煤层底板多分支水平井渗透注浆扩散规律数值模拟研究

多分支水平井注浆堵水技术在矿井水害治理工程中应用很广泛,但深部地层注浆扩散范围缺乏定量表征方法,分支井水平间距、埋深设计因此缺乏理论依据。本文针对多分支水平井渗透注浆工艺,满足考虑岩层渗透率各向异性和水泥浆液、孔隙水两相渗流行为,构建了渗透注浆扩散的数值模型和简化的扩散半径理论模型,并结合实际工程案例开展了渗透注浆浆液扩散数值模拟工作。结果表明,各向异性地层中渗透浆液扩散范围呈现椭圆形,椭圆长轴沿着渗透率较大的顺层方向,椭圆短轴则垂直于层理面方向,为分支井间距、埋深设计和渗透注浆关键参数优化提供了参考依据。     

煤矿灰岩层水平井注浆技术研究

通过煤矿底板灰岩含水层水平井注浆加固治理,可较好地解决煤矿底板防治水难题。为了提高水平井注浆加固灰岩含水层的效果,以界沟煤矿东一下采区水平井为研究对象,根据灰岩含水层渗透性特征,确定了扩散半径、浆液类型及配比。结合水平孔钻进情况,运用破壁和清水洗井技术,进行压水试验和静压升压注浆加固治理;确定了注浆压力、终止流量、注浆数量;在注浆顺序、装备选型、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明,治理区采用扩散半径27 m,灰岩采用水泥浆单浆液;清除泥皮,清水洗井,选配高速制浆和智能化注浆装备,进行孔口分段式注浆,递增升压至10 MPa,注浆量提升至0.8 t/m,有效提升加固治理效果。     

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采为指导原则,该技术在邯邢矿区奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆加固煤层底板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。     

地下含水层帷幕注浆单液水泥浆扩散规律研究

帷幕注浆逐渐成为矿井水害防治的主要技术手段之一,为解决帷幕工程中注浆孔间距的布设问题,通过室内试验得到帷幕注浆材料单液水泥浆的物理性能参数,采用COMSOL数值软件建立了地下含水层帷幕注浆单液水泥浆扩散数值模型,研究了地下含水层帷幕注浆工程中单液水泥浆的扩散机制。研究结果表明:单液水泥浆水灰比越大,浆液的凝结时间越长黏度越大,而结石率与抗压强度越小,根据所得浆液性能参数针对不同地层特征选取相应水灰比的浆液进行注浆;地下含水层帷幕注浆单液水泥浆的扩散形式以注浆孔为中心的圆形扩散,单液水泥浆的扩散半径随注浆时间的增加而增大,且扩散半径最终趋于稳定,稳定后的浆液扩散半径平均值为10.22 m,浆液扩散的范围可达到20.44 m;单液水泥浆扩散半径的理论计算与数值计算结果较为一致,理论解与数值解之间的误差小于5%,证明作者建立的数值模型用于研究帷幕注浆浆液扩散范围具有一定的可靠性。基于研究结果,选取帷幕注浆孔距为20 m,2排交错布孔,建立有效宽度约为40 m的帷幕墙,以阻隔帷幕墙外侧含水层中地下水向井田内的补给。帷幕墙建造完成后,通过检查孔对受注地层进行取心,得到含有浆液结石体的岩心,实验室...     

铁矿立井井筒地面预注浆设计及优化

大贾庄铁矿1号副井井筒地面预注浆工程取得了理想的治水效果,通过对其设计的分析及优化,在保证一定的注浆量和注浆次数的前提下,适当减少钻孔个数至10个或8个。注浆材料主要选择成本低、无污染、堵水率高且耐久性好的单液水泥浆和黏土水泥浆。注浆压力参照《GB50511-2010 煤矿井巷工程施工规范》中的规定,施工过程中终压尽可能地取压力范围的上限。在计算浆液注入量时应根据地质条件和拟注浆液类型将整个注浆段分为若干层段,分别选取最适合参数单独计算,浆液有效扩散距离不应小于10 m。注浆段高的划分需要充分考虑含水层、隔水层和破碎带的位置,并需在施工中根据各钻孔实际揭露的地层情况对注浆段高进行调整。     

顾北矿南-1煤采区煤层底板注浆加固多分支水平井钻井工艺

针对顾北矿南-1煤采区复杂构造的影响下,导致多分支水平井设计和施工难度大,成井困难.为满足矿井注浆防治水要求,保障井下安全生产,本文从煤层底板超前注浆加固、多分支水平井钻井技术、多分支水平井工程关键环节控制等方面入手,以顾北矿南-1煤采区为研究对象,通过调研国内外相关研究现状,结合地面水平分支井实际应用情况,以多分支水...     

