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作 者
李 涛1,2,高 颖1,2,艾德春1,2,杨军伟1,2,冯 海3,薛卫锋3,赵国杰4
作者单位
1. 矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室；2. 六盘水师范学院 矿业与土木工程学院；3. 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司；4. 澄合矿业有限公司
研究背景
我国华北型煤田正逐渐向地质条件复杂的深部区域延伸,隔水层承受的水压多超过临界值,需要开展底板注浆改造工程。
底板注浆改造工程有大量的研究成果涌现。在注浆材料方面,有黏土为主的注浆材料,有水泥为主的注浆材料,局部还有高分子化学浆液为主的注浆材料。还有学者研究废弃物注浆材料。在注浆工艺方面,也有大量的科研成果。有学者研究了井上制浆、管路运输、井下连续注浆的工艺。有学者研究了定向钻区域注浆代替传统的钻孔注浆,其中孙晓宇开展了地面L型钻孔注浆改造成套技术和装备的研究,沈冰在陈四楼煤矿应用了国内研制的井下定向钻机,开展底板注浆改造工程取得了成功。在注浆参数方面,通过大量的实践工程和理论研究,得到了适宜的注浆参数。其中,王钦东结合水文地质条件分区,研究了底板注浆最优设计模式,并取得了成功。
虽然,底板注浆防水技术已有大量成功的经验,但底板水害注浆探测方面还以地球物理勘探和水位监测为主。在注浆前的地质保障尚未有系统的研究成果。特别是袁亮院士提出了“精准开采”的概念和内涵后,明确指出需要加强煤炭开采过程中相关地质保障技术的研究。该类地质保障技术的研发一方面可以提高注浆的效率,有效减少煤矿水害的发生。另一方面,可以有效控制受承压水威胁的煤炭开采成本。
笔者基于承压水体精准探测装备及配套技术的研发,结合突水优势面理论研究底板精准注浆技术,并通过实践检验该技术的合理性。
摘 要
我国华北型煤田普遍受底板承压水威胁,底板注浆改造是承压水害防治的有效途径。但注浆改造层位多为非均质的灰岩,其注浆地质条件复杂多变,使得注浆工程效率有限。
为了提高底板注浆水害防治的效率,开展基于承压水单孔放水实验的底板精准注浆研究。以渭北煤田,特别是澄合矿区董家河煤矿为研究背景。在分析研究区底板水害防治特征的基础上,结合底板精准注浆内涵,针对性研发了单孔放水实验装置及配套使用技术。在开展单孔放水实验的基础上,结合突水优势面理论提出了底板分类注浆技术。
研究结果表明:通过设置定流量控制阀,可以实现单孔放水实验,获取承压水的渗透系数K和富水系数q等参数。结合环向非完整井的设计,可以获取承压水水平方向上主要的径流方向。依据单孔放水实验获取的水文参数,结合突水优势面理论,注浆条件类型可以划分为5大类7小类,包括不富水型、Q-S曲线直线Ⅰ型、Q-S曲线直线Ⅱ型、Q-S曲线抛物线Ⅰ型、Q-S曲线抛物线Ⅱ型、Q-S曲线幂函数型、Q-S曲线对数型。
依据钻孔注浆条件的重要性,给出了每种类型钻孔的注浆工艺。通过工程实践应用,采用分类注浆技术的注浆工程提高了注浆效率,有效控制了底板水害。研究成果为华北型煤田底板承压水害信息化防治提供了新的技术和设备。
文中图片
钻孔涌水量、水压力与注浆量关系
单一钻孔放水试验仪器示意
注浆钻孔地质条件分类步骤
注浆钻孔对应的注浆工艺
钻孔分类注浆工程布置
来源：
李涛,高颖,艾德春,等. 基于承压水单孔放水实验的底板水害精准注浆防治[J]. 煤炭学报,2019,44(8):2494-2501.
LI Tao,GAO Ying,AI Dechun,et al. Floor precise grouting of prevention and control of water based on confined water single-hole drainage experiment[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(8):2494-2501.
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信息提供：郭晓炜 编辑整理：刘旸
审核：毕永华
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