，能較好地凝結(jié)硬化，獲得高早期和后期強度；齡期3天的超細水泥結(jié)石體抗壓強度不低于20MPa，28天可達30MPa以上〔W/C=0.6〕。3〕超細水泥漿液凝結(jié)時間確實定可用摻入硅酸鈉的方法在45～150s的范圍內(nèi)調(diào)解。4〕超細水泥具有可調(diào)的膨脹率，容易使結(jié)石體充溢整個裂隙，使其界面結(jié)合得非常嚴密，大大提高了其抗?jié)B才干。濕磨超細水泥濕磨水泥制漿方法〔簡稱WMC〕：濕磨超細水泥是對水灰比為1：1的普通水泥的漿液再予以磨細15min，所到達的平均粒徑為4～10μm，比外表積到達7000～10000cm2/g，析水率只是普通水泥漿液的5％左右，可以在磨細操作的同時進展注漿。膏狀水泥漿液膏狀水泥漿液是普通水泥漿液、膨潤土和附加劑經(jīng)過高速攪拌而成的。它的水灰比低，為0.4～0.7。這種稠漿2小時內(nèi)的析水率不超越5％。在壓力作用下，水分不會被擠出，并且在注漿過程中有觸變性。具有高穩(wěn)定性，可以較為豐滿地充填裂隙，結(jié)石體的強度高，抗化學溶蝕的才干強。2.水泥粘土類漿液水泥粘土類漿液的性能粘土用量對漿液性能的影響水灰比粘土用量/占水泥%粘度/×10-3Pa·s密度/g/cm3凝膠時間結(jié)石率/%抗壓強度/MPa初凝終凝3d9d14d28d0.5∶15滴流1.842h42min5h52min991.85－33.213.60.75∶15401.657h50min13h1min934.056.967.947.891∶15191.528h30min14h30min872.415.174.288.121.5∶1516.51.3711h5min23h50min661.293.453.247.302∶1515.81.2813h53min51h52min571.252.582.587.850.5∶110不流動－2h24min5h29min100－－20.3－0.75∶110651.685h15min9h38min992.936.965.12－1∶110211.567h24min14h10min911.684.552.88－1.5∶110171.438h12min20h25min791.562.793.30－2∶110161.329h16min30h24min581.251.582.52－0.5∶115－－－－－－－－－0.75∶115711.704h35min8h50min990.402.402.95－1∶115231.626h20min14h13min951.301.562.18－1.5∶115191.517h45min24h5min800.850.971.40－2∶115161.349h50min29h16min600.731.132.24－水泥和粘土的化學反響水泥和粘土攪拌后，首先是水泥水化，產(chǎn)生水化物的同時，一部分繼續(xù)硬化，構(gòu)成水泥水化物的骨架，另一部分那么與周圍具有活性的粘土顆粒發(fā)生反響。反響主要是離子交換及團?；饔煤湍Y(jié)作用。所謂離子交換是指水泥與水反響生成的鈣離子〔Ca++〕被帶負電荷的粘土顆粒吸附而發(fā)生膠凝。水泥粘土類漿液的特點①較單液水泥漿液本錢低，流動性好，抗?jié)B性強，結(jié)石率高；②抗壓強度因配方不同有所差別，普通情況下為5～10MPa，比單液水泥漿低，只適用于充填注漿；③漿液資料來源豐富，價錢低廉，采用單液注入工藝，設(shè)備簡單，操作方便；④漿液無毒性，對地下水和環(huán)境無污染。3.可控域粘土固化漿液以粘土為主劑參與一定量的添加固化劑而成，漿液本錢低、來源廣、運用范圍大。漿液特點：①以粘土為主要成分，占80%～85%；②具有高分散性和高可控流動性，且其結(jié)石不收縮，堵水率可達90%以上；③漿液可注性好，分散半徑可控，可降低注漿鉆孔數(shù)量，防止?jié){液流失；④漿液具抗水稀釋性、流變可控制性，能在動水形狀下注漿，防止?jié){液過多損耗；⑤漿液結(jié)石體塑性強度高，化學穩(wěn)定性好，具有良好的抗震性和化學侵蝕才干。4.高水速凝資料以鋁礬土、石灰和石膏為主要原料，配以多種無機原料附加劑，經(jīng)磨細、均化等工藝，配制成甲、乙兩種粉料的水硬性膠結(jié)資料。主要技術(shù)特征：①由甲乙兩種固體粉料組成；②具有高含水性，水和固體粉料體積比高達6：1～9：1，水灰比為2：l～3：1；③具有可注性。甲乙兩種固體粉料與水攪拌制成的甲乙兩種漿液，單獨放置可達24h以上不凝固、不結(jié)底，流動性好，順應(yīng)于遠間隔保送；④具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后30min之內(nèi)即可凝結(jié)成固體；⑤強度性能。甲乙兩種資料漿液混合后開場凝固，lh抗壓強度可達0.5～1MPa，2h強度可達2MPa，一天可達4MPa，7d以后可達5MPa以上；⑥無毒、無害、無腐蝕；⑦酸堿性：甲料的PH為9～10，為弱堿性；乙料的PH為11～12，為堿性；⑧高水資料所構(gòu)成的結(jié)石體早期破壞后還具有重結(jié)晶恢復(fù)強度的特性。5.