大红山矿帷幕注浆工程实践及治水效果

大红山矿大理岩岩溶发育,由于突水造成井下大量涌水,同时引起地下水位急剧下降,引发了较大范围、较大规模的地面塌陷.通过进行幕址勘察、帷幕注浆设计及施工,并对帷幕注浆治水效果进行了评价,认为注浆帷幕堵水效果明显,帷幕注浆质量较好,可发挥显著的截流作用.     

大红山矿帷幕注浆治水工程及其评价

大红山矿大理岩岩溶发育，由于突水造成井下大量涌水，同时引起地下水位急剧下降，引发了较大范围、较大规模的地面塌陷。通过幕址勘察、帷幕注浆设计及施工，并从钻孔单位注浆量分析、帷幕内外地下水位观测、坑道抽水试验、钻孔电磁波透视和钻检查孔等多个方面，对帷幕注浆治水效果进行评价，确认注浆帷幕堵水效果明显，帷幕注浆质量较好，可发挥显著的截流作用。     

安庆铜矿地面岩溶塌陷成因分析及综合防治对策

岩溶塌陷是南方可溶性岩石地区的一种常见地质灾害,安庆铜矿经过几十年的开采及井下疏干排水,地面岩溶塌陷问题日益突出。从安庆铜矿水文地质条件、地面岩溶塌陷特征、形成的基本条件、动力条件及诱发因素等方面分析了岩溶塌陷的成因,根据矿山实际,采用以井下堵水为主、地面防治为辅、监测配合的岩溶塌陷防治方法,通过安庆铜矿岩溶塌陷治理工程的实践,极大地改善了矿区的生态环境,为同类矿山岩溶塌陷防治提供理论依据及实际指导。     

某铁矿近矿体注浆帷幕效果分析

介绍了某岩溶大水铁矿床的水文地质条件及其近矿体帷幕防治水工程的实施情况。通过对钻孔涌水量、注浆量、注浆压力、检查孔效果、地表水位变化及帷幕体下围岩内部位移变化等方面的综合分析,认为该铁矿近矿体注浆帷幕为高堵水率、且围岩稳固的井下近矿体注浆帷幕,解决了矿山因水害困扰无法正常生产的问题,为安全高效开采提供了保障。     

地面顺层孔注浆技术在帷幕截流工程中的应用

为了解决朱仙庄煤矿8煤顶板五含水害问题，提出了“帷幕截流，疏干开采”的治理思路，基于地面顺层孔注浆技术研究了大埋深、巨厚层、极强富水岩溶含水层帷幕截流技术，提出了双排平行错位布孔、内外交叉检验的钻孔方式以及前进式控压、多回次控量注浆的注浆控制工艺，运用 “分序孔注浆指标对比分析—地面钻孔检查—井下放水验证”的三阶段质量检验方法验证了帷幕截流效果。结果表明：地面定向顺层孔注浆可实现煤矿大埋深、巨厚层、极强富水溶隙裂隙含水层的帷幕经济高效建造|注浆改造后的岩石抗压强度提高1.6MPa，孔隙率降低77.5%，弹性模量、密度也略有提高，透水率小于1Lu，注浆效果良好|放水验证帷幕过水量小于40m3/h，截流率大于98%，内外水位差大于350m，帷幕截流效果良好且运行稳定。     

烧变岩区露天煤矿保水开采效果模拟分析

煤矿露天开采会对邻近的烧变岩含水层产生强烈的扰动;以陕北某露天矿区为研究区,利用数值模型,模拟了不预留保水煤柱以及预留20、50、100 m煤柱条件下,研究区地下水流场和涌水量变化情况,评估了保水开采效果;进一步分析了开采过程中发生突涌水时,注浆帷幕的阻水效果。结果表明：煤矿开采对地下水的扰动随保水煤柱宽度增加而减小,预留100 m煤柱能使烧变岩涌水量减少86%,最大降深减少13 m左右,影响范围减小60%左右;注浆帷幕可以有效封堵集中涌水点,封堵后涌水量减小了90%左右,观测孔水位恢复了4 m左右,流场形态逐步恢复。     

