常用的矿井水害治理注浆技术方法

煤矿水害防治方法~

我国自20世纪70年代以来，煤矿防治水主要遵循“预防为主，防治结合”的原则，以查清水文地质条件为基础，因地制宜。针对不同的水害类型，采取不同的防治措施，防治水方法多种多样，有疏、有堵、有疏堵结合。在煤矿水害防治工作中坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的16字方针，并根据矿井水害实际情况制定相应的“防、堵、疏、排、截”综合防治措施(钟亚平，2001;赵铁锤，2007)。
在突水机理的研究上，先后提出了“突水系数”、“等效隔水层”和底板隔水层中存在“原始导高”等概念，认为底板突水机理是含水层富水性、隔水层厚度及其存在的天然裂隙、水压、矿压等因素的综合作用结果。在底板突水预测方面，模式识别方法、随机信息方法和脆弱性指数法等新方法得到了很好的应用(武强，2006，2007a，2007b，2009;靳德武，1998)。
在疏水降压方面，有地表疏干、井下疏干，也有井上、井下联合疏干。疏水降压是我国矿井防治水害的主要技术措施。国内除普遍采用经常性疏干排水外，还先后进行了峰峰矿区和淄博矿区的薄层灰岩水的疏干，和降压及邯郸矿区的疏干工作程序和疏干勘探方法。
在注浆堵水方面，堵水截流是我国矿井防治水害的重要方法。在静水与动水条件下注浆封堵突水点、矿区外围注浆帷幕截流等都有比较成熟的方法和经验。焦作、峰峰、煤炭坝等矿区都进行过这类工作，特别是成功封堵开滦范各庄矿特大型突水。
此外，钻探技术的提高、综合立体勘探方法的采用、计算机技术的应用及各类软件的开发，对定量研究煤矿突水条件起到了重要推动作用。
1.井下防水煤(岩)柱留设
在水体下、含水层下、承压含水层上或在导水断层附近进行采掘工程时，为了防止地表水或地下水突水、溃入工作地点，需要合理留设一定宽度或高度的防水煤(岩)层不采动，这部分煤(岩)层称为防隔水煤(岩)柱或防水煤(岩)柱。其中有断层防水煤(岩)柱，井田边界煤柱，上、下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱，水淹区防水煤(岩)柱，地表水体防水煤(岩)柱和冲积层防水煤(岩)柱六种类型。
2.井下探放水技术
井下探放水系指矿井在采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造(包括陷落柱)、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目的是为有效地防治矿井水害做好必要的准备(刘洋，2008)。
3.疏水降压技术
疏水降压是指通过疏干使煤层底板含水层或煤系地层含水层水压降低至采煤安全水压。疏水降压工程系统包括:排水工程、排水设施和疏水工程3部分［1］。开滦赵各庄矿就是通过制订合理的疏水降压开采方案，实现了在受底板高压奥灰水威胁下安全带压开采，取得了巨大的经济和社会效益。
4.注浆堵水技术
注浆堵水技术是煤矿防治水最重要的手段之一，主要应用于井筒掘凿前的预注浆、成井后的壁后注浆、堵大突水点恢复被淹矿井、截源堵水减少矿井涌水、井巷堵水过含水层或导水断层。如皖北矿务局任楼矿1996年3月4日发生的陷落柱特大突水，高峰期突水量达576m3/min，在陷落柱内煤底合适层位采用注浆堵水技术成功堵水(赵铁锤，2007)。
5.带压开采技术
所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能，在不采取，或在国家经济、技术条件许可情况下采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。近几年该技术在我国进行了较为广泛而深入的研究，取得了显著成绩［11］。
6.防水闸门和水闸墙
防水闸门和水闸墙是煤矿井下防治水的主要安全设施。水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，在井下巷道设计布置中，要建立健全隔离设施，在适当地点预留防水闸门和水闸墙的位置，井底车场周围要设置防水闸门;在其他有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门等防水隔离设施，实现分区隔离后，方可进行采掘活动(王歆效等，2007)。
7.矿井防、排水技术
煤矿在开采过程中，不可避免地要接近、揭露或破坏含水层(体)。含水层(体)内的水会因失去原有的平衡条件而涌入采掘工作面，进而造成水害事故。为保证煤矿的安全生产，设置相应的防、排水系统是十分必要的。矿井防、排水技术主要包括:地面防水、井下防水和矿井排水3个方面。如山东华源“八一七”溃水淹井事故，虽由暴雨引起，但也暴露出煤矿在地面防水方面存在的突出问题。
8.煤层采煤前方小构造预测的ANN技术
小构造是指断距小于5m的小断层或一些发育规模较小的裂隙、溶隙。在矿井生产过程中，这些小构造对工作面回采和巷道开掘具有极大的影响，在矿井防治水工作中具有重要地位。针对现行巷道开采过程中小构造预测方法的不足，将ANN技术引入到煤矿巷道掘进前方的小构造预测方法中，开展了矿井小构造预测预报的新方法研究(武强，2007c)。
