焦作矿区强径流带分散突水点动水注浆封堵技术研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期技术应用焦作矿区强径流带分散突水点动水注浆封堵技术研究（河南焦煤能源有限公司中马村矿，河南焦作4 54 17 1）摘要：针对焦作矿区中马村矿2 11采区西翼区域断层较多、水文地质条件极为复杂、工作面底板形成多条导水裂隙已发生大的突水事故的情况，采用井上下综合治理方法，首先在井下构筑小惟幕对过水通道进行截流，降低了原突水点的动水流速，再利用地面水平井大钻机、大孔径、大注浆量优势，用注浆加固的方法，重点对工作面强径流带、断层破碎带进行注浆加固，对工作面底板含水层实施超前区域治理，同时在井下施工探查检验孔，通过同步治理实现对强径流带分散突水点进行快速、有效的治理，并可以改善矿井生产环境，保护地下水资源，降低矿井涌水量，减少矿井排水费用，保证矿井安全生产。关键词：强径流；分散突水点；小惟幕；动水注浆；地面水平井；井下钻探中图分类号：TD7430引言焦作矿区中马村矿2 11采区西翼发育F211-7号(NW/NE Z7585,H=2.26.5 m)、F 2 11-8 号(NW/NE Z51 8 2,H=1.3 5.2 m)、F 2 11-9 号（NW/NEZ 557 4,H=1.6 14.5m）三条断层和一些落差小于2 m的小断层,这些断层形成一条近南北走向50 0 m的强径流带，水文地质条件极为复杂，同时受工作面回采后的采动、地应力等影响，工作面底板形成多条导水裂隙，在强径流带附近发生过5次突水，突水点多且分散，且这5次突水有工作面回采发生的,有巷道掘进发生的,有即时突水,也有滞后突水，突水情况极其复杂，造成区域有3 90 m/h的涌水无法控制，常年流尚。这些突水点位置分散，且位于强径流带上，涌水量大，水流流速大，治理极其困难，矿井也多次对突水点进行注浆封堵，涌水量减少不明显，治理效果不佳，因此矿井研究采用井上下综合治理技术，对工作面强径流带、断层破碎带进行注浆加固，对底板含水层实施超前区域治理，同时封堵59 号和6 3 号突水点，注浆截断深部Lz2、O 2 灰岩等强含水层对突水点的补给通道，实现对强径流带分散突水点的快速、有效治理，改善区域水文地质条件，保护地下水资源，降低矿井涌水量，减少矿井排水费用，解放呆滞煤量，为矿井正常生产接替奠定基础。1治理区概况焦作煤田北依太行断隆，南邻开封陷,东为汤阴断陷，三者均为区域一级构造，焦作煤田位于此三大构造带之间。中马村矿井田处在焦作煤田中部，为一倾向南东、倾角平缓的单斜构造。由于受北东向展布的李庄断层、李河断层、九里山断层及北西向展布的李贵作断层等断层的切割和制约,井田内煤系地层形成了地堑、地垒和阶梯状的构造形态,断层破坏了收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 6作者简介：陈阳（198 6 一），男，安徽安庆人，本科，毕业于安徽理工大学，工程师，研究方向为地测防治水及地质勘探。山西冶金ShanxiMetallurgy陈阳文献标识码：A含水层与隔水层的连续性，使井田内含水层贮水空间向纵深拓展，增强了地下水的储运能力，有时也具有阻隔地下水的作用,并构成水文地质单元的分区，使地下水改变流动方向。中马村矿井田2 11采区西翼区域断层构造多，且其断层具有良好的导水和充水性，尤其断层破碎带及断层上盘两条以上断层交汇处，岩层破碎,裂隙发育，具备良好的导水通道，易发生突水。2理论分析及成果应用2.1理论分析目前国内外强径流带、动水水害治理主要是采用井下打钻注浆封堵、地面施工垂直孔注浆封堵、多主井多分支孔注浆封堵技术等 11。这些技术手段都相对成熟，但其在实际运用过程中会存在施工进度慢、施工场地限制等各类问题，无法解决中马村矿强径流带及分散突水点的动水封堵任务。现针对这些技术做简要分析。1)井下打钻注浆封堵技术，是在井下打钻注浆，通过对底板注浆将主要补给含水层改造为隔水层或弱含水层，阻断补给导水通道，但这种治理方法常受井下施工条件限制，存在施工进度慢、注浆量少、加固效果较差等问题。2)地面施工垂直孔注浆封堵技术,是在突水点附近施工多个地面钻孔，通过地面大孔径、大注浆量实施注浆封堵，该技术较成熟，但受地面场地限制较大，施工场地必须在加固地点上方，当地面存在构筑物或工农关系协调困难时将无法施工。3)多主井多分支孔注浆封堵技术,是通过在地面施工多个主井，再施工分支孔，可在断层上下两盘施工钻孔，加固效果较好，但动水注浆技术下单一采用地面分支孔时井下跑浆情况无法控制，一旦涌水形成管涌通道，突水点将无法有效封堵，同时当地面存在Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.091文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 2 2 9-0 3山西冶金230E-mail:第4 6 卷构筑物或工农关系协调困难时将无法施工。2.2方案应用中马村矿2 11治理区L：灰岩到Lz灰岩均有较大涌水，断层导水性差，断层上盘、突水点附近涌水量大，L2灰岩垂直补给L。灰岩。2.2.1小惟幕截流技术施工先在井下选择适宜位置，在含水层、突水点周围通过打钻注浆，构筑秘密墙等人造地下隔水幕，切断过水通道,以达到近似“静水”注浆条件 2 。在分散突水点两个主要流水通道2 110 6 运输巷排水横贯及2 11西工作面回风底抽巷构建了两座水闸墙，构筑起两道小惟幕。在2 110 6 运输巷西段，该巷道出水口位于2 11西回风底抽巷，在后期地面注浆过程中将会形成主要的过水通道，因此矿井采用煤、研装袋直接填充巷道作为小惟幕加固回填手段，将2 110 6 运输巷西段惟幕加固回填巷道2 1m，构筑一道井下惟幕，见图1。211西回风底抽巷21m21106运输巷西段幕加固段图12 110 6 运输巷西段惟幕加固平面示意图通过小惟幕动水注浆截流技术的实施，在2 11采区西翼地面突水点周围构筑幕空间,减少了涌水的过水，大大降低了原突水点的动水流速，为后期施工地面长距离分支孔堵水工作提供了可能。