火成岩裂隙含水层(体)注浆改造技术研究

１４　河北煤炭　２００６年第１期　火成岩裂隙含水层（体）注浆改造技术研究　唐智良，周保东，张永泰　（河北金能ＩｆＩ；矿集团．河北邯郸０５６００２）　摘要：康城煤矿北风井工程穿越ｈ１火成岩裂隙承压含水层。为了克服突水、涌水、淋水，进行了注浆堵　水、突水点封堵和超前预注浆施工，获得了ｈ１火成岩裂隙发育规律和富水性等水文地质资料，为该区　开采９煤层治理火成岩水提供技术依据。　关键词：火成岩；注浆改造；技术研究　中图分类号：ＴＤ１６３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—１０８３（２００６）０１—００１４—０２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔ—　ｈｅ　ｔｒａｎｓｔ＾ｏｒ　ｍａｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｉ●　ｑｕｅ　ｏｆ＾　ｉ　■　ｇｎｅｏｕｓ　ｒｏｃｋ　ｃｒａｎｎｙ　ａｑｕｉ＇　‘ｔ＾ｅｒ　１　ｂｅｄ　ｇｒ　１　ｏｕｔｎｉ●　ｇ　ＴＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｌｉａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｂａｏ—ｄｏｎｇ。ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｔａｉ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｊｉｎｎｅｎｇ　Ｈａｎｋｕａｎｇ　Ｇｒｏｕｐ．Ｈａｎｄａｎ　０５６００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋａｎｇｃｈｅｎｇ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　Ｂｅｉｆｅｎｇ　ｗｅｌｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐａｓｓｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｇｎｅｏｕｓ　ｒｏｃｋ　ｃｒａｎｎｙ，ａｑｕｉｆｅｒ　ｂｅｄ，ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｈ　ｌ　ｉｇ—　ｎｅｏｕｓ　ｒｏｃｋ　ｃｒａｎｎｙ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｌａｗ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｌｓｏ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｍａｎｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｇｎｅｏｕｓ　ｒｏｃｋ；ｇｒｏｕｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　康城矿业公司北风井工程是矿井下组煤开采的　主要井巷工程，二级下山为一２２。斜井，为避开下组　煤小窑采空区，斜井沿９　煤层底板火成岩层位施　工。