煤礦水害綜合防治技術講座(已改無錯字)

　　

【正文】 1. 斷層探放水原則與探查內容 （ 1）斷層探放水原則，下列情況均必須探水： ① 采掘工作面前方有導水斷層存在，但具體位置不清或控制程度不夠。 ② 采掘工作面前方，預測有斷層存在，但具體位置和含（導）水性不清。 ③ 采掘工作面底板隔水層厚度與承受水壓都處于臨界狀態，采掘工作面影響范圍內斷層賦存情況不清。 ④ 巷道揭露或穿越斷層無突水征兆，但隔水層厚度及實際水壓接近臨界狀態。 ⑤ 井巷工程在淺部穿越斷層時已證實不含（導）水，但深部有可能突水。 ⑥ 根據井巷工程和斷層防水煤柱留設的特殊要求，必須查明的斷層。 ⑦ 采掘工作面接近推斷導水斷層 100m時，或距已知含（導）水斷層 60m。 ⑧ 采區內小斷層使煤層與強含水層的距離縮短時，含水層水壓大于 2～ 3MPa。 （ 2）斷層水探查的主要內容 ① 查明斷層位置、落差、走向、傾向、傾角，斷裂帶寬度、充填物和充填程度，斷層的導水性與富水性。 ② 查明斷層兩盤斷裂帶裂隙、巖溶發育情況、兩盤對接部位的巖層及其富水性。 ③ 查明煤層與強含水層的實際間距。 ④ 查明斷層探水孔不同深度處的水壓、水量，確定底板水在隔水層中的導升高度。 ⑤ 通過放水試驗和連通試驗查明斷層導水性、富水性以及通過斷層的側向補給水量。 2. 斷層探放水方法 ? 斷層探水方法與探老窯水方法相仿，但探水鉆孔孔數要比探老窯水少，一般為 3個孔，鉆孔布置方式按探查目的不同略有差異。 （ 1）探查工作面前方已知或預測含（導）水斷層：先布置掘進前方 1號孔，然后再打 3號孔，確定斷層走向、傾向、傾角和斷層的落差及兩盤的對接關系。 （ 2）隔水巖柱處于臨界狀態時對掘進工作面前方的探查：沿巷道掘進方向打 3個孔。 （ 3）巷道實見斷層，在采動影響后有無突水危險性的探查：一般應向下盤預計采動影響帶內打 1號孔；若無水，則還應向預計采動帶以下打 3號孔。 3. 斷層水的預防和處理 （ 1） 斷層帶不含（導）水 ? 導水水源為孔隙、裂隙水時，可直接通過，但防止塌落冒頂；若是沖積層、巖溶含水層，須先打孔疏放，證實水壓、水量不大時，再過斷層帶。 （ 2） 斷層帶弱含（導）水，有可能突水的斷裂帶 ①若水源為孔隙、裂隙含水層時，需加強支護，防止冒落。如水壓、水量較大時，應先打孔疏水降壓，然后再過斷層。 ②若是沖積層、巖溶含水層時，要超前探水，再穿過斷層帶。如隔水巖柱不足，應留設防水煤柱。 ③若為厚層強巖溶水或大型地表水體時，巷道掘進必須超前探水，回采時須留設斷層防水煤柱。 （ 3） 富含水或導水性強、突水可能性大的斷層 ① 若水源為孔隙、裂隙含水層時，回采前疏水降壓至安全值以下，并留設防水煤柱。 ② 若水源是沖積層、灰巖層含水層時，要超前探水，防止滯后突水、留防水煤柱。 ③ 若水源為厚層強含水層或大型地表水體時，應超前探水，留設斷層防水煤柱。 第三部分 煤礦注漿堵水技術 一、注漿技術的發展、現狀與研究方向 又稱為灌漿（ Grouting），它是將一定材料配制成漿液，用壓送設備將其灌入地層縫隙內使其擴散、膠凝或固化，以達到加固地層或防滲堵漏的目的。從而改善受注地層的水文地質或工程地質條件。 注漿 （ Injection Grout） 注漿技術起源于地下工程的特殊需要。 ? 1802年，法國人查理斯 貝里格尼在修理第厄普沖刷閘時，用木制沖擊筒裝置，人工錘擊方法向地層擠壓將石灰和粘土漿液加固迪普港的磚石砌體，開始了注漿施工。 ? 1824年，英國的約瑟夫 阿斯普丁研制成功硅酸鹽水泥后，一些國家開始以水泥為主要注漿材料，將注漿技術應用于建筑基礎、水壩和礦山工程中。 ? 1845年，美國沃森在一個溢洪道陡槽基礎下灌注水泥砂漿。 ? 1864年，阿里因普瑞貝硬煤礦的一個井筒第一次使用了水泥注漿法，以后又相繼在比利時、法國和德國使用了這種方法。 ? 1885年蒂金斯成功采用地面預注漿方法開鑿井筒，并取得了專利權。從此，注漿技術作為礦山工程、建筑工程中防水、加固的重要手段，先后在英國、法國、南非、美國、日本以及前蘇聯等國家得到了廣泛的應用。 ? 1884年，英國的豪斯古德在印度建橋時首次使用化學注漿并獲得成功。 ? 1887年，德國切撤爾斯基發明了硅化法并獲得專利。 ? 1909年，比利時人勒馬爾塔蒙特提出了雙液單系統的一次壓注法并獲得專利。 ? 荷蘭采礦工程師尤斯登在 1920年首次論證了化學注漿的可靠性，并創造了水玻璃－氯化鈣雙液雙系統兩次壓注法，開始了化學注漿的歷史。 ? 上世紀 50年代以后，歐美及日本等國家開展注漿材料研究，美國研制了粘度接近水、凝膠時間可任意調節的丙烯酰胺漿液（ AM— 9），接著各國分別研制出了木質素類、脲醛樹脂類、酚醛樹脂類、呋喃樹脂類、丙烯酸鹽類、聚氨脂類、環氧樹脂類、不飽和聚酯樹脂等性能各異的注漿材料。另一方面，注漿材料向超細水泥方向發展，逐步替代化學漿材，減小對環境污染和降低工程造價。砂、土層的化學注漿防滲加固技術逐步被 20世紀 70年代以后開發的高壓噴射注漿法所取代；高壓噴射注漿技術由單管（ CCP法），逐步發展為二管（雙介質）和三管（三介質：水、氣、漿）。 ? 我國 20世紀 50年代初在煤炭、水電、鐵路等行業中，利用注漿法治理水害，才填補了舊中國在注漿技術方面的空白。 ? 20世紀 60年代以后，煤炭行業的注漿技術得到快速發展。注漿材料由單液水泥漿發展到 CS雙漿，即水泥 ─水玻璃漿液。 ? 1964年我國研制成功 MG— 646新型化學漿液， 1967年研制成功水泥一水玻璃雙液注漿法， 70年代研制成功聚氨酯化學注漿材料。近年來又開發了以粘土為主劑的CL─C型粘土水泥漿，降低了注漿成本。 ? 注漿材料的發展，促進了注漿設備和機具的研制，相繼出現了一系列高性能專用注漿泵，高精度的陀螺定向測斜儀，高效的凍注鉆機， KWS型止漿塞等。 注漿方法分類； 1．按注漿材料的不同分類： 化學注漿、水泥注漿、粘土類注漿 2．按漿液的混合方式分類： 單液單系統法、雙液單系統法 同步注入型雙液雙系統法、交替注入雙液雙系統法 3．按注漿的施工時間分類： 預注漿、后注漿。 4．按注漿的目的不同分類： 加固注漿、堵水防滲注漿、置換注漿 5．按漿液的滲透方式為類： 充填注漿、滲透注漿、擠密注漿和劈裂注漿 6．按注漿管形式進行分類： 鉆桿法、花管法、雙層管雙栓塞法、同步注入法、高壓噴射攪拌法 二、注漿材料 （一）注漿材料及其特點 ? 注漿材料配制和作用一般包括三個階段： 原 材 料 配制 漿液 形成 結石 體 加入水或 其他溶劑 化學反應或 物理反應 結石體用于充填、堵塞地層中的裂隙或孔隙，起到堵水和加固的作用。 原材料包括主劑和助劑，助劑根據其在漿液中的作用，分為固化劑、催化劑、速凝劑及懸浮劑等 理想的注漿材料，應滿足以下要求： ① 漿液粘度低，流動性好，可注性好，能夠進入細小隙縫和粉細砂層； ② 漿液凝固時間可以在寬域時間內任意調節，并能人為地加以準確控制； ③ 漿液的穩定性好。常溫、常壓下存放一定時間不改變其基本性質，不發生強烈的化學反應； ④ 漿液無毒、無臭，不污染環境，對人體無害，屬非易燃、易爆物品； ⑤ 漿液對注漿設備、管路、混凝土建筑物及橡膠制品無腐蝕性，并且容易清洗； ⑥ 漿液固化時，無收縮現象，固化后有一定的粘結性，能牢固地與巖石、混凝土及砂子粘結； ⑦ 漿液結石率高，結石體有一定的抗壓強度和抗拉強度，不龜裂，抗滲性好； ⑧ 結石體應具有良好的耐老化特性和耐久性，能長期耐酸、堿、鹽、生物菌等腐蝕，并且其溫度、濕度特性與被注體相協調； ⑨ 注漿后材料顆粒應有一定的細度，以滿足注漿效果，但顆粒越細，漿液成本也就越高； ⑩ 漿液配制方便，操作簡單，原材料來源豐富，價格合理，能大規模使用。 按漿材料主劑性質分為兩大系列： （二）注漿材料的分類 無機系列 ? 單液水泥類漿液 ? 水泥粘土類漿液 ? 可控域粘土固化漿液 ? 高水速凝材料漿液 ? 水泥 水玻璃類漿液 ? 水玻璃類漿液 有機系列 ? 丙烯酰胺類漿液 ? 木質素類漿液 ? 脲醛樹酯類漿液 ? 聚胺酯類漿液 ? 其他有機類漿液 1. 單液水泥類漿液 （三）無機系列注漿材料 以水泥為主包括添加一定量的附加劑，用水配制成漿液，采用單液方式注入巖土層，這樣的漿液稱為單液水泥漿。 單液水泥漿 系指是指能改善水泥漿液性能的速凝劑、早強劑、塑化劑、懸浮劑等。 