9.含水层改造与隔水层加固技术
该技术是20世纪80年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。当需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高且浪费地下水资源时，宜采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法。它主要针对煤层底板水害的防治，采用注浆措施改造含水层或加固隔水层，使其变为相对隔水层或进一步提高其隔水强度(武强，2005)。该技术是防治底板水害较为有效的实质性措施之一，山东肥城矿区曾成功应用这项技术。
10.可视化地下水模拟评价软件系统(Visual Modflow)与矿井防治水
Visual Modflow是目前国际上流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。它在矿井防治水工作中可以进行任意水均衡域的均衡研究，帮助用户直接确定回采煤层顶、底板或侧向补给水源的补给方式、补给大小及补给水源的水质情况等。此外，它还可以预测矿区导水断裂构造可能诱发的突水事故的突水量大小，这一点在矿区导水内边界的防治水工作中具有十分重要的实用价值(武强，2005;董东林，2009)。
11.华北型煤田立体充水地质结构理论
该理论是武强于2000年首次提出。由各种类型水力内边界沟通而形成相互间存在密切水力联系的多层含水层组立体充水地质结构，是华北型煤田的主要矿床水文地质特征，也是建立该类型煤矿井充水水文地质立体概念模型的基础。内边界是煤矿井立体充水地质结构理论的核心，对内边界系统进行深入地综合研究是解决华北型煤田底板岩溶突水难题的关键。据内边界在空间展布的几何形态特征所划分的4种基本类型和各种组合类型，对认识煤矿井水文地质条件复杂程度和采取科学合理的防治水对策方案均具有极其重要的理论指导意义和实用价值(武强，2000)。
参考文献
董东林，王焕忠，武彩霞等.2009.断层及滑动构造复合构造区煤层顶板含水层渗流特征及突水危险性分析.岩石力学与工程学报，28(2):373～379
国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.2009.煤矿防治水规定.北京:煤炭工业出版社.1～80
华解明，傅耀军，白喜庆.2006.我国煤矿区水文地质勘查与环境地质评价现状及发展趋势.煤田地质与勘探，34(3):40～43
靳德武，马培智，王延福.1998.华北煤层底板突水的随机信息模拟及预测.水文地质工程地质，26(6):36～39
李文钧，郝平.1997.大同地方煤矿水害现状及防治技术.山西煤炭，17(5):61～64
刘洋.2008.煤矿防治水工作的重要性.改革与探讨，(27):99
马润刚.2006.水害现状分析及防治技术.山西焦煤科技，(1):14～15
商登莹，武强，赵苏启等.2006.煤矿防治水工作指南.北京:国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，1～88
王剑峻.2008.矿井突水案例分析及带压开采分区.中国矿山工程，37(5):39～41
王歆效.武强.2007d.“治”水访国家煤矿安全监察局水害防治专家组组长武强.现代职业安全，10(74):20～21
武强，董东林，钱增江等.2000.试论华北型煤田立体充水地质结构理论.水文地质工程地质，(2):47～49
武强，董书宁，张志龙.2007e.矿井水害防治.北京:中国矿业大学出版社.1～9，73～161
武强，解淑寒，裴振江等.2007b.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅲ基于GIS的ANN型脆弱性指数法应用.煤炭学报，32(12):1301～1306
武强，庞炜，戴迎春等.2006.煤层底板突水脆弱性评价的GIS与ANN耦合技术.煤炭学报，31(3):314～319
武强，杨柳，朱斌等.2009.“脆弱性指数法”在赵各庄矿底板突水评价中的应用.中国煤炭地质，21(6):40～44
武强，俞佳，庞炜等.2007c.基于ANN方法的煤巷掘进前方小构造预报技术.中国矿业大学学报，36(4):446～452
武强，张志龙，张生元等.2007a.煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅱ脆弱性指数法.煤炭学报，32(11):1121～1126
武强.2005.第六次全国煤炭工业科学技术大会文集.北京:煤炭工业出版社，294～296
赵苏启，武强，郭启文等.2003.引流注浆快速治理煤矿水害技术.煤炭科学技术，31(2):27～29
赵铁锤.2007.全国煤矿典型水害案例与防治技术.北京:中国矿业大学出版社.185～192
钟亚平.2001.开滦煤矿防治水综合技术研究.北京:煤炭工业出版社.539～542