烧变岩钻孔与帷幕注浆技术在煤矿治水中的应用

在分析白杨河矿水文地质条件和烧变岩裂隙水含水层基础上,确定了帷幕注浆的治水方案。在施工过程中,对帷幕注浆工程采用单、双排两钻孔施工,分段注浆和检验等手段进行注浆幕体施工质量及防渗效果检查和评价,结果表明:帷幕注浆参数设计合理,帷幕体具有较好的抗渗性能,可满足矿山治水和安全开采的要求。     

复杂富水环境下帷幕注浆工程布设及工艺优化

帷幕注浆工程可以有效截断开采区域的地下水补给,为安全开采复杂富水环境下的矿体创造条件。在对矿区水文地质环境详细勘察的基础上,通过现场工业试验,以堵水率为评价指标,分析注浆工程在不同帷幕线路和注浆参数下的堵水效果。通过优化帷幕注浆线路和布设参数,采用分区不等距大孔距布设注浆孔的方式,降低了36.01%的钻探工程量;遴选了改性黏土固化浆(90%)和粉煤灰固化浆(10%)作为注浆材料,降低了帷幕工程成本。研究结果表明:注浆帷幕两侧的水位差最高达40.6 m,堵水率达77.96%,帷幕注浆工程达到了预期堵水效果。     

科研成果

铜录山矿露天与井下 综合防治水技术 铜录山铜铁矿是鄂东塌陷最发育的地区之一,十余年来,先后产生大小塌洞192个,最远的塌洞发展到距矿坑约2000m处,塌洞密度每一百平方米达65.7个,1981～1933年青山河多次断流,河水通过塌陷区灌入地下,地面塌洞增加到320个。靠单一的疏干排水方法已无法解决该矿的环境地质问题,因此,采用以注浆帷幕截流为主,辅以对青山河及塌陷区的整治。1988年以来,长沙矿山研究院和大冶铜录山铜矿联合开展了大型注浆帷幕截流和坑内排堵综合防治的研究工作,历时4年半,     

急倾斜煤层群开采水害防治技术探讨

为解决急倾斜煤层采掘过程中的水害威胁,通过分析矿井与地表的水力联系、与老窑关系的调查,对矿井水害威胁程度及水害事故进行分析,采取地面小窑开采塌陷坑治理、施工排水沟、帷幕注浆等手段,减少地面水入井;井下采取细化水文资料管理、优化采掘布局、强化探放水工程的措施,消除矿井水害威胁,保障矿井生产安全。     

注浆新工艺在铜录山矿帷幕工程中的应用

铜录山矿在治理矿区地面塌陷及地下水截流中,采用了帷幕注浆技术。针对该矿典型动水注浆的特点,在工程中应用了一些新的注浆工艺。在防止浆液流失、控制浆液扩散范围及溶洞含砂层水泥注浆等方面的研究,均获得成功。所采用的水泥—水玻璃双液注浆、海带堵漏以及钻杆注浆等项技术,经室内试验及现场工业性试验,均获良好效果。这些新工艺的应用成功,使帷幕注浆技术水平进一步提高,为解决复杂地质条件的大水矿山防止地表塌陷及减少矿坑涌水量,提供了切实可行的方法。     

复杂富水矿床安全开采综合技术研究

介绍了高阳铁矿在解决复杂富水矿床高效低成本开采技术难题时，采用多层位矿体盘区一体化分层回采胶结充填采矿法、高黏性细粒尾矿胶结充填、局部帷幕注浆封堵、岩层变形破坏监测及地压监测、大位移定向钻孔和注浆封堵井下突水等技术，将监探测方法、治水技术与矿体回采进行了系统的整合，提高了资源回收率，有效地控制顶板岩层移动，避免了地下采矿造成的地表塌陷和安全隐患，实现了矿体的安全高效开采。     

