CN106050185B - 一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，1)对回采工作面附近底板岩层进行探测；2)由工作面超前顺槽底板打钻孔a，并下套管A；3)由工作面超前顺槽底板打钻孔b，并下套管B；4)通过套管A排水，通过套管B注浆堵水；5)在排水、注浆堵水的同时，监测套管A排水处水压力变化，适时停止套管B的注浆；6)套管A改接注浆泵，高压注入注浆堵水材料；7)套管A反浆稳定时，套管A注浆停止；8)在顺槽钻孔a、b中心点附近前后左右四处，打钻孔c、d、e、f；9)对钻孔注入注浆固化材料。本发明沿着“降压封堵、加固防控”的思路，为深部矿井开采底板突水灾害进行有效防控，并为断层导水突水防治提供一种有效思路。

Description

一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法

技术领域

本发明涉及煤矿防治水技术领域，更具体的涉及一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法。

背景技术

矿井突水事故的发生轻者使突水工作面关闭停产，造成矿井接续紧张，矿井排水费用急增，严重影响矿井正常生产；重者可能会造成淹井事故，危及国家财产和人民生命安全。据统计，煤矿底板突水80％左右是由于断层引起，因此，研究由于断层引发的底板突水问题的防治技术方法，对于煤矿安全具有十分重要的意义。

含断层的底板发生突水，主要是由于采动导致底板破坏带裂隙发育、贯通，形成突水通道，沟通到导水断层导致灾害发生。尤其是在深部开采，采场围岩具有高地应力，支承压力增加更为显著，加剧了采场底板原有裂隙和结构面的扩展、错动及贯通，加大了完整岩石带新裂隙产生的数量和范围，使得突水通道的形成具有瞬时性、复杂性。同时，深部承压水水压增大，甚至达十几兆帕(如豫中矿区马陵山矿)，高承压水影响作用加剧了底板的破坏、加速了突水通道的形成，均使得断层底板突水表现出突水灾变的瞬时性、差异性。这些问题的集中表现，导致断层底板突水防治困难加大，给断层底板突水防治带来了新的挑战。

目前，针对煤矿底板突水问题，采用的主要防治技术有底板隔水层加固等措施。针对底板隔水层加固方面，主要采用注浆加固的方法。本身底板隔水层注浆加固技术的施工难度较大，操作中不易掌控，效果也难以把握。尤其进入煤矿深部开采，更是存在以下几方面的不足：

1、深部围岩地质条件复杂。深部围岩地质条件存在多变性，所需注浆压力增大，如有不当，则注浆难以充分充满裂隙，且深部岩体具有高应力，即使注浆加固完毕后，又容易在应力作用下再产生新的节理裂隙，并互相贯通。

2、高岩溶水压大，导水断层引发灾变后突水具有瞬时性、突发性，水压大、水量大，单纯注浆加固无法实施，必须采用“降压封堵”的思路。

3、传统的注浆加固技术，往往只是针对底板隔水层，面对地质构造，尤其是断层导水后裂隙沟通突水，注浆后因为未能有效控制源头，容易再次产生其他突水路径，造成效果不理想。

发明内容

本发明的目的提供一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，旨在解决深部煤矿开采底板受断层影响发生突水的防治问题。

本发明是这样来实现的，一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，包括如下步骤：

1)对回采工作面附近底板岩层进行探测；

2)由工作面超前顺槽底板打钻孔a，并下套管A；

3)由工作面超前顺槽底板打钻孔b，并下套管B；

4)利用排水泵通过套管A往外排水，注浆泵通过套管B将注浆堵水材料高压打入断层裂隙带进行注浆堵水；

5)在进行步骤4)排水、注浆堵水的同时，监测套管A排水处水压力变化，当套管A排水压力增大而后趋于稳定，且套管B反浆稳定时，停止套管B的注浆工作；

6)套管A改接注浆泵，高压注入注浆堵水材料；

7)套管A反浆稳定时，停止套管A的注浆工作；

8)在顺槽钻孔a、b中心点附近前、后、左、右四处，打钻孔c、d、e、f；

9)对钻孔a、b、c、d、e、f注入注浆固化材料。

本发明的特点还在于，在步骤1)中，利用瞬变电磁、地质雷达物探手段对回采工作面附近底板岩层进行探测，探明断层地质构造位置特征、底板破坏带范围，监测分析出底板破坏带与断层地质构造沟通的突水通道路径空间位置。

本发明的特点还在于，钻孔a是由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入底板破坏带与断层沟通处下方6-13m处，套管A的一端导入断层，另一端接软管连接排水泵，套管A开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％。