注浆堵水是将水泥将或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。
一、注浆堵水方法
注浆法的分类目前没有统一的标准，但一般有以下几种分类方法：
1 按含水岩土地层揭露前后进行注浆施工分类
（1） 预注浆：当井筒、巷道、硐室等构筑物在开凿前或开凿到接近含水层以前所进行的注浆工程，称之为预注浆。煤炭行业常见的有地面预注浆、工作面预注浆。预注浆法进行岩土堵水和加固，减少事故的发生。
（2） 后注浆：当井筒、巷道、硐室等构筑物掘砌以后，用注浆法治理水害和地层加固，称之为后注浆。
2 按注浆使用的浆液材料进行分类
（1） 水泥注浆：浆液材料以水泥为主，包括其它附加剂；
（2） 粘土注浆：浆液材料以粘土为主，包括粘土-水泥浆；
（3） 化学注浆：注浆材料以化学药液为主剂。
3 按浆液进入地层产生能量方式进行分类
（1） 压注浆：浆液用注浆泵输送，使浆液压入或渗透入受注地层，称为静压注浆；
（2） 高压喷射注浆：浆液利用高压泵输送，并通过特殊的喷嘴产生具有巨大动能的喷射流，切削地层，与土、砂颗粒搅拌混合、凝结称为高压喷射注浆。
4 按浆液在地层中运动的方式进行分类
⑴ 充填注浆：浆液充填大裂隙、洞穴等称为充填注浆；
⑵ 挤压注浆：依靠注浆压力迫使浆液在地层中压开各种各样的通道来挤入地层，浆液多呈现脉络状或树枝状固结，这种浆液可以使松软地层挤压密实，所以在地基加固中也称压密法；
⑶ 置换注浆：通过一定的方法把受注地层中的土、砂逼放出来，形成的空间用浆液充填，称之为置换注浆；
⑷ 高压喷射注浆，利用喷射流的动能进行注浆。
二、注浆堵水的适用条件
(1)当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。如山东肥城国庄矿、河南焦作演马庄矿等，都是先堵截水源而后排干积水恢复生产的。
(2)当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工，我国许多矿井穿过强含水层时，都是利用这一方法。
(3)当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。如鹤壁鹿楼主、副井，新汶协庄主、副井，采取挂浆措施后，取得了良好的效果。
(4)某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源。

常用的矿井水害治理注浆技术方法，按工程施工的时间顺序划分，有提前预注浆、出水后注浆；按注浆材料划分，有水泥注浆、粘土注浆、化学注浆、混合注浆等；按工程性质划分，有突水口注浆、含水层帷幕截流注浆、含水层改造和隔水层加厚加固注浆、井巷或井筒隔离封堵注浆；按受注层中地下水运动状态（或流速）划分，有静水注浆、动水注浆。

我国初次成功地应用注浆堵水技术始于20世纪50年代中后期。1955～1957年，山东淄博矿务局采用注浆堵水技术成功地恢复了1934年被水淹没的夏家林矿。当时注浆堵水的工艺方法比较简单，只是采用了钻杆注浆方法，用生牛皮、干海带和黄豆作止浆塞，仅使用了水灰比为1.5～2.0的单液稀水泥浆方法，但它的成功却为中国煤矿防治水害提供技术途径和方法。在建井过程中我国首次采用注浆技术防治水害始用于1954～1955年当时在开滦林西矿风井施工过程中采用了水玻璃、氯化钙在直流电流驱动下，使钙离子与硅酸离子结合并固结治理流砂水害的技术方法，但因“电动硅化法”注浆工艺在当时还处于研究试验阶段，这次注浆治水工程未能获得成功。直到1959年，在开滦矿务局荆各庄矿建井过程中采用冻结法通过冲积层后，发生了5号煤层顶板砂岩水突水淹井事故，为了快速治理水害并恢复矿井建设工程，历时数年，打钻进尺5000 m以上，注入水泥2800 t以上、水玻璃800 t以上，才取得最后治水的成功。