An Optimized Combination of Mine Water Control,Treatment, Utilization,and Reinjection for Environmentally Sustainable Mining: A Case Study

This paper presents a case study of an optimized combination of mine water control, treatment, utilization and reinjection to achieve the zero discharge of mine water. Mine water has been considered a hazard and pollution source during underground mining, so most mining enterprises directly discharge mine water to the surface after simple treatment, resulting in a serious waste of water. Moreover, discharging a large amount of mine water can destroy the original groundwater balance and cause serious environmental problems, such as surface subsidence, water resource reduction and contamination, and adverse impacts on biodiversity. The Zhongguan iron mine is in the major groundwater source area of the Hundred Springs of Xingtai, which is an area with a high risk of potential subsidence. To optimize the balance between mining and groundwater resources, a series of engineering measures was adopted by the Zhongguan iron mine to realize mine water control, treatment, utilization, and reinjection. The installation of a closed grout curtain has greatly reduced the water yield of deep stopes in the mine; the effective sealing efficiency reaches 80%. Nanofiltration membrane separation was adopted to treat the highly mineralized mine water; the quality of the produced water meets China’s recommended class II groundwater standard. Low-grade heat energy from the mine water is collected and utilized through a water-source heat pump system. Finally, zero mine water discharge is realized through mine water reinjection. This research provides a beneficial reference for mines with similar geological and hydrogeological conditions to achieve environmentally sustainable mining.

     

我院注浆技术32年回顾

本文回顾了我院32年来在矿山防治水与岩土加固领域上所走过的历程;扼要介绍在该领域中我院所取得的成就,主要有如下几方面:岩溶强烈发育地层中竖井注浆、淹井处理技术、岩土工程及矿山工程(露天与井下)的加固技术、坝基及局部注浆堵水技术、旋喷注浆技术、矿区大型帷幕治水技术、特殊条件下的防治水技术、化学注浆材料以及注浆工程物探技术等;最后指出了今后研究的方向。     

运用样条插值函数分析计算帷幕注浆的堵水率

根据铜录山地区历年降雨量对矿坑涌水量的影响情况,运用样条插值函数对建帷幕前降雨量与排水量的关系进行了计算、研究与分析,得出了它们在各降雨区间上的函数关系;提出了一种能较好地计算堵水率,评价帷幕注浆效果的方法。利用该法对铜录山矿帷幕注浆堵水率进行计算,表明该法是一种行之有效的方法。     

强富水灰岩区下矿体绿色开采理念与实践

针对吴庄铁矿井下涌水量大,地表有村庄,农田不允许塌陷,尾矿库已饱和等复杂的开采环境,提出了适合该矿的绿色开采理念及技术措施。采取“地表井下联合以帷幕注浆为主的外截内排”的防治水方案,即在地表灌溉渠浇筑、锚喷以阻断地表水体对井下的间接补给,地面帷幕注浆封堵富水断层,阻断水源通道,以及井下浇筑堵水墙防止注浆液从突水点涌出、流失的地面井下联合防治水措施。选用分段空场采矿嗣后充填法,利用尾砂胶结料及时对空区进行充填,为空区顶板和注浆帷幕的稳定性提供了保障,避免了地表塌陷。 研制了一种适合2种进料方式的地表充填站,取自尾矿库的干料采用自卸汽车运输至充填站,由大倾角皮带机输送至砂仓,而选厂排放的尾砂,直接经管道泵送。项目实施后,井下正常涌水量由原来的1 260 m3/h减少到300 m3/h,降低了76%,节省了排水费用,并且保护了地下水资源;采用的充填采矿法避免了地表塌陷,减少了征地及迁村的费用,同时将回采率由原来的67%提高到89%;而选用尾砂作为充填料,又有效解决了尾砂堆放的问题。     

