何庄矿高效快速封堵突水点技术应用

摘要：注浆堵水是水害治理最重要的方法之一，本文结合实际例子来说明井上下相结合的注浆堵水方法。井上下相结合的注浆堵水方法的目的是扬长避短，达到高效、快速、低成本、高质量效果。

关键词：地面造浆  井下注浆堵水  高效快速

0 引言

水害是煤矿五大灾害之一，是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害。为了保障矿井生产建设的安全或排水恢复矿井，注浆堵水已成为与地下水患作斗争的一项重要手段。何庄煤矿通过堵水，降低了成本，缩短了工期、封堵效果明显。

1 何庄煤矿地质及水文地质概况

何庄煤矿属马岭山井田，隶属于秦-昆纬向构造带，主要构造形迹呈东西走向，次为北西向构造。何庄煤矿地层总体呈单斜产出，北西～南东向展布。西端局部地段转为北西方向，东端褶扭成近南西方向;倾向北东，倾角为25～30°。井田内构造以断裂为主，褶曲较少;主要含水层为山西组砂岩含水层、太原组灰岩含水层和寒武系灰岩含水层。太原组上段灰岩含水层中L7灰岩较发育，岩性和层位较稳定，厚度最大为18.96m，最小为6.34m，平均9.84m，该层含岩溶裂隙承压水，含水性弱，导水性差，且不均一，该层距二1煤层平均12m，为二1煤底板直接充水含水层;山西组砂岩含水层位于二1煤层的上部，以大占香炭砂岩为主，平均厚度16.44m，属孔隙裂隙承压水，含水性弱，透水性好，且不均匀，属二1煤层顶板直接充水含水层，采煤期间地下水可直接进入矿床。正常情况下，该层地下水不能直接进入二1煤矿床，因此属于间接充水含水层，但该层对一7煤层开采影响较大。

2 突水简况

11010工作面位于11采区东翼上部，沿东西走向布置，走向长664m，倾向宽85～165m，工作面标高+33.6m～+140m，地面标高+647m～+785m，巷道分上、中、下三条巷道，均为正坡度，煤厚0.6～9.2m，自下巷向上煤厚依次变薄，平均3.5m，煤层倾角22～31°，煤层直接底板为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩;煤层的直接顶板为泥岩、砂质泥岩，间接顶板为大占砂岩。二1煤层下距L7灰岩垂距约13m，距寒武系灰岩垂距在63m左右，水压1.8MPa。2010年7月28日因底板突水，最大突水量1500m3/h，由于井底中央泵房排水能力有限，16时30分泵房停电被淹。后经2011年初第一次注浆堵水，水量降至450m3/h，矿井恢复了正常生产。

3 井上造浆、井下注浆相结合方案的确立

3.1 目前突水点的注浆封堵工作，一般都在地面进行。由于何庄煤矿突水区域地面为低山、丘陵地貌，山体坡度大，受地表环境影响，在地面开展有许多困难，施工难度大、材料运输难以解决，而且在地面施工钻孔进行注浆封堵突水，工程量大、时间长、成本高[3]。加上地面钻孔单孔深度大，受岩层产状影响，钻探孔位落点误差大、会影响注浆效果差以致延长整个工程工期并增加工程费用等。

3.2 因地面注浆时比井下注浆的地点要高出450m，这本来压力就是一个差值。加上水泥浆的比重，地面注浆压力是比井下注浆有更好的可适用性，在万一停电情况下，依靠高差压力，通过注浆泵自吸作用能向钻孔压水以保证能恢复注浆。

3.3 地面注浆填骨料不受场地影响，单位时间骨料添加量大，而井下受许多因素限制，所以骨料添加进度和质量不高。而且井上下相结合，可以同时添加软、硬骨料，可以进一步提高骨料添加质量，对堵水施工有利。

3.4 井下钻孔控制的注浆范围大，而且范围易调整。

3.5 地面注浆基本不影响井下生产，而井下注浆难免影响生产。

综上所述，我们选择在地面造浆、井下打钻注浆的方式在动水条件下进行堵水[1]。即在地面造浆，通过大直径、高压注浆管路，将高压、大流量浆液短时间注入钻孔[5]，通过井下添加骨料接合地面添加骨料[2]等综合措施封堵工作面突水。

4 何庄煤矿注浆堵水过程及创新点

从2012年9月上旬开始，围绕11010工作面出水点，对前次堵水设计、堵水效果、加固区域、未加固区域进行详透分析，从区域地下水补给方向、区域构造结合采矿影响等方面进行综合分析，针对淹井恢复注浆加固堵水薄弱环节扩大加固范围，从突水机理分析，调整注浆目的层布置钻孔5个，先施工1-3、1-5钻孔。堵水方案为高压下行注浆，自上而下，见水即堵，先封堵L1-3灰岩涌水，封堵出水通道，充填裂隙、溶洞，再对寒武灰岩含水层进行注浆充填，彻底封堵突水水源，防止水量反复。