附加劑 水泥漿的基本性能 （ 1）純水泥漿 ? 不包括附加劑，只有水泥和水調制而成的漿液，隨著水灰比的增大，水泥漿的粘度、密度、結石率、抗壓強度等有十分明顯的降低，初凝、終凝時間逐漸延長。 （ 2）附加劑 ①水泥速凝劑 ? 能縮短水泥凝固時間的化學藥劑。我國速凝劑種類很多，如 “ 711”型、紅星一型、陽泉一型、氯化鈣、蘇打、水玻璃、碳酸鉀、硫酸納等。水泥漿中加入氯化鈣或水玻璃均有顯著速凝作用。 ② 水泥的速凝早強劑 ? 水泥的速凝早強劑是復合附加劑，如水玻璃、三乙醇胺加氯化鈉、三異丙醇胺加氯化鈉及二水石膏加氯化鈣等。一般情況下，速凝早強劑用量為：三乙醇胺（或三異丙醇胺）占水泥用雖 ％～ ％，氯化鈉占水泥用量 ％～ ％。 ③ 水泥的分散劑和懸浮劑 ? 單液水泥漿易沉淀析水，需發加入懸浮劑。為了降低水泥漿的粘度，提高漿液的流動性，增加漿液的可注性，往往要加入分散劑。 ④ 水泥的其他附加劑 ? 亞硫酸鹽、紙漿廢液、食糖、硫化鈉等屬于塑化劑，而膨潤土、高塑粘土屬于懸浮劑。為滿足注漿工程的特殊需要，水泥需添加一些其他附加劑，如緩凝劑、流動劑、加氣劑、膨脹劑、防析水劑等。 水灰比 附加劑 初凝時間 終凝時間 抗壓強度 / 名稱 用量 /% 1d 2d 7d 28d 1∶ 1 0 0 14h15min 25h00min 8 16 59 92 1∶ 1 水玻璃 3 7h20min 14h30min 10 18 55 — 1∶ 1 氯化鈣 2 7h10min 15h04min 10 19 61 95 1∶ 1 氯化鈣 3 6h50min 13h08min 11 20 65 98 單液水泥漿的特點 ① 水泥作為注漿材料，來源豐富，價格低廉； ② 漿液結石體強度高，抗滲性能好； ③ 采用單液方式注入，工藝及設備簡單，操作方便； ④ 由于水泥是顆粒材料，可注性差，難以注入中細粉砂層及細裂隙巖層； ⑤ 水泥漿液初、終凝時間長，不能準確控制，容易流失，易沉淀析水、強度增長慢、結石率低、穩定性較差等缺點。 超細水泥漿液 超細水泥漿液的特性： 1）同樣水灰比超細水泥漿液粘度比普通水泥和膠體水泥漿液粘度低、穩定性好。 2）超細水泥顆粒有較高的化學活性，能較好地凝結硬化，獲得高早期和后期強度；齡期 3天的超細水泥結石體抗壓強度不低于 20MPa，28天可達 30MPa以上（ W/C=）。 3）超細水泥漿液凝結時間的確定可用摻入硅酸鈉的方法在 45～ 150s的范圍內調解。 4）超細水泥具有可調的膨脹率，容易使結石體充滿整個裂隙，使其界面結合得十分嚴密，大大提高了其抗滲能力。 濕磨超細水泥 濕磨水泥制漿方法（簡稱 WMC）： ? 濕磨超細水泥是對水灰比為 1： 1的普通水泥的漿液再予以磨細 15min，所達到的平均粒徑為 4～ 10μm ，比表面積達到 7000～10000cm2/g，析水率只是普通水泥漿液的5％左右，可以在磨細操作的同時進行注漿。 膏狀水泥漿液 ?膏狀水泥漿液 是普通水泥漿液、膨潤土和附加劑經過高速攪拌而成的。 ?它的水灰比低，為 ～ 。這種稠漿 2小時內的析水率不超過 5％。在壓力作用下，水分不會被擠出，并且在注漿過程中有觸變性。具有高穩定性，能夠較為飽滿地充填裂隙，結石體的強度高，抗化學溶蝕的能力強。 2. 類漿液水泥粘土 水泥粘土類漿液的性能 粘土用量對漿液性能的影響 水灰比 粘土用量 /占水泥 % 粘度 / 103Pas 密度 /g/cm3 凝膠時間 結石率 /% 抗壓強度 /MPa 初凝 終凝 3d 9d 14d 28d ∶ 1 5 滴流 2h42min 5h52min 99 － ∶ 1 5 40 7h50min 13h1min 93 1∶ 1 5 19 8h30min 14h30min 87 ∶ 1 5 11h5 min 23h50min 66 2∶ 1 5 13h53min 51h52min 57 ∶ 1 10 不流動 － 2h24min 5h29min 100 － － － ∶ 1 10 65 5h15min 9h38min 99 － 1∶ 1 10 21 7h24min 14