薄层灰岩浅截帷幕注浆技术在柴汶河流域地表老空一体化治理中的应用.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年 月 收稿日期:;:作者简介:苏占林(),男,山东潍坊人,工程师,年毕业于山东科技大学测绘工程专业,现从事“三下”开采技术和地测防治水研究工作。引用格式:苏占林 薄层灰岩浅截帷幕注浆技术在柴汶河流域地表老空一体化治理中的应用 煤炭科技,():,():文章编号:()薄层灰岩浅截帷幕注浆技术在柴汶河流域地表老空一体化治理中的应用苏占林,董苏苏(山东能源新矿集团,山东 新泰 )摘要:新汶矿区主要开采、号煤层,已有近 年的开采历史,目前有良庄煤矿、孙村煤矿、协庄煤矿和华丰煤矿等生产矿井。长期的开采形成了大面积分布的采空区,尤其是在矿区浅部,近煤系露头处地表水第四系水老空水具有密
2、切的水力联系,柴汶河自东向西流经煤系露头,汛期涌水量增大成为矿井重要的补给水源,对矿井安全造成了很大威胁。年,新矿集团采用河床铺底、砌坝护坡、修筑矸石大坝、回填取土采沙坑以及采空区注浆充填等手段,对柴汶河及其支流进行长期治理,先后投入近 亿元资金,治理取得了显著效果,沿河矿井汛期涌水量明显减少。但近煤系露头处地表水第四系水老空水仍有一定水力联系,为防止地表水由采空区域渗漏或泄露井下,有效堵截过水通道,新矿集团协庄煤矿实施了东翼注浆封堵工程,消除柴汶河与矿井浅部水平水力联系,以减小矿井浅部涌水量,取得了较好的效果。关键词:浅截帷幕注浆;柴汶河流域;老空水治理中图分类号:文献标志码:,(,):,年
3、第 期苏占林,等:薄层灰岩浅截帷幕注浆技术在柴汶河流域地表老空一体化治理中的应用第 卷 :;:协庄煤矿东翼浅部煤系灰岩及煤层露头位于柴汶河下,柴汶河为井下浅部老空水的补给水源之一。地表东翼柴汶河河底一采 、号煤层已开采或局部开采,根据实际揭露情况,号煤层距河底最小岩柱 。因受降雨影响,该区域对应井下浅部涌水量增幅较大,与地表水联系较为明显。为防止地表水由采空区域渗漏或泄露井下,采取有效措施堵截过水通道,以减小矿井浅部涌水量,保证矿井安全。新矿集团通过与科研院校合作实施导水通道的探查,在协庄煤矿东翼实施浅截帷幕注浆封堵工程,消除柴汶河与矿井浅部水平水力联系,对地表水入渗通道进行了探查和治理,进一
4、步提高了矿井防灾能力。注浆技术应用研究情况注浆是一项应用范围广、实用性强的工程技术,采用电化学、液压或气压的方法,将浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙中去,使岩土体成为强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而改善岩土体的物理力学性质。年法国最早使用木制冲击泵注入黏土和石灰浆液加固地层;英国在 年发明硅酸盐水泥后,水泥浆液开始成为主要注浆材料,年首次用水泥注浆对阿里因普瑞贝矿井进行井筒堵水;德国和比利时在 年到 年先后获得水玻璃注浆材料和双液单系统注浆法专利,乔斯顿()在 年发明了用水玻璃、氯化钙注浆的“乔斯顿注浆法”。随着注浆材料、注浆工艺及注浆设备的发展更新,有机高分子化学浆材得到迅速发展,而注
5、浆技术的应用范围也随之更加广泛,几乎涉及到所有的土木工程和岩土领域,比如油田、水利水电、隧道、地下工程、矿山、铁道、市政工程、建筑工程、桥梁工程、岩土边坡稳定、地面沉陷等领域 。我国在注浆技术的研究和应用方面起步较晚,但发展迅速、规模较大。世纪 年代,在我国煤矿井巷施工中,注浆技术就有较多的应用,山东淄博矿区、黑龙江鹤岗矿区、陕西鸡西矿区首先采用井壁注浆封堵井筒漏水,立井采用预注浆后堵水效果良好;各矿井在 年代以后,开始利用注浆技术进行堵水、灭火、密封以及对软岩、构造和破碎岩层进行加固工作。从发展历史看,注浆技术多用于岩土工程的堵水、防渗与加固,在煤矿领域是一门地下水害治理的主要工程技术。薄层
6、灰岩浅截帷幕注浆技术的应用协庄煤矿东翼浅部煤层露头以及煤系中的薄层灰岩露头出露于柴汶河沿岸,被第四系含水层覆盖,各含水层从露头区接受地表水、第四系水的补给,一灰及四灰岩溶水构成了矿井的主要充水因素,如图所示。图 东翼四灰露头与柴汶河位置关系示意 该区域以往治理情况为进一步查明地表东翼采区灰岩、断层含导水性及过水通道和灰岩露头区岩溶裂隙发育分布情况,防止地表水渗流井下,有效堵截过水通道,以减小矿井浅部涌水量,年 月对地表东翼浅部进行高密度电法物探探查,并根据物探结果于 年 月实施了注浆治理工程。共施工钻孔 个(检查孔 个、注浆孔 个),注入水泥 。注浆工程结束后,井下涌水量未发现明显变化。但 年
7、 月雨季期间,水平涌水量有了明显降低,且井下涌水量峰值推后出现,峰值涌水量减少 左右(年峰值水量出现在当年月底,约 );年实施注浆后,同期涌水量降低到 ,峰值水量则推后至 月底出现,约为 。本次帷幕注浆治理情况 治理的必要性根据 年地表东翼三采四灰及 煤层露头导水性探查情况和井下涌水量变化情况,分析发现 年第 期煤炭科技第 卷东翼三采浅部四灰露头仍然存在未被封堵的岩溶导水通道。对应该区域,井下 水平三采十一层石门涌水量在雨季仍然有较大幅度的变化,说明地表水对井下涌水量的影响依然存在。因此,需进一步探查东翼浅部河道附近四灰和煤层露头区的渗水、过水通道和灰岩露头区岩溶裂隙发育分布情况,并采取进一步
8、的治理措施。年 月,再次对协庄煤矿东翼三采区四灰采用三维高密度电法进行了探查,根据探测数据结合地质、钻孔及以往的注浆资料,圈定了低阻异常区及导水通道的位置及范围,编制了 协庄煤矿东翼三采四灰露头区注浆工程方案设计,初步设计施工注浆钻孔 孔(检查孔 个、注浆孔 个)。具体注浆治理区域如图所示。图 检查及注浆钻孔布置示意 任务目的协庄煤矿地表东翼三采四灰露头区补充注浆工程治理项目,设计主要目的是对柴汶河沿岸四灰岩溶裂隙及煤层露头区域裂隙探查及注浆充填。主要任务为:对四灰浅部物探探查出的导水通道进行堵截;探查煤系浅部柴汶河河下及附近四灰以及煤层露头区已开展注浆工程的长期效果,探明地表水的补给通道;采
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