为保证固结套管，防止揭露L7灰含水层后钻孔涌水，钻孔钻至L7灰顶面下过Ф146mm一级套管，再钻进至L7灰岩底面后下过Ф127mm二级套管，在下入二级套管后钻孔进入L1-3灰岩层位进行了多次注浆，经注浆加固后进入寒武系灰岩顶面后下入Ф108mm三级套管，终孔进入寒武系灰岩内20-30m，对寒武系灰岩裂隙、溶洞进行注浆封堵，彻底封堵突水水源，防止水量反复。

9月25日开始对1-3孔进行注浆，在注浆过程中，钻孔跑浆严重，停止注浆开始添加骨料，为保证骨料添加顺利，骨料尺寸由小变大依次加大，要求尽可能增大添加量。10月2日对1-5孔进行注浆，也因存在跑浆问题而停止注浆，添加骨料进行堵漏。1-3孔注海带6t时，钻孔孔口压力3MPa，工作面涌水量减少约4成，停止骨料添加，开始注浆，连续注浆1小时后，开始跑浆，且跑浆依然严重，停止注浆继续添加海带等骨料。

为保证骨料添加量，改进骨料添加器，增加骨料仓体积及个数，改间隔添加为连续添加。根据孔口压力及钻孔涌水量、跑浆情况调整海带、砂子及米石添加比例，增加砂子和米石添加比重，将海带与砂子、米石交替添加，并增加皮头等超软骨料，对于涌水量大的钻孔以硬骨料为主。

当添加海带至孔口压力升到3MPa时，再同时添加中、细沙及米石等硬骨料，当孔口压力升至5MPa时，开始注浆，经大流量连续注浆超过3小时后，开始出现跑浆，但孔口压力不下降，这时候提高浆液比重，并降低注浆档位至3档，同时改注水泥沙浆，当跑浆严重后，停止注浆，继续加骨料[1]。endprint

10月20日在注浆期间，在井下利用注浆泵点注水玻璃，通过计算跑浆时间，调整水泥浆比重，水玻璃添加比例，对跑浆通道进行封堵，控制跑浆，10月30日，工作面水量已减少近6成，井下水文观测孔水位升高，这时候添加骨料量已从量变到质变，钻孔压力居高不下，但注浆过程中，跑浆情况依然存在，在这种情况下将注浆方式改为间歇注浆，根据跑浆情况调整间隔时间，在注浆段添加一定量水玻璃[1]。

11月7日，1-3、1-5孔在经过反复注浆、透孔、再注浆，工作面水量减至110m3/h左右。到11月15日，工作面水量减至80m3/h左右。通过间歇注浆及添加骨料及水玻璃，跑浆问题大幅度得到解决，在钻孔试注水孔口压力在5MPa时，进行连续注浆，浆液比重在1.3-1.4之间，注浆档位控制在3档，当孔口压力升至6MPa时，降低浆液比重为1.2-1.3，提高注浆档位，直至孔口压力8MPa时，降低注浆档位，最终以3档或2档结束注浆。

在注浆的同时，交叉施工1-1、1-2、1-4钻，终孔层位均为寒武系灰岩1-4钻孔无水直接封孔外，对其他两钻孔均进行高压注浆。12月5日，工作面总涌水量小于40m3/h，达到并高于注浆堵水要求。

从9月中到12月上旬，何庄煤矿11010工作面突水注浆封堵工程共打注浆钻孔5个，总进尺540m，透孔1488m。这期间共注入水泥2800t，充填沙石40.4m3，海带24.3t，皮头145kg，水玻璃3t。工作面涌水量由450m3/h降至50m3/h以下，堵水达到了预期效果。从井下开始治水到治水结束，仅用了三个月的时间。

5 结论

通过井上下相结合的注浆堵水思路，采用高压、大流量注浆、间歇注浆模式采取软硬骨料及玻璃水与注浆浆液协调配比堵漏技术，在短短三个月将突水成功封堵，并达到显著效果，封堵水量400m3/h，为解放11010外配采巷道的掘进节约了大量时间，每年仅节约排水电费一项资金在600万元左右。

参考文献：

[1]王国际.注浆技术理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[2]高志刚.地面注浆堵水充填骨料工艺技术[J].煤矿开采，2002.

[3]卢萍，侯克鹏.帷幕注浆技术在矿山治水中的应用现状与发展趋势[J].现代矿业，2010.

作者简介：郭啟明（1974-），男，河南武陟人，助理工程师，何庄煤矿地测科科长，2008年河南理工大学地质与测量专业毕业，在何庄煤矿从事地质工作。endprint