黔南灯影组巨厚含水层立井井筒帷幕注浆参数研究

黔南地区震旦系磷矿层顶板灯影组白云岩直接充水,且水文地质条件复杂,是制约矿井建设的主要因素。地面预注浆技术是井筒防治水的有效手段,在煤矿、铁矿、铅锌矿等矿山都有成功应用,鉴于溶蚀型白云岩含水层导水网络水文条件的复杂性,不能照搬现有井筒注浆帷幕设计参数。为取得黔南地区震旦系灯影组白云岩含水层帷幕注浆参数合理设计方法,运用理论分析、室内试验、工业性试验及工程类比等多种研究方法,对白云岩含水层溶蚀裂隙导水网络特征及黏土水泥浆扩散规律进行了系统分析,总结评价了灯影组含水层地面预注黏土水泥浆的可注性及其影响因素;然后充分考虑钻孔布设、压水试验成果、浆液配比及注浆效果检测等多方面因素,对黔南地区灯影组巨厚含水层立井井筒帷幕注浆参数进行了深入研究,结合类似工程案例确定了溶蚀型灯影组白云岩地面预注浆参数设计方法。研究结果表明:黏土水泥浆在灯影组含水层具有可注性,布孔间距宜取4.0～4.5 m,并推荐了黏土水泥浆成品浆液比例范围、稳定地层注浆段高70～100 m,破碎地层注浆段高30～50 m等注浆参数取值范围,注浆终止标准需同时满足设计注浆量和注浆终压要求。     

深部矿井奥灰水害防治技术

通过分析峰峰集团防治水现状,对比目前奥灰水害防治技术,针对深部矿井开采奥灰水害情况,提出时间与空间相结合的地面区域超前治理技术。该技术利用地面水平多分支钻进技术对煤层底板隔水层的裂隙进行探查并进行注浆加固补强,切断奥灰含水层与上部含水层的水力联系,进而增强隔水层阻水性能。     

赵固一矿煤层底板灰岩加固多分支水平注浆井轨迹精准控制技术实践

以赵固一矿15011煤层工作面相应底板L_(8)灰岩加固的多分支水平注浆井为研究对象,以设计钻取导眼探孔获取所治理灰岩层埋深、伽马值、ROD等相关地质参数及构造信息,进行精准设计及控制多分支水平注浆井主孔钻入煤层底板治理灰岩层的着陆点;优化常规多分支水平注浆井钻具组合,优选自带欠尺寸对称扶正器螺杆及欠尺寸凸起部位自带滚珠的球形扶正器,以此构成双扶稳斜钻具组合降低了定向及复合钻进过程井斜和方位漂移量,减少了分支孔轨迹定向调整频次和定向段的长度。基于以上技术措施实现了精准控制多分水平注浆井轨迹位于L_(8)灰岩层稳定钻进。     

黄河北煤田定向钻进精准注浆防治水技术研究

为有效治理我国黄河北煤田开采面临的水害问题,以邱集煤矿定向钻孔注浆防治11煤的灰岩水为例,结合瞬变电磁和抽水试验结果,分析了11煤层的顶板四灰、五灰及底板徐灰、奥灰水害的富水性程度。基于"超前区域治水"、"水源-通道一体化治理"的理念,以及含水层富水不均一的区域特征,提出了梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式,以及井上、下水文观测孔水压实时监控的含水层裂隙精准注浆技术,以此为基础对11煤首个治理区域顶板含水层施工了6个主孔、25个分支孔,累计进尺12 011 m,累计注浆量104 880 t。结果表明:定向钻孔注浆实施精准控制后,11煤顶板四灰、五灰含水层治理区域的富水异常区基本消失,含水层渗透系数降为0.010 4 m/d,观测孔涌水量由注浆前的40～260 m~3/h降到5 m~3/h以下,使得二水平暗斜井得以顺利掘进,实现了11煤的成功揭露,为解放6 000万t的煤炭资源提供了安全保障和指导作用,说明梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式和井上、下水文观测孔水压实时监控的精准注浆技术,能够有效地填充四灰、五灰含水层裂隙及隐蔽导水通道,实现分支孔中浆液扩散范围的精准控制。     

