注浆技术在华北奥灰水害防治中的应用与发展

我国华北型煤田水文地质条件复杂,随着深部资源的大规模开发,煤层底板奥灰突水概率增加,奥灰水害成为华北型煤田深部开采的严重安全威胁。应用注浆技术能够快速封堵突水通道,消除潜在水患,在华北奥灰水害防控方面具有明显优势;历经工作面注浆、井下定向孔注浆和地面定向孔注浆,装备进步推动华北型煤田奥灰水害注浆防治技术持续发展。本文分析了注浆技术在华北型煤田奥灰水害防治中的发展历程,结合奥灰水害超前治理工程案例,分析了实践中地面定向孔注浆技术遇到的问题,指出了区域水害防治地面定向孔注浆技术发展方向。本文对华北型煤田深部开采底板奥灰水害防治具有重要参考意义。     

千米钻机定向钻进技术在矿井防治水中的应用

赵固一矿为了有效控制二1煤层底板L8灰岩及下伏高压含水层向采掘工作面突水,对该矿含水层水压高、隔水层厚度薄等水文地质条件进行了分析,结合目前防治水工程中普通注浆钻孔的应用情况,提出将近水平定向钻进技术应用到矿井防治水工程中,采用近水平定向钻孔结合地面注浆站造浆对煤层底板进行注浆加固。实践表明,该方法的应用成功阻隔了二1煤层底板高压水的向上突水通道,对导水裂隙和构造进行封堵,确保了矿井的安全生产。     

煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备

将定向钻进与底板注浆加固技术结合,利用定向钻孔实现煤层底板超前注浆加固是现有底板水害防治方法的重要创新。系统研究了定向钻孔超前注浆加固原理、钻进装备、钻孔设计方法和钻进成孔工艺,形成了一套煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备。通过在赵固一矿11151工作面现场试验表明,研究的钻进技术和装备稳定可靠,工艺先进,底板注浆加固效果良好,丰富和完善了煤矿底板水害防治手段,实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,对煤矿安全高效开采意义重大。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

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。     

单侯井田薄底板奥灰突水条件分析及防治对策

为了有效防止薄底板条件下煤矿突水事故的发生,通过对单侯井田地质和水文地质条件、煤系底板的下奥陶系石灰岩含水层及其与煤层间的隔水层特征和该井田突水案例的分析,对薄底板奥灰突水条件及控制因素以及对突水后地面治理工程的总结,提出了地面注浆是薄底板条件下突水治理的有效途径.工程实践表明,应采取疏、堵结合的方法,并对重点水害进行超前分类治理.     

区域超前探查治理技术在邯邢矿区深部采煤底板水害防治中的应用

针对超前区域探查治理技术在探查治理设计、注浆改造工艺、治理效果评价方面存在的问题,通过分析邯邢矿区水文地质条件及邢东矿、辛安矿水害防治工程实例,对超前区域探查治理技术在深煤层底板高承压水害防治中的应用进行研究。研究得出：注浆治理目的层应综合分析研究区水文地质条件、突(涌)水方式,选择离煤层最近、厚度适中、可注性较好的含水层进行注浆改造|水平孔布设距离应考虑研究区水文地质类型、地质构造复杂程度及发育程度确定孔间距,并设计机动孔|水平孔布置方式应考虑工程目的|治理应按“探、注、验一体化”的思路,对钻进过程中遇到的地质现象实施注浆治理并检验|治理效果应利用突水系数、含水层涌水量、矿井涌水量、构造发现率、初始奥陶系岩溶水压等指标,通过迭代指数法组合量化后,重新评价。     

地面L型钻孔煤层底板注浆加固技术与装备研究

为了实现煤层底板超前注浆治理的目的,对地面L型定向钻孔煤层底板注浆加固原理、钻探设备、钻孔设计及钻进工艺进行了系统的研究,形成一套完整的技术与装备。通过赵固一矿18011工作面二_1煤层底板L_8灰岩含水层注浆加固现场实验,表明研究的钻探装备和钻进技术稳定可靠、工艺先进、煤层底板注浆加固效果良好,不仅丰富和完善了煤层底板水害防治技术,而且实现了区域煤层底板超前注浆改造,对安全高效开采大采深矿井高承压水煤层具有重要意义。     

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。     

华北区煤田底板注浆加固技术的发展及展望

分析了底板注浆加固技术的发展历史及应用背景,归纳了我国底板注浆加固技术发展的3个阶段,指出该技术体系目前的7个方面的技术成果:制定了是否注浆施工的评判标准、确立了钻孔布设原则、注浆孔施工工艺标准、主要注浆材料及配比、注浆终孔标准、注浆效果检验标准,形成了地面造浆注浆系统。并指出了近期以来影响到该技术的重要的理论和技术:底板突水灾变机理和岩溶发育规律的新认识,地面、井下长定向注浆钻孔、物探技术的新发展,注浆材料绿色化、本土化。提出目前底板注浆加固技术需突破的方面主要在于底板突水机理的研究、定向钻进和物探检验技术、注浆材料的改进。     

我国煤层底板突水机理与防治研究现状及展望北大核心

针对我国煤层底板突水问题,将近些年国内对底板含不同地质构造、含水层水压高等多种条件下煤层底板突水机理的研究和目前应用广泛的底板注浆加固技术、留设断层防水煤柱及采前疏水降压等防治煤层底板突水措施的应用效果进行汇总分析;指出了煤层底板突水问题研究存在的不足;对未来大采深、复杂化、低成本、绿色化、高效率、智能化防治煤层底板突水进行了展望。     