进入20世纪60年代后期，我国才广泛使用注浆技术方法综合治理矿井水害，并逐渐成为一种行之有效的矿井水害治理技术方法。1962年，原唐山煤炭科学研究所矿井地质研究室与徐州矿务局首次在徐州矿务局夏桥矿开始了帷幕注浆截流治理水害的技术与工艺试验，并成功地进行了徐州青山泉矿注浆帷幕截流治理水害的工业性试验。从此，在我国逐渐形成了较为完整的注浆工艺方法和大规模造浆注浆的机械化系统，在注浆材料上研究使用了不易被水稀释的高稠度稠化浆，使注浆技术方法用于大规模改造不利于开采的水文地质条件方面迈出了重要的一步。

进入20世纪80年代后，采用注浆技术治理大流量、高流速突水灾害得到了快速发展，特别是1984年开滦范各庄矿在陷落柱特大突水灾害注浆治理中，形成了一套较完整的适用于动水条件注浆的水害治理理论与方法。80年代后期至90年代初，山东肥城矿务局在多次大流量突水灾害的注浆治理过程中，研究发展了利用注浆技术将煤层底板下伏薄层灰岩含水层改造为阻隔水层的工程工艺和方法，取得了良好的水害治理效果。目前，我国在矿山水害注浆治理技术方面，不仅具备了成熟配套的技术，而且形成了较为完善的装备系统。

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贵池区19369832934： 煤矿立井井筒注浆封水方法有哪些 - ？
徐复葆利： 立井井筒的注浆堵水方案必须要有针对性.首先,立井的施工方法是普通法还是冻结法?出水段的岩性特征?井壁结构?施工工艺?等等都需要弄明白.然后根据出水量、井壁厚度、岩性等等制定堵水方案,开始施工.一般井筒施工队伍都有联系的注浆队伍,你可以让他们负责联系,做方案,谈价格,订合同.

贵池区19369832934： 注浆堵水用的孔口管如何制作 - ？
徐复葆利： 孔口晓得不用特别处理,孔口大的可以焊个小盖子,在盖子上面接个水龙头开关,注浆完成后,关闭水龙头

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徐复葆利： 浓缩蒸发.反复处理使含盐量高的剩余水浓缩到很小体积,然后在合适的地方存放.依靠自然蒸发,使其避免排往下游.水蒸发后将留有盐分结晶,可在其浓缩至200g/L以上浓度时运走,用做化工原料.

贵池区19369832934： 大庆堵漏公司 - ？
徐复葆利： 多大个事啊,你就找大庆永德堵漏公司咱东北人实在,这家公司是大庆唯一的一家专业高难防水,水害治理的公司,该公司引进国外先进的带压抗渗抗震动的防水堵漏新技术,采用进口高科技纳米微分子防水材料 ,精密配制科学降压注浆的新工...

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贵池区19369832934： 煤矿堵水解决方案 - ？
徐复葆利： 对煤矿防治水建议: 矿井生产离不了水,但是某些出水、涌水不仅对矿井人员安全造成极大的危害,而且由此造成的排水、救灾费用也很大. 一般矿井水灾地点是:掘进迎头、回采工作面、立井井筒、煤仓、水平大巷、倾斜大巷、断层出水、岩层裂隙水、老空水、底板水等. 我公司生产的专利新产品“高分子堵水剂”,具有操作简单(单一化学浆液),遇水与水发生化学反应,形成胶状固体,从而快速堵塞出水通道的特点,既能解决大流量出水也可处理淋水、渗水问题.可以从井下施工、也可以从地面施工,解决了注浆堵水材料不能远距离输送、准确施工的难题.施工时间短,施工造价低. 对使用我公司生产的专利新产品的矿井,我公司免费提供技术指导,公司同时承包矿井堵水施工业务.

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