发表时间：2015-01-07
注浆截流封堵技术处理矿井溃水-矿山脱水设备 
注浆截流封堵技术处理矿井溃水-矿山脱水设备 呼和乌素煤矿位于东胜煤田补连区内。井田内风积砂遍布，北部及东部边缘多为波状沙丘，中部及西南部多为平沙地，地势较为平缓。呼和乌素沟和补连沟为井田内较大沟谷，基本为长年溪流，流向由西至东，流量随季节变化较大。 井田地处乌兰木伦河西缘，分两部分，南侧为呼和乌素井工矿，北侧为呼和乌素露天矿。乌兰木伦河流域小窑众多，存在越界盗采现象，井下巷道互通，局部乌兰木伦河水补给小窑巷道，存在大量积水。 2013 年5 月27 日，露天矿在采掘过程中导通小窑巷道积水，而后积水又溃入井工矿。从11 时40 分至下午16 时，估算溃入井下水量约300 万m3，导致井工矿及相邻多个矿井停产。 1 溃水原因及治理方案 1．1 溃水原因 根据呼和乌素矿3#煤层采掘工程平面图可知，3 #煤层回风大巷及运输大巷是露天矿与井工矿的主要连接通道。分析本次溃水的原因是: 露天矿3 #煤在采掘爆破过程中，与临近未知小窑巷道导通，小窑巷道积水瞬时涌入3 #煤采坑，采坑积水水位增高，水压增大，冲破3 #煤层回风大巷及运输大巷的混凝土密闭，溃入井下，导致淹井。 1．2 治理方案 经过上述原因分析，乌兰木伦河流域小窑巷道积水为本次事故的溃水水源，需封堵其补给通道，切断呼和乌素矿与小窑巷道积水之间的水力联系，才能确保矿井及时恢复安全生产。考虑到切断露天矿采坑与小窑巷道之间水力联系施工难度大，且溃水对井工矿井安全威胁巨大; 因此，本次施工先期进行露天采坑与井工矿之间导水通道的截流堵水，以保证井工矿井安全。 目前，常采用投料注浆固结封堵技术截流堵水，此技术较为经济合理、安全可靠。 由于井工矿井已停产，井下施工存在安全隐患，确定在地面对3#煤两条大巷进行封堵。首先在地面施工钻孔与井下巷道贯通，然后通过钻孔投入骨料并注浆，在巷道内形成一堵密闭墙，密闭墙形成后可有效阻止采坑积水通过巷道进入呼和乌素矿井工矿生产区域，以保证矿井安全生产。 2 注浆截流封堵设计 2．1 注浆截流封堵密闭墙参数选取 露天矿采坑积水水位标高+ 1 098．6 m，井下巷道水位标高+ 1 077．57 m，密闭墙需承受水压约0．21 MPa。根据《采矿工程设计手册》防水闸墙设计规定，呼和乌素矿巷道实测资料及矿区周边矿井注浆截流封堵经验，每堵密闭闸墙设计长度L = 20 m，宽度A = 5．00 m，高度H = 4．50 m。 2．2 注浆截流封堵钻孔布置 钻孔分为三类: 一类为主投料孔，投入混凝土; 二类为投料注浆孔，投入粗细骨料并注浆; 三类为注浆孔。注浆扩散半径按照大于5 m设计，共布置钻孔26 个; 其中: 每条巷道布置钻孔13 个，两端分别布置5 个(1 个主投料孔，2 个投料注浆孔，2 个注浆孔)，中间布置3 个(主投料孔) 。如图1、图2 所示。 2．3 注浆参数选取 本工程确定采用一次全孔间歇式充填注浆、注砂石工艺。 1) 注浆压力: 注浆压力通过现场试验确定，选取1．5MPa。 2) 水泥浆液配比: 水灰比: 1: 1。 3) 材料选取: 水泥采用强度等级为42．5 的普通硅酸盐水泥; 用水符合混凝土用水标准要求，pH 值大于4; 骨料选用0．5 ～ 3 cm石料; 混凝土选用C35 混凝土。 2．4 施工顺序 本次注浆截流封堵，首先在封堵段两端依次施工主投料孔、投料注浆孔、注浆孔，进行投料注浆形成密闭帷幕墙; 待两端密闭帷幕墙形成后，在封堵段中部施工主投料孔灌入混凝土; 待混凝土墙接顶后，再进行加压注浆填充密实，形成整体的截流封堵密闭墙。 3 注浆截流封堵施工技术要求 3．1 截流封堵钻孔施工 3．1．1 钻孔结构 主投料孔及投料注浆孔钻孔结构: 松散层孔径为273mm，下入219mm的护壁管，以防止塌孔; 基岩孔径为190mm裸孔。注浆孔松散层孔径为220mm，下入168mm护壁管，基岩孔径为150mm裸孔。 3．1．2 钻探技术要求 各孔按工程钻孔规范要求，孔斜率小于8‰，确保与井下巷道贯通。主投料孔及投料注浆孔为无芯钻进; 注浆孔在临近3#煤底板约2 m处为取芯钻进，以确认巷道是否存有浮煤，确保其不影响注浆封堵密闭墙强度。 3．2 骨料及混凝土灌入 投入骨料及混凝土之前将钻杆下到孔底，探明孔底深度，并输送清水清洗钻孔; 确保孔内无泥、沙等杂物后进行投料，当骨料及混凝土充填高度距巷道顶板0．3 m左右时，停止投料; 投料完成后再次输送清水清洗钻孔，防止堵孔; 清洗完成后进行注浆。 3．3 注浆 注浆开始前，先将钻杆下入钻孔底部，检查有无堵孔等情况，并核实钻孔深度; 钻杆下完后，孔口连接注浆管，安装密闭装置，进行简易压水试验，持续时间约20min，检查泵与管路系统的完好状态，并根据孔口压力变化情况，判断孔内地层裂隙、空隙的发育程度及可灌程度。 利用钻探资料(岩石破碎程度、耗水量、巷道特征及冒落带高度、是否有掉钻、埋钻等) 、孔深测量结果、压水试验结果等进行单孔注浆量设计。 注浆过程中，按照设计注浆量选用浆液先稀后稠逐渐加浓的注浆方法进行注浆，注浆压力达到设计要求的1．5 MPa，稳定半小时后停止注浆。当注浆量超出设计注浆量，孔口仍不起压时，采取间歇式注浆方法，间歇时间为12 h; 间歇后注浆同样是先稀后稠逐渐加浓的注浆方法进行注浆，直至达到注浆压力结束标准; 停注之后和复注之前在注浆管内压入清水，防止浆液凝结，堵塞注浆管。 本次注浆截流封堵工程从2013 年7 月6 日开始施工至2013 年7 月31 日竣工，历时25d。共注入骨料1 243m3，C35 混凝土288m3，水泥870 t。具体参见更多相关技术文档。 4 注浆截流封堵结果评价 (1) 工程结束后进行了检查孔施工，未发现掉钻、卡钻、漏水等空洞(裂隙) 现象; 各检查孔注浆(注水) 试验压力达到2．5 MPa 并稳定10min，吸浆(水) 接近0。说明通过工程手段在巷道内形成了较为密闭的堵水墙，封堵效果良好，施工工艺可行。 (2) 本工程采用地面注浆封堵施工方案，地面施工修路平场简便，利用设备简单; 相对井下施工，安全、简便可行。 (3) 本工程施工工期仅25d，节约大量时间，保证了矿井安全顺利恢复生产，减少矿井经济损失，经济可行。