立井过砂岩富含水层工作面预注浆分析

郑煤集团杨河煤业43采区樊寨副立井施工中需要穿过预计涌水量187 m³/h、厚57 m的砂岩含水层。针对第1回次采用普通水泥工作面预注浆、吸浆量少、升压快、效果差、达不到预期目的等不利情况，在后3回次采用大压力，白银水泥、超细水泥等新材料、单孔上下端正反同时注浆新工艺，采用压注清水、水玻璃，利用水玻璃的黏性，反复冲洗钻孔把细小裂隙中锈蚀颗粒带出，打开注浆通道，同时针对竖向裂隙多、横向裂隙不联系，加密钻孔布置，缩小注浆段高，取得了较好的注浆效果。     

新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理及效果评价

淮南煤田是典型的华北型煤田,中煤新集能源股份有限公司新集二矿位于淮南煤田的南部,该矿区山西组1煤层处于“高水压薄阻水层”环境,开采过程遭受下伏高压灰岩岩溶承压水的威胁,加之本矿区独特的地理构造位置,形成了叠加大规模逆冲断层的多种垂向隐伏构造格局,因受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系高屏蔽及地表水体的影响,地面三维地震勘探效果不佳,难以查明1煤组至底板灰岩强含水层的垂向导(含)水通道,因此上述因素的叠加加剧了煤炭资源安全开采的水害威胁,提升了采煤事故发生概率。矿方结合采掘规划,严格按照相关要求,对受高压奥灰水威胁的1煤220106工作面开展了地面超前区域探查治理工程,以期采用多分支水平定向井工艺,在工作面内区域探查隐伏导水构造,并通过高压水泥注浆的方式进行封堵,达到工作面安全掘进与回采的目的。本文重点对新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理工程及其效果进行评价,可为该工作面的掘进与回采提供依据,为本区类似工程的开展提供参照。     

煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域治理技术研究

针对煤层底板薄层高压灰岩水害问题,以桃园煤矿Ⅱ4采区10煤底板三灰含水层治理加固为例,通过施工地面定向钻孔组,进入未采区底板三灰后顺层钻进,揭露灰岩裂隙,并进行高压注浆治理,通过分段“探注结合”施工,有效封堵三灰溶隙、裂隙,最终将三灰含水层改造为隔水层,阻隔三灰及三灰下含水层水。结果表明,煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域注浆封堵技术是安全和可行的,为其他矿区薄层灰岩水上带压开采提供了依据。     

矿井奥灰水带压开采技术分析及防治水措施

针对奥陶系灰岩含水层富水性强、水压大、水位高等问题,分析了矿井奥灰水带压开采及防治水技术以及井田水文地质条件,确定10、11、13号煤层矿井水文地质类型为中等。研究了奥灰含水层富水特征及煤层底板隔水性能,在正常块段工作面掘进过程中受到底板奥灰水的威胁小,是相对安全的;但在构造破坏地带,因断层、陷落柱等具有导水性,在承压区内有可能发生突水,并提出了导水构造、巷道掘进、工作面、底板注浆加固及改造等防水措施。研究为后续矿井安全开采提供了技术支持。     

偃龙矿区奥陶系强岩溶含水层底板注浆改造技术

偃龙矿区地处豫西地区,矿井深部开采二1煤层受奥陶系强含水层岩溶裂隙水威胁,奥灰水压不断增高,煤层底板构造发育、隔水层不稳定等突水因素影响了安全回采。通过水文地质资料分析与瞬变电磁技术进行底板富水性探测,建立了底板注浆改造深度精确计算模型,提出了偃龙矿区二1煤层底板注浆改造水害防治技术,并进行了工业性试验。结果表明:12061工作面底板分布有3种类型富水异常区,富水异常区域岩层节理、裂隙较为发育,异常区覆盖工作面底板大部,工作面底板存在突水危险性;菱形钻孔布置有利于减小孔间距,最终确定底板注浆改造深度为65 m、注浆压力为9 MPa与注浆扩散半径为25 m,对太原组下段及奥陶系灰岩含水层注浆变含水层为相对隔水层,切断了底板奥陶系灰岩含水层与二1煤层的水力联系;底板注浆封堵后,检验孔水量不大于10 m3/h,钻孔孔壁光滑,原5个富水异常区消失,注浆改造效果显著。     