斜井施工过程中，自２００４年７月至年底，多次　被淹，多次排水恢复，工作环境很差，施工极其困难。　按最低标高＋８ｍ，淹没后水位恢复到＋６０ｍ计，测算　涌水量为ｑ＝Ｑ／Ｈ＝１．７０９　Ｌ／ｓ．ｍ。　２北风井防治水工程简介　首先对迎头附近６０ｍ范围内巷道注浆加固围　岩、封堵裂隙涌水；封堵工作面迎头裂隙突水；巷道　１工程地质水文地质　依据井田勘探资料，ｈｌ火成岩侵入到奥陶系顶　部到９　煤底板。厚度０—９０．９８ｍ，一般分为两层，上　层７．０２—４６．５４ｍ，平均２４．１６ｍ；下层２３．３９～　６０．３２ｍ。平均４０．７２ｍ。火成岩的颜色比较浅，为灰　前方超前预注浆施工。堵水注浆工程于２００４年１２　月２５日开工，２００５年４月底完成第一期工程，２００５　年６月１７日完成二期工程。经检验，封堵注浆后原　巷道淋水及工作面突水治理效果良好。通过一二期　预注浆段的巷道施工验证，６０ｍ火成岩段裂隙充填　效果良好，开掘巷道安全顺利通过。　白色、白色及浅灰色、蛋青色。其岩性：北部为正长　岩、闪长岩、正长斑岩；南部为闪长岩、闪长玢岩。形　态为岩床、似层状侵入，侵入于奥陶系及石炭二叠系　治水效果及评价：①涌水巷道治理效果：５７ｍ火　成岩巷道淋水量约７０ｍ３／ｈ，经注浆封堵后剩余淋水　地层中，从火成岩的岩性，厚度来看，北部可能属紫　山正长岩体的南延部分；南部可能是武安闪长岩体　的东延部分，对下组煤破坏比较严重。　ｈ１火成岩与本溪灰岩接触，形成统一的含水　层。位于９　煤层以下２～１２ｍ。该火成岩受断裂构　量不足５　ｍ３／ｈ，堵水率９２％；②工作面迎头突水封堵　效果：原工作面迎头三个炮眼涌水２００ｍ３／ｈ，经注浆　封堵涌水被全部封堵。堵水率１００％；③超前预注浆　封堵含水裂隙效果：第一期工程３０ｍ巷道，注浆钻　孑Ｌ揭露最大涌水量１７０ｍ３／ｈ，注浆后经全断面掘进　验证，围岩淋水总量为２ｍ　／ｈ，封堵率９８．８％；第二　造破坏，构造裂隙非常发育，与奥灰水、大青水联通，　形成含水层。康城矿北风井沿此层开掘。揭露水量　资料为：揭露标高＋３０ｍ时涌水量１５０ｍ　／ｈ，＋１５ｍ　时涌水量１８０～２００ｍ　／ｈ。＋１０ｍ时涌水量３２０ｍ　／ｈ；　期工程２５ｍ巷道，注浆钻孔揭露最大涌水量１７０ｍ　／　ｈ，注浆后经全断面掘进验证。围岩淋水总量为５ｍ　／　ｈ，封堵率９７％。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第１期　河北煤炭　１５　注浆堵水工程量：工程共完成钻孔３１３个。钻进　岩裂隙含水层富水性特征如下：①承压水主要赋存　尺１５５５．４ｍ。围岩及超前预注浆量：消耗水泥　在两组垂直裂隙中。每组裂隙视裂隙宽度、充填及富　２２２．６８ｔ，水玻璃１３．５ｔ。掘进验证工程量：正前掘进　５５ｍ，侧向水仓掘进１０ｍ。　施工方法及特点：采用ＴＸＵ一７５液压钻机和风　动凿岩机，进行各类钻孔的施工作业。清水钻进，不　取芯。水量水压较大钻孔，均在孔口安装孔口管和　控制阀，并做好耐压试验。　水性差异较大。相邻裂隙无明显水力联系。判据是：　相邻裂隙涌水量、注浆量、注浆效果差异较大，相互　干扰、互为消长关系不明显；②两组近垂直裂隙交叉　部位裂隙发育，富水性强。巷道揭露裂隙突水量可　达２４０　ｍ３／ｈ，钻孔揭露裂隙涌水量达１００—１７０ｍ３／ｈ；　③ｈ１火成岩裂隙以垂直或近垂直发育，水平或近水　注浆加固、封堵涌水及预注浆：采用静压注浆技　术，使用设备为２ＴＧＺ一６０／２１０煤矿用双液注浆泵。　注浆材料：水泥浆和水泥水玻璃浆两种，具体按　实际情况确定。