水泥-水玻璃類漿液水泥-水玻璃類漿液亦稱CS漿液〔C代表水泥，S代表水玻璃〕，是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例采用雙液方式注入，必要時參與附加劑所構(gòu)成的注漿資料。水泥-水玻璃類漿液是一種用途極其廣泛、運用效果良好的注漿資料。CS漿液的適宜配方為：水泥為425號或525號普通硅酸鹽水泥水泥漿的水灰比為0.8：l～1：1，水泥漿與水玻璃的體積比為1：0.1～1：0.8水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，濃度為22～40Be?CS漿液漿液的凝固機理2(3CaO·SiO2)+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2硅酸三鈣 水化硅酸鈣氫氧化鈣2(3CaO·SiO2)+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣3CaO·Al2O3)+6H2O→3CaO·2Al2O3·3H2O+Ca(OH)2鋁酸三鈣 水化鋁酸鈣 氫氧化鈣由于Ca(OH)2的存在，水泥凝固時間較長，難以滿足注漿的要求，必需采取措施，研討縮短水泥凝膠時間的方法，水玻璃是有效的速凝劑之一。水玻璃也叫硅酸鈉或泡花堿，分子式為NaO·SiO2。Ca(OH)2+NaO·nSiO2→CaO·nSiO2·mH2O↓+Na(OH)。水玻璃把Ca(OH)2置換為水化硅酸鈣。使水泥快速凝固，凝固時間普通可控制在30~60秒之內(nèi)，并且可以調(diào)理。衡量水玻璃性質(zhì)有兩個重要參數(shù)。模數(shù)：M=普通情況下M=2.4~3.3濃度：用玻美度(Bé)表示，實踐運用時有兩種水玻璃：38BéM=3.1~3.3注漿用51BéM=2.4~2.6堵漏用假設(shè)想進一步縮短CS漿液的凝膠時間，也可以在其中參與其他的化學添加劑，如三乙醇胺、氯化鈉、硅粉等，可將CS漿液的凝膠時間縮短至7~15秒。假設(shè)要延伸CS漿液的凝膠時間，可在其中參與緩凝劑，如磷酸二氫鉀等。水泥-水玻璃漿液的特點：漿液可控性好，凝膠時間可準確控制在幾秒到幾非常鐘的范圍內(nèi)；漿液結(jié)石體強度高，可達5.0～10.0MPa；漿液的結(jié)石率高，可達100%；結(jié)石體的浸透系數(shù)小，為10-3cm/s；該漿液適宜于0.2mm以上裂隙及1mm以上粒徑的砂層運用；資料來源豐富，價錢廉價，漿液對地下水和環(huán)境無污染。水玻璃類漿液是指水玻璃在固化劑作用下產(chǎn)生凝膠的一種注漿資料。1〕水玻璃-氯化鈣漿液兩種液體在地下土壤中相遇，立刻發(fā)生化學反響，生成二氧化硅膠體，并將土粒包圍起來凝成整體，不僅起到防滲作用，更主要的起到加固作用。2〕水玻璃-鋁酸鈉漿液水玻璃與鋁酸鈉反響，生成凝膠物質(zhì)硅膠及硅酸鋁鹽，膠結(jié)砂和土壤，起到加固和堵水作用。3〕水玻璃-硅氟酸漿液水玻璃和硅氟酸兩種漿液相遇便產(chǎn)生絮狀沉淀物，在性能上是一種比較好的水玻璃漿。4〕其他類水玻璃漿液①水玻璃－磷酸類②水玻璃－草酸硫酸鋁類③水玻璃－二氧化碳類④水玻璃－有機膠凝劑類6.水玻璃類漿液〔四〕有機系列注漿資料丙烯酰胺類漿液要求雙液系統(tǒng)注入，主劑、交聯(lián)劑、復(fù)原劑〔或強復(fù)原劑〕及緩凝劑溶解在水中單獨存放，簡稱甲液；氧化劑也溶解在水中單獨存放，簡稱乙液。由于丙烯酰胺單體具有毒性，日本、美國等如今已不再運用。漿液特點：①粘度小，在凝膠前不斷堅持不變，具有良好的浸透性；②凝膠時間可以準確地控制在幾秒至幾非常鐘的范圍內(nèi)，漿液凝膠是在瞬間發(fā)生并完成的；③凝膠體抗?jié)B性能好，浸透系數(shù)為10-9～10-10cm/s；④凝膠體抗壓強度低，普通不受配方的影響，其值約為0.4～0.6MPa。1.丙烯酰胺類漿液2.木質(zhì)素類漿液以紙漿廢液為主劑，參與一定量的固化劑所組成的漿液，包括鉻木質(zhì)素漿液和硫木質(zhì)素漿液兩種。1)鉻木質(zhì)素漿液雙液系統(tǒng)注入的注漿資料，漿液由三部分組成，甲液是亞硫酸鈣紙漿廢液，乙液包括固化劑和促進劑，固化劑采用重鉻酸鈉，促進劑有三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸銅、氯化銅等。漿液特點：①漿液的粘度較小，可灌性好，浸透系數(shù)為10-3～10-4cm/s的根底均可適于灌漿；②防滲性能好，用鉻木質(zhì)素漿液處置后的根底，其浸透系數(shù)達10-7～10-8cm/s；③漿液的膠凝時間可在幾秒鐘至非常鐘范圍內(nèi)調(diào)理；④新老凝膠之間的膠結(jié)較好，結(jié)石體的強度達0.4MPa～0.9MPa。⑤原資料來源廣，價錢低廉。2)硫木質(zhì)素漿液由于重鉻酸鈉是一種劇毒藥品，在地層中注漿存在著鉻離子〔Cr6+〕污染地下水的問題，因此鉻木質(zhì)素漿液的廣泛運用遭到了一定的限制，以過硫酸銨完全替代重鉻酸鈉，成為無毒的硫木質(zhì)素漿液。漿液特點：①漿液粘度與鉻木質(zhì)素類似，可灌性能好；②膠凝時間可在幾十秒至幾非常鐘之間控制；③凝膠體不溶于水、酸及堿溶液中，化學性能較穩(wěn)定