中奥陶统顶部地层富水性规律研究

矿井11号煤层最低开采标高+230 m,井田中奥陶统灰岩含水层水位标高+360 m,煤层开采存在奥灰水带压开采问题,而11号煤层底板至中奥陶统顶面隔水层平均厚度20 m,因而中奥陶统顶部峰峰组一段和上马家沟组三段地层的富水性,以及是否可以作为相对隔层利用,对煤层承压开采至关重要。通过水文钻探、放水试验和压水试验,分析了中奥陶统顶部地层的岩性特征、富水性特征、渗透性特征。综合试验结果表明,中奥陶统顶部地层主要以泥质白云岩、泥质灰岩为主,顶部18 m地层隔水性能良好,揭露大部层段属弱富水性含水层,透水率小于10 Lu,属极微透水至弱透水,为煤层承水压开采奠定有利的地质条件。     

巴拉素井田煤层富水机理与注浆堵水技术

陕北侏罗纪煤田榆横矿区(北区)是我国重要的煤炭生产基地,区内大型矿井分布较多,煤层埋藏相对较深,在采掘过程中发现有富水煤层问题。为研究区内煤层富水机理及采掘过程中的水害问题,以巴拉素煤矿2号富水煤层注浆堵水治理工程为例,通过对水文地质条件和地下含水层之间水力联系情况分析,查明了区内各含水层水文地质特征及类型,确定了2号煤层水为立井井筒过煤层段的主要充水水源,并提出了富水煤层注浆治理保障新技术。通过抽水试验、水化学测试,发现区内地下水含水层主要为第四系松散层潜水含水层、白垩系下统洛河组孔隙-裂隙含水层、侏罗系中统直罗组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤顶板延安组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤层含水层等。第四系松散潜水含水层和白垩系洛河组孔隙裂隙含水层之间水力联系密切,其他含水层之间均未发现水力联系。根据现场实际及多次实践,确定以"引流注浆、帷幕封堵"为总体思路,运用"井下打钻,地面拌浆,管道输送,高压灌注"的方法,完成2号煤层富水区段的封堵。研究及实践结果表明:通过多种材料结合、钻探注浆等组合工艺实施后,在副立井井筒马头门煤层揭露区段及待掘巷道周围形成了有效的止水帷幕,将掘进巷道与富水煤层隔开,最大程度地减小井筒涌水量,超出预期目标完成注浆堵水任务,副立井井筒总涌水量由最初的150 m~3/h(最高200 m~3/h)衰减至竣工时的11 m~3/h,注浆堵水率约为93%,实现了对富水煤层大量出水有效封堵的目的。     

煤层底板水害预测与超前预治理技术

煤矿水害防治工作是煤矿安全生产工作的重中之重。针对煤层底板水害防治问题,介绍了实际生产过程中针对掘进工作面和回采工作面突水危险性预测的常规方法,对其优缺点进行综合分析,从而进行煤层底板突水危险性的预测评价,进而制定工作面超前预治理的技术方案,主要包括应用煤层底板含水层注浆改造技术对煤层底板突水可能性大的区域进行注浆改造,或利用煤层底板含水层疏水降压技术对危险区域进行疏水降压。上述这些措施的使用,最大限度地避免了水害事故的发生,实现了安全开采。     

三维地震勘探技术在新疆沙吉海一号井田中的应用

新疆沙吉海煤田位于新疆阿勒泰市西南部，其北部为准噶尔盆地，南部为谢米斯台山，具有典型的低山丘陵地貌。为了查明新疆沙吉海一号井田中主要煤层的赋存形态，以满足井田开拓的要求，为煤田采区设计、布置提供地质依据，对沙吉海一号井田开展三维地震勘探的研究工作。研究认为，利用三维地震时间剖面与反射波特征能较好地反映B²₁₃煤层、B₁₂煤层、B₁₀煤层、B₆煤层、B₁煤层的连续特征及赋存形态。通过对煤层反射波振幅与煤层厚度建立联系，反演了煤层厚度的变化特征，对B₁₀煤层进行厚度的预测。通过对B₁₀煤层水平展布特征及厚度的描述，为煤田的下步工作提供依据。