煤层底板地面注浆堵水技术

以峰峰集团梧桐庄煤矿二采区182201工作面地面注浆堵水工程为例,介绍了水文地质条件复杂、受煤层底板承压水威胁的矿井煤层底板地面注浆堵水技术。注浆钻孔隔离煤层采空区(或煤层)的套管头位置偏离设计套管落点坐标水平距小于5 m;定向分支钻孔每打一个定向段要测斜一次,保证定向准确。注浆要连续,根据实际情况调整水、灰配比;注浆吸浆量小于50 ml/min,孔口压力达4 MPa,持续时间10 min以上。     

大采深高承压矿井水文地质条件及防治水技术

针对九龙矿煤层埋藏深、开采4号煤易发生煤层底板突水事故的问题,分析了该矿的水文地质条件,发现井田内隐伏强导水陷落柱、开采深度大、4号煤层底板承受的奥灰含水层和大青含水层的水压高是开采4号煤发生底板突水的原因.基于此,提出了强化安全设施建设、查清水文条件并进行超前综合探测、封堵和注浆加固导水通道、合理疏水降压和综合治理等开采4号煤时的防治水技术与对策.     

平煤十一矿承压岩溶水突水成因分析及综合防治

通过对平煤集团十一矿己组煤层开采过程中底板突水特征进行分析,深入研究了己组煤层底板高承压岩溶水突水机理及影响突水的地质构造、水文地质、突水水源、突水通道和突水系数等因素。根据矿井水文地质条件与采动破坏规律实施了相应的泄水巷疏水降压、底板注浆加固、底板帷幕注浆等防治措施,取得了良好效果,为深部煤层的安全经济开采提供了科学依据。     

大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究

为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了"区域超前治理"奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出"分带分时段突破"底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。     

地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用

为了解决赵固一矿18采区煤层底板灰岩含水层水害威胁,在传统的井下注浆堵水技术基础上,结合地面定向水平孔技术,提出了煤层底板水害地面区域超前治理技术,介绍了赵固一矿二₁煤底板L8灰岩地面区域水害治理方案,总结了施工过程中的钻孔和注浆关键技术及其实施过程。采用分支孔“跳孔”注浆技术,在治理区域共注浆43次,注入干料94 277.30 t,水泥33 317.70 t,黏土46 892 m³。区域水害治理施工参数能够较好地反映底板灰岩改性加固效果,在两侧分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料和钻孔单位吸水率均大幅减小,表明前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性明显降低,间接验证注浆效果。探孔作业结果表明,应用地面区域水害治理技术已将L8灰岩改造成了弱含水层,治理效果良好。研究成果可为赵固一矿及其他矿区煤层底板含水层治理提供依据。     

龙固煤矿深部开采底板防治水方案及注浆加固技术

针对煤矿突水事故发生次数和死亡人数多、造成的经济损失大的实际,提出注浆加固为防治煤矿突水的有效方法。龙固煤矿开采-550 m水平以深的21煤,其无构造块段已处于突水临界状态,为保证深部煤层的安全回采,需要对奥灰分布规律及顶部岩层进行分析,在巷道掘进过程中加强底板富水性探测并制定防治水方案。介绍了龙固煤矿21煤东三采区底板防治水方案的建立及注浆加固技术。利用现有资料对龙固煤矿水文地质条件进行研究分析,建立合理的方案并明确注浆加固技术,可以有效加固煤层底板并保证煤矿的安全回采,有效延长矿井寿命。     

华北煤田下组煤底板岩溶含水层注浆改造技术应用及发展趋势

我国华北煤田含煤地层主要为石炭—二叠纪。由于煤系地层绝大多数直接沉积在奥陶系灰岩强承压岩溶含水层之上,其下部煤层(下组煤)距离奥陶系灰岩较近,开采过程中多次发生底板突水事故。为此,我国专家学者开展了大量的研究工作,在下组煤底板突水危险性评价理论和方法方面取得了丰富的研究成果。但是,由于华北煤田分布广,地质水文地质条件千差万别,这些理论和方法存在一定的局限性,下组煤突水事故仍时有发生。因此,下组煤底板岩溶含水层注浆改造成为近年来我国煤炭行业重点研究的课题之一。首先系统地介绍了我国下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造布孔方式发展历程,即由井下巷道扇形钻孔→井下巷道定向钻孔→地面定向钻孔;其次介绍了放水试验法、钻孔涌水量法和电阻率CT、震波检层、无线电波透视与瞬变电磁等物探方法在下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造效果评价中的应用状况;最后指出了未来下组煤防治水技术的发展趋势:(1)在进一步深入研究底板突水理论的基础上,研究浆液和下组煤底板岩溶地层的相互作用机理;(2)采用地面定向钻孔方式,对下组煤底板岩溶含水层进行注浆改造,优化注浆工艺;(3)结合水平定向钻孔工艺,研究经济高效的物探技术,实现对深部下组煤底板突水危险性和底板岩溶含水层注浆改造效果的精准探测与评价。     

地面定向钻进技术在煤矿陷落柱突水防治中的应用

为了治理潘集二矿重大突水事故,提出了地面定向水平孔技术截流堵源的方案。潘集二矿12123工作面上、下底抽巷联络巷底板发生突水,瞬时最大突水量达14 000 m3/h,矿井部分被淹。因工作面上方存在湖泊和多个采空区,遂选择地面定向水平钻孔施工方案,即在地面施工一个定向水平堵源主孔对突水点灌注沙石骨料完成充填、形成顶板盖层,再通过主孔由地面注浆站灌注水泥浆完成陷落柱的封堵工作,并施工四个水平分支孔探查了陷落柱形态特征。结果表明,陷落柱导水通道被成功封堵,堵水率达到100%,显示了地面定向水平钻孔技术在陷落柱突水治理中的优越性,为今后类似突水事故的治理提供了宝贵的经验。