2.2.2地面分支长距离定向钻孔的施工设计1口水平井（注1井）、14 个分支孔，分支孔与断层面斜交布置，该工程于2 0 18 年2 月8 日开始施工，2 0 19年7 月2 1日施工结束，分别对59号突水点、6 3 号突水点和2 11-7、2 11-8、2 11-9断层的破碎带进行全包围注浆封堵，同时将部分钻孔深度延伸至211西工作面内部，对工作面内L2灰岩含水层的富水性进行探查。累计进尺54 4 5.13 m，注水泥3 7 0 3 5t、锯末1.57 t、海带0.0 7 t、沙14.9t。焦煤集团大部分的煤矿底板区域水害治理布孔间距要求不大于4 0 50 m，本次治理区59 号突水点施工的分支孔孔间距2 0 m左右，控制半径达到10m;63号突水点施工的分支孔间距10 m左右，控制半径5m，远小于常规要求，利用长距离分支钻孔对突水区域施工定向钻孔，分支孔多，且钻孔孔距加密,区别于传统的多个主井施工分支孔技术,达到国内先进水平。2.2.3井下检验验证情况在注1井施工后期中马村矿同步在矿井2 11西工作面回风底抽巷施工了11个检验注浆孔，分别为J1-1、J2-1、J2-2、J2-3、J2-4、J3-1、J3-2、J3-3、J3-3-1、J3-4、J3-4-1孔，对该区域物探异常区、断层导水通道封堵情况进行验证加固。J2-1、J2-2、J2-3、J2-4 对F211-7、F 2 11-8、F 2 11-9断层的西北部及59号突水点附近地层裂隙封堵情况进行验证和加固，钻孔施工完成后均进行测斜,其中J2-1终孔层位为O，灰岩，其余钻孔终孔层位为L2灰岩。检验孔表明在L2灰岩层位时出水量较小,基本为干孔，裂隙被有效封堵，O2灰岩层位富水性强，O，与L2灰岩间裂隙不发育。J3-2、J3-3、J3-3-1、J3-4、J3-4-1对F211-7、F 2 11-8、F 2 11-9断层中部进行验证和加固，钻孔施工完成后均进行测斜,其中J3-3终孔层位为O2灰岩,其余钻孔终孔层位为L2灰岩。检验孔表明在L2灰岩层位时出水量较小,基本为干孔，裂隙被有效封堵，O2灰岩21106切眼层位富水性强，O2与L2灰岩间裂隙不发育。J1-1、J3-1对2 11西工作面内物探异常区进行验证和加固,最小涌水量0,最大涌水量1m/h，物探异21106运输巷东段常区封堵效果较好,裂隙被有效封堵。3应用情况运用强径流带及分散突水点水害区域治理技术是通过地面施工分支长距离定向钻孔，井下开展小幕截流技术,井下探查验证等多种技术手段，对突水点进行综合治理 3 。2018年10 月2 5日前各分支孔注浆过程中，井下观测的涌水量基本无变化，一直稳定在3 9 0 m左右；10 月2 5日注浆过程中井下跑浆，地面停止注浆,井下关闭2 110 6 泄水巷控水闸墙,形成井下小惟幕空间，同时地面重新开始注浆；10 月2 7 日测水量约18 0 m/h，2 110 6 泄水巷密闭墙压力约0.8 MPa;11月19日涌水量在14 3 m/h左右；12 月2 4 日至今，井下涌水量基本稳定在110 m/h左右，堵水率达71.8%，减少了排水费用支出。4结论本文所研究的技术主要是对大流量、分散突水点进行治理，治理难度大，治理工程中采用多种技术手段综合治理，改变了原先井下打钻治理和单一的井上治理模式，推进井上下结合治理、区域和局部联合治理新理念，研究了井上下联合动水堵水、水平分支定向孔治理关键技术。1)该技术研究查清了工作面底板及老空区底板导水通道，创建了小惟幕动水转静水治理模式，通过在井下构筑小惟幕对涌水通道进行截流，减少了涌水2023年第8 期的过水,降低了原突水点的动水流速,再通过在地面施工长距离定向分支钻孔，利用大孔径、大注浆量优势，对工作面底板含水层实施超前区域治理，同时在井下施工探查检验孔，实施同步治理，加快治理进度。2)通过井上下结合治理，实现了对煤层底板承压含水层导水裂隙的充填改造，并截断深部L2、O 2 灰岩等强含水层对突水点的补给通道，顺利完成了2 11采区西翼区域水害区域治理任务，该区域59号和6 3 号突水点总涌水量由3 90 m/h减小为110 m/h左右,堵水率达到7 1.7%，治理效果明显。3)该技术研究极大改善了区域水文地质条件，节约了排水费用，提高了矿井的经济效益，产生了积极影响；同时对工作面底板岩层的岩性、赋水性进行探测,封堵断层的导水通道,加固断层破碎带，解放呆滞煤量，为回采2 11西工作面奠定基础，消除工作面回采遇断层发生突水的水害隐患，避免工作面脱节的情Research on the Grouting and Sealing Technology for Scattered Water Inrush Points in the(zhongmacun Mine,Henan Coking Coal Energy Co.,Ltd.,Jiaozuo Henan 454171,China)Abstract:In response to the situation where there are many faults in the west wing of the 2i1 mining area of zhongmachun Mine in JiaozuoMining Area,the hydrogeological conditions are extremely complex,and multiple water conducting cracks have formed on the working facefloor,leading to major water inrush accidents.A comprehensive treatment method is adopted above and below the well.Firstly,a smallcurtain is constructed underground to intercept the water passage,reducing the dynamic water flow rate of the original water inrush point.Then,the advantage of large driling rig,large aperture,and large grouting volume in the