复杂水文地质条件下大型帷幕截流工程效果数值仿真分析

朱仙庄煤矿水文地质条件复杂,其8煤开采受到奥灰和太灰强富水含水层的补给影响,严重威胁煤矿的安全开采。提出了建造大型帷幕截流墙、切断它们之间的水力联系、进行疏水降压的水害治理方法。针对前人单点局部检验帷幕效果的不足,为预测大型帷幕墙的整体截流效果,在井下开展了三阶段放水试验,以此为基础,开展了朱仙庄煤矿多层、复杂接触、复合边界的水文地质条件下大型帷幕截流工程数值仿真分析。结果表明:放水试验期间,帷幕墙内"五含"水位呈现"平盘式"下降现象,墙内外水位差明显,放水试验末期墙内外水位差约200 m,"四含"水位变化出现"滞后"现象,判断了它们之间水力联系微弱,确定了"五含"和"四含"的参数分别为4个和2个分区。针对朱仙庄煤矿复杂的水文地质模型,通过将第2和第3层赋值为相同参数概化了"四含"和"五含"的高角度不整合接触关系,奥灰与"四含"的接触带概化为变水头边界,同时将太灰与"四含",奥灰、太灰与"五含"的接触带概化为源汇补给项,建立了420行×260列×3层的大型帷幕截流工程的大型数值模型,运用MODFLOW软件的WHS求解器进行模型计算。由于研究区复杂的地层接触关系,数值模型在计算中容易出现不收敛现象,通过动态调整算法的阻尼系数在0.8～0.5可以很好地控制模型的收敛性。帷幕截流墙的数值仿真分析发现,帷幕截流墙整体渗透性能较差,整体渗透系数为0.6 Lu(折合渗透系数为0.005 m/d)。预测了"五含"水位疏降至安全水头-350 m时的残余水量为91 m~3/h,截流率达95%以上,综合分析帷幕墙截流效果非常明显。本次计算方法和技术可为类似的复杂水文地质条件下大型数值模型的构建、计算及快速收敛提供参考,同时丰富了煤炭精准开采背景下的矿井地质保障技术。     

中关铁矿堵水帷幕模型的建立及其稳定性分析

为保护地下水资源,合理开发矿产资源,采用全封闭的注浆堵水帷幕堵截地下水是保证大水矿山正常开采的一种有效的技术措施。在井巷施工及矿体开采过程中,需对帷幕内围岩进行疏干排水,随着疏干排水的进行,势必会在帷幕内外形成一定的水力梯度,这将对帷幕的稳定性产生很大的不利影响。结合中关铁矿注浆堵水帷幕工程,根据矿区的水文地质资料、工程地质资料和钻孔资料,建立堵水帷幕区域的三维地质模型、三维可视化模型和三维力学计算模型,并对帷幕内围岩疏干排水引起的应力响应进行分析。结果表明：疏干排水使堵水帷幕区域的应力场发生了明显的改变,疏干排水对西侧和西南侧帷幕的扰动较为明显。     

浅埋煤层穿越河道采煤的实践与研究

为防止煤层回采过程中地表水通过导水裂缝带流入井内,威胁矿井安全,基于神府矿区柠条塔煤矿N1201工作面新民沟区域富水区水文地质条件,运用经验公式计算出该工作面回采后,工作面上方地表河流段会形成塌陷区,塌陷后的导水裂缝带高约60 m,使工作面与地表相贯通,通过SF6气体试验得以证实。为此采用在井下设置排水仓、地表安设排水管道、河道裂缝处开挖充填等综合技术防止地表水向井下下渗,结果表明,回采过程中工作面涌水量仅较原来增加了4.7m3/h,实现了穿越河道浅埋煤层安全开采。     

煤矿水害风险评估和疏堵防治效益分析

通过科学地设置影响煤矿水害风险的因素体系,采用层次分析和打分评估方法,确定煤矿水害风险等级,分析决策集中疏堵防治措施带来的成本效益和防治效果,并结合平煤五矿庚一采区帷幕注浆工程,分析得出:在采取帷幕注浆防治措施后,能有效降低煤矿水害风险等级和成本.