注浆方式：下行（前进）分段式；遇水　即注：无水时初注段长５ｍ，复注段长１０ｍ。注浆压　力：加固注浆按１　２ＭＰａ。堵水注浆３～５ＭＰａ。　注浆堵水经济效益：按减少排水电费效益：治理　前涌水量３００ｍ３／ｈ计。减少涌水２５０ｍ３／ｈ计；每年节　约排水电费为７７．７万元；另外，减少排水设备材料　投入约２０余万元。　４火成岩裂隙发育及富水规律　围岩注浆堵水段：巷道长度５７ｍ，揭露涌水断裂　和裂隙１４条，Ｉ处裂隙冒落带，平均３．８Ｏｒｅ／条，裂隙　宽度不等差异较大在１～２００ｒａｍ之间，裂隙涌水总　量约７０　／ｈ，单个裂隙最大淋水量ｌ５—２０　／ｈ，平　均每条裂隙涌水量４．７ｍ３／ｈ。　原迎头突水裂隙情况：掘进钻眼揭露１条裂隙　突水，走向Ｎ３６。Ｅ，倾向北西，倾角７ｌ一８０ｏ；裂隙宽　度２０～１６０ｍｍ．，内部有砂粒及黄褐色泥质物，凝固水　泥充填物呈扁豆状、透镜状。从揭露裂隙情况看，裂　隙空隙的空间分布非常复杂。　预注浆段火成岩裂隙发育情况：第一期工程　３０ｍ，钻孔揭露控制涌水裂隙２３条，单孔揭徭（ｆ　６０ｒａｍ）裂隙涌水量超过１００　ｍ３／ｈ的有８次。裂隙发　育密度１．５０ｍ／条；各裂隙水力联系和注浆联系性较　差。第二期工程２５ｍ，揭露裂隙１７条，单孔揭露裂　隙涌水量大于１００ｍ３／ｈ的有８次，最大涌水量　１７０ｍ３／ｈ两次。裂隙发育密度１．３７５ｍ／条，各裂隙水　力联系和注浆联系性较差；从巷道揭露验证看，靠近　火成岩顶部的裂隙特征与下部明显不同，裂隙变为　蜂窝状，没有明显的裂隙面。富水性较强。　５　ｈ１火成岩富水性及水力联系　由北风井开掘及预注浆钻孑Ｌ施工揭露’ｈｌ火成　平裂隙不发育，火成岩裂隙承压水不具有强烈的平　面联系是其最大特征。其补给源应是下部或侧部的　奥灰水；④ｈｌ火成岩顶部３—５ｍ范围内，不仅构造　裂隙发育，同时，风化及溶蚀现象严重，蜂窝状溶隙　与构造裂隙复合，空隙体积较大，富水性较强烈。判　据：巷道和预注浆工程在出火成岩附近裂隙发育，钻　子Ｌ钻进中连续揭露裂隙出水。水量较大，注浆量也较　大；⑤从各种迹象分析，ｈ１火成岩裂隙承压水与上　部的大青灰岩水直接联系不大。第二期工程揭露大　青灰岩水位约＋４２ｍ。钻孔涌水量３Ｏ一５Ｏｍ３／ｈ，与　ｈ１火成岩水位和富水性存在明显差别。　６火成岩裂隙注浆效果及评价　６．１火成岩裂隙进浆情况　单个裂隙进浆情况：经掘巷证实，原迎头工作面　突水点为前方火成岩一条裂隙，宽度０．２ｍ的裂隙。　裂隙中空隙宽度１０—３０ｒａｍ，周围有黄褐色泥质、砂　质充填物，比较松散。裂隙形态呈扁豆状、透镜状。　该条裂隙最大单孔涌水量８０ｍ３／ｈ，总涌水量２００ｍ３／　ｈ以上。封堵该裂隙共施工钻孔１６个，注入水泥　３３．５６ｔ，水玻璃１．２ｔ。　预注浆段共揭露裂隙４０条，总共注入水泥　１６９．４７ｔ，水玻璃７．８ｔ。平均每条裂隙进浆４．２４ｔ／条。　涌水量超过１００ｍ３／ｈ的宽大裂隙的进浆量在６．８５　３４．２５ｔ之间，一般在１０—２０ｔ之间。　６．２裂隙注浆扩散距离殛充填效果评价　裂隙进浆以单个裂隙为主，裂隙之间少有串浆　情况。因此注浆及扩散凝固也以沿构造裂隙的二维　空间为主。裂隙进浆充填范围计算：从揭露裂隙情　况看，较大的裂隙宽度一般在１０～２０ｒａｍ，平均　１５ｍｍ；单个裂隙一般进浆量１０　２０ｔ水泥，平均１５ｔ；　每吨水泥凝固体积按１．５　计，则单个裂隙充填面　积计算为１５０ｍ２，理论充填半径约７．０ｍ。最大裂隙　注浆量３５ｔ水泥计算，理论充填半径为１０．６ｍ。　