horizontal well on the ground is utilized,By usingthe method of grouting reinforcement,the focus is on grouting reinforcement of the strong runoff zone and fault fracture zone of the workingface,implementing advanced area treatment of the aquifer on the bottom plate of the working face,and constructing inspection holesunderground.Through synchronous treatment,the scattered water inrush points in the strong runoff zone can be quickly and effectivelytreated,and the production environment of the mine can be improved,groundwater resources can be protected,the water inflow of the minecan be reduced,and the drainage cost of the mine can be reduced,ensuring safe production in the mine.Key words:strong runoff disperse water inrush points a small curtain;dynamic water groutingi surface horizontal well underground drilling（上接第2 2 8 页）8李怡,综合物探解释在地质构造研究中的实践与认识 D.成都：成都理工大学，2 0 14.Application of Comprehensive Geophysical Exploration Technology in Geological Structure(Shanxi Coking Coal Group Fenxi Mining Industry Liuwan Coal Industry Co.,Ltd.,Xiaoyi Shanxi 032300,Abstract:In response to the long advance distance and complex geological structure of the 5305 fully mechanized mining face,it isproposed to comprehensively use radio perspective and slot wave seismic detection methods for comprehensive detection,fully leveraging theadvantages of radio perspective in determining geological structure types and slot wave seismic detection in determining geological structureranges,and improving the detection effect of mining face structures.A comprehensive analysis was conducted on the layout plan anddetection results of the 5305 fully mechanized mining face,and verification was conducted through mining exposure and driling methods.Itwas found that the geological structure type and location determined by the comprehensive exploration were consistent with the actual siteconditions,indicating that the comprehensive geophysical exploration methods used can effectively guide the mining of the 5305 fullymechanized mining face.Key words:coal mining;comprehensive geophysical exploration;geological structure;slot wave earthquake;radio perspective陈阳：焦作矿区强径流带分散突水点动水注浆封堵技术研究属矿山,2 0 18(7)：17 5-17 8.2王帅.岩溶地区坝基惟幕注浆技术应用研究 J.地下水，2 0 18，4 0(4):245-247.3徐海清，陈亮，周少东，等.城市地铁岩溶穿越区塌陷机理及处治技术 J.科学技术与工程，2 0 17,17(8)：2 8 2-2 8 7.(编辑：杨光辉）Strong Runoff Zone of Jiaozuo Mining AreaChen YangDetection of Working FacesJin QiChina)231况发生。4)该研究采用地面1个主井施工14 个分支钻孔，利用长距离分支钻孔对突水区域施工定向钻孔，分支孔多，且钻孔孔距加密，区别于其他地面水平分支钻孔封堵技术常采用多个主井施工，且钻孔加固密度大等的特点，国内未见文献报道，优点突出，属全国首创,相关技术成果在全国煤炭企业处于领先水平或先进水平，对全国煤矿强径流带及分散突水点的治理起到借鉴作用，具有显著的实用性和推广应用价值。参考文献1杨建安，洪安娜.宜丰新庄铜铅锌矿地下水综合防治技术 J.金(编辑：杨光辉）