减沉注浆水治理

2022-09-10

1 注浆减沉技术原理

地下煤层采出后, 上覆岩层部分自然垮落形成冒落带, 部分则弯曲下沉并形成离层带。注浆减沉的机理就是在煤层回采过程中, 由地面施工钻孔, 利用粉煤灰对离层带及冒落带裂隙及孔隙进行充填, 改变自然下沉过程, 以减小或改善地表下沉程度, 保护地表建筑物、道路、桥梁等。

2 离层带注浆水

2.1 离层带注浆

(1) 注浆深度。范各庄矿离层带深度采用导水裂隙带高度再加8倍煤厚保护煤柱的方法, 导水裂隙带高度计算采用公式H导=13.34M1.011。如铁路桥减沉注浆, 2180 (11) 面采厚6.5米, 算得离层带深度为420米。

(2) 注浆时间。一般在采面走向方向推过钻孔45米时, 开始注浆。

2.2 离层带注浆水

离层带因本身的构造, 受浆率较低, 为提高注入量, 注浆时采用稀浆 (20%) 多次反复注浆的方式, 从而带入大量地面水。如范各庄矿2180 (6-1) 离层带注浆171083m3, 注灰56435m3, 带入水127214m3。但由于离层带距离采空区较高 (100米以上) , 再加上岩层本身的吸收作用及含水层的径排作用, 尽管带入大量水, 并不能泄入采空区, 也不会在离层带聚集形成危险源。范各庄矿21 80 (6-1) 于20 06年6月回采, 20 07年4月结束, 离层带注浆始于2006年6月28日, 于2007年3月31日结束, 2180 (11) 面离层带注浆始于2008年3月1日, 于2008年3月31日结束, 自始至终未发现离层带注浆水下泻至采面。2180 (6-1) 注浆区域在井下地势较低处施工钻孔探注浆水, 最深达150米, 进入冒落裂隙带, 结果无水。由此可见, 离层带注浆水并不能聚集或下泄形成水害。

3 冒落带注浆水

3.1 冒落带注浆

采空区形成后即可对采空进行注浆将钻孔直接延深至冒落带, 利用粉煤灰对采空区空隙进行充填, 增加对上覆岩层的支撑能力, 起到减沉的作用。

3.2 冒落带注浆水

由于冒落带注浆水直接进入采空区后泄出, 可直接影响本工作面或邻近工作面采掘工作, 因此, 冒落带注浆水对煤矿生产影响较大, 尤其是在采空区本身有积水空间的情况下。范各庄矿2180 (11) 面回采后老切眼一侧形成16800m3积水空间, 回采后老塘动水0.1m3/min。该面同层斜下方为2180 (12) 工作面, 正施工风道及切眼, 两个工作面煤柱仅11米。为保护地表铁路桥, 对2180 (11) 采空区进行了粉煤灰灌注, 经过近一个月的注浆, 往采空区内带入注浆水48360m3, 再加上老塘本身积水, 采空区内总积水量达65160m3, 水头达17.5米。施工过程中2180 (12) 风道上帮底板、切眼顶板均出现渗水, 切眼迎头距积水区仅20米, 形成严重水患。后经由风道及切眼施工17个钻孔, 平均每天放水1152m3, 总计放出积水72000m3, 耗时两个半月, 严重影响了生产工作。

4 注浆水的防与排

4.1 注浆水的预测

(1) 水质化验。注浆水来自地表, 地表水与井下含水层水及采空区水有明显差异, 地表水因受污染程度高, 含大量NO 3-及NO2-离子。含水层水及采空区水内不含或仅含微量NO3-及NO2-离子。因此, 利用硝酸试粉即可判别出是否为注浆水 (加入试粉显粉红色) 。

(2) 资料分析。注浆前应查清受注采面水文情况, 包括注浆孔深度、裂隙带高度、采空区动水量、采空区积水条件等, 熟悉这些情况有助于提前做好准备, 出现情况做出正确的判断。

4.2 注浆水的探放

(1) 注浆水具有滞后性。

注浆水注入采空区后由出水点流出, 具有一定的滞后性, 原因可能为: (1) 采区岩石的部分吸收。 (2) 过水通道可能被粉煤灰或浮煤封堵。 (3) 粉煤灰浆本身的缓慢沉淀性。如2180 (11) 面3月2日开始注浆, 采空区内本身已积满水, 注浆水理应马上流出, 但直到3月8日才流出, 且出水量仅0.4 m3/min, 远远小于钻孔注水量1.2m3/min, 滞后近7天, 极为反常。

(2) 放水孔布设。

由于注浆过程中粉煤灰浆将流往低处, 再考虑到探水过程中的安全问题, 钻孔应优先布置在积水区外围区域, 最后再施工积水较深区域钻孔, 结束放水工作。

(3) 捅孔工作。

煤层中施工的钻孔在无护壁套管的情况下, 放水过程中经常发生塌孔造成堵孔现象, 影响钻孔出水量。减沉注浆放水孔由于采空区内有粉煤灰, 钻孔钻透后粉煤灰也易堵住出水通道。因此, 钻孔钻透后, 还需要坚持捅孔工作, 以保证放水量。一般将钻杆放置在钻孔内, 一旦发现水量见小即行来回拉动钻杆进行捅孔。

5 结语

(1) 通过合理布置钻孔, 利用粉煤灰充填采空区及离层带, 改变上覆岩层变形过程, 可有效保护地面桥梁、建筑、公路等。范各庄矿公路桥、铁路桥减沉注浆均取得了成功, 减沉率达50%。

(2) 减沉注浆由于注入量较大, 注浆水大量聚集后容易形成水害, 其中直接形成水害的为冒落带注浆水。通过井下提前预留钻孔或及时合理布置钻孔, 疏放注浆水, 可以防止注浆水积聚作用。

(3) 搞清注浆水水质、流动性、流向等特点, 有助于可靠、准确的疏放注浆水, 而不至于造成慌乱或形成诱惑。

(4) 放水过程中及时进行捅孔, 及时与地面注浆人员沟通掌握相关数据, 有助于及时、准确的放出注浆水。

摘要：近年来, 随着煤炭资源的缺乏及其价值的提高, “三下”采煤大量发展, 利用粉煤灰减沉也成为“三下”采煤技术中关键的一环。由于往地下深部注粉煤灰浆的同时带入大量的注浆水, 对井下采掘工程构成了严重的水害威胁。如何有效的防与治注浆水, 保证生产安全, 成了“三下”采煤减沉注浆工程中较重要的一方面。开滦范各庄矿公路桥、铁路桥先后进行了减沉注浆工作, 由此也获得了防治减沉注浆水的很多宝贵资料。

关键词：减沉注浆,离层带,冒落带,捅孔