（下转第ｌ９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第１期　河北煤炭　ｌ９　测量人员分别测出正常生产时工作面风量，工作面　现以２００４年反风结果为例加以说明。从表１　瓦斯涌出情况；反风后，待风流开始倒转，立即连续　中可以看出ＣＯ相对降低７８．９５％（经过风量校正后　地测定工作面风量及瓦斯，并同时记录好两次测定　的计算值），ｃ０２相对降低６５．３６％，ｃ｝｛４相对降低　的间隔时间，直到瓦斯含量长时间不变为止。　７３．７ｌ％。　袅ｌ　反风前后瓦斯涌出量即变化情况　究其原因有以下几点：　能地阻碍了ＣＯ、ＣＨ４的涌出。　（１）煤（岩）层暴露面涌出的瓦斯量．，与暴露面　的大小和暴露的时间密切有关，同时受风压的影响。　４结论　矿井反风后，风流压力由负压变为正压，抑制了瓦斯　根据该矿多年来反风演习结果，不难发现，矿井　的涌出。　反风后的绝对瓦斯涌出量低于反风前的绝对瓦斯涌　（２）在生产过程中，煤（岩）体的破碎，瓦斯迅速　出量；反风后的瓦斯浓度低于反风前的浓度。这一　释放，其释放量随生产强度的加大而提高。矿井反　规律，为采煤工作面实行下行风预防易燃煤层采空　风演习是在停产的情况下进行的，煤（岩）未受开采　区发火提供了理论依据和现实经验。　的影响，瓦斯涌出量必然下降。　参考文献：　（３）矿井反风后，瓦斯的主要来源是采空区，采　［１】何启林，常胜秋．矿井反风时回风漉中ｉＨ气浓度变化规律【Ｊ］．　空区的瓦斯涌出量与风压变化有很大关系。这是反　东北煤炭技术．１９９ｓ（４）：４６—４８．　［２１时金磊．成庄矿反风期问瓦斯涌出规律．辽宁工程技术大学学　风后瓦斯涌出量降低的主要原因。　报．２ｏｏ５（２４卷增刊）：４—５．　另外根据统计，矿井反风前后，回风流中的ＣＯ、　ＣＯ　、ｃ｝｛４的浓度变化也很大，反风后的浓度小于反　作者简介：孙志文（１９６５一）．男，内蒙赤峰人，剐教授，呼伦　风前的浓度。特别是ＣＯ、Ｃ　的浓度相对变化更　贝尔学院工程分院从事教学工作。　大。这是因为ｃＯ、ｃ｝｛４比空气轻，有自然向上的浮　力，而反风后风流流动方向与浮力方向相反，最大可　（收稿日期：２００５～１０—１８；编辑：吕桂安）　（上接第ｌ５页）　水量不足２．０　ｍ］／ｈ，预注浆效果为９８％以上。　裂隙内浆液扩散及凝固半径：从实际进浆情况　看，宽大裂隙进浆量大，浆液扩散及凝固范围远；小　７结　论　裂隙进浆量小，扩散距离近。每组主钻孔注浆后，其　总之，在北风井注浆堵水工程施工过程中，对　他孔进浆明显降低，孔间距最大１０—１４ｍ。即宽裂隙　ｈｌ火成岩巷道１００ｍ范围内的火成岩裂隙发育、淋　浆液扩散及凝固半径应大于１０—１４ｍ。中小裂隙　水、涌水、裂隙问水力联系以及注浆进浆量、凝固效　凝，如平巷右帮开掘水仓巷道，沿４、５、６号裂隙开拓　果等情况进行了详细分析、研究，从而对ｈｌ火成岩　（钻孔涌水量５一ｌ５　ｍ３／ｈ），掘进１０ｍ来见涌水和裂　裂隙承压水有了具体认识，获得了大量水文地质资　隙出水，揭露裂隙内浆液凝固及结石情况良好，主要　料；在火成岩围岩注浆堵水施工技术、工艺等方面获　注浆孔注入水泥仅ｌ　９５ｔ，凝固半径已经达１０ｍ以　取了许多重要经验，顺利完成了课题任务．为下一步　上。　做好防治水工作打下了坚实的基础。　综上所述，单孔注浆时单个裂隙的扩散半径在　２０ｍ以上．凝固半径应在１５—２０ｍ。注浆压力３—　作者简介：唐智良（１９５３一）．男。河北冀州人，河北盒能邯矿　集团副总工程师。　５ＭＰａ，终孔压力大干７　ＭＰａ。掘进揭露注浆地段淋　（收稿日期：２００５—１２—１６；编辑：刘阐词）