本发明的特点还在于，钻孔b是由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入裂隙与断层沟通处，套管B一端导入断层，另一端接软管连接注浆泵，套管B开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％。

本发明的特点还在于，所述钻孔a的孔径开始为12cm，钻孔a过底板破坏带后孔径减小为10cm；所述钻孔b的孔径开始为12cm，钻孔b过底板破坏带后孔径减小为10cm；所述套管A、B均为无缝钢管。

本发明的特点还在于，钻孔c、d、e、f延伸方向与a、b孔相同，孔深为钻孔a、b孔深的40％～70％。

本发明的特点还在于，所述注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1∶硅灰1～1.3∶水玻璃0.25～0.5∶氯化钙0.80～1.1∶钠盐速凝剂0.1～0.2∶聚氧化乙烯0.01～0.03∶水3～4.2。

本发明的特点还在于，所述注浆固化材料的原料组成及质量比为：水泥1∶粉煤灰1～1.8∶水玻璃0.15～0.35∶聚氨酯0.08～0.2∶液压油0.06～0.15∶水2.3～3.5。

本发明的特点还在于，在步骤4)中，注浆堵水时的注浆压力为监测水压的2-3倍。

本发明的特点还在于，在步骤6)中，注入注浆堵水材料的压力为监测水压的3-5倍。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，能够解决深部煤矿开采底板受断层影响发生突水的防治问题，本发明沿着“降压封堵、加固防控”的思路，为深部矿井开采底板突水灾害进行有效防控，并为断层导水突水防治提供了一种有效思路。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，用于煤矿开采底板断层附近突水通道的封堵。当煤矿开采时，底板裂隙带沟通至导水断层形成突水通道，工作面或采空区出现突水点时，采用本发明进行底板突水的防治，具体包括如下步骤：

1)对回采工作面附近底板岩层进行探测：

利用瞬变电磁、地质雷达物探手段对回采工作面附近底板岩层进行探测，探明断层地质构造位置特征、底板破坏带范围，监测分析出底板破坏带与断层地质构造沟通的突水通道路径空间位置。

2)由工作面超前顺槽底板打钻孔a，并下套管A；

钻孔是a由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入底板破坏带与断层沟通处下方6-13m处，钻孔a的孔径开始为12cm，钻孔a过底板破坏带后孔径减小为10cm；套管A为无缝钢管，套管A一端导入断层，另一端接软管连接排水泵，套管A开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％，套管外径尺寸随钻孔孔径相应变化。

3)由工作面超前顺槽底板打钻孔b，并下套管B：

钻孔b是由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入裂隙与断层沟通处，钻孔b的孔径开始为12cm，钻孔b过底板破坏带后孔径减小为10cm；套管B为无缝钢管，套管B一端导入断层，另一端接软管连接注浆泵，套管B开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％，套管外径尺寸随钻孔孔径相应变化。

4)水泵通过套管A开始工作往外排水，注浆泵通过套管B将注浆堵水材料高压打入断层裂隙带进行注浆堵水，注浆堵水时的注浆压力为监测水压的2-3倍；

5)进行步骤4)排水、注浆堵水的同时，监测套管A排水处水压力变化，当套管A排水压力增大而后趋于稳定，且套管B反浆稳定时，停止套管B的注浆工作；

6)套管A改接注浆泵，高压注入注浆堵水材料，注入注浆堵水材料的压力为监测水压的3-5倍；

7)套管A反浆稳定时，停止套管A的注浆工作；

8)在顺槽钻孔a、b中心点附近前、后、左、右四处，打钻孔c、d、e、f：

钻孔c、d、e、f延伸方向与a、b孔相同，孔深为钻孔a、b孔深的40％～70％。

9)对钻孔a、b、c、d、e、f注入注浆固化材料：

本发明实施例所用注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1：硅灰1.2：水玻璃0.3：氯化钙1：钠盐速凝剂0.16：聚氧化乙烯0.02：水4。该注浆堵水材料的制备方法是：按照比例将各原料备好，将水泥、硅灰、氯化钙搅拌混合，然后向所得混合物加水搅拌成浆液，再将浓度为二十波美度的水玻璃与钠盐速凝剂、聚氧化乙烯按比例混合均匀作为调节剂加入到浆液中，混合均匀即得。

本发明实施例所用注浆固化材料的原料组成及质量比为：水泥1∶粉煤灰1.5∶水玻璃0.2∶聚氨酯0.15∶液压油0.1∶水3.5。该注浆固化材料的制备方法是：按照比例将各原料备好，将水泥、粉煤灰搅拌混合，然后向所得混合物加水搅拌成浆液，再将备好的浓度为十五波美度的水玻璃与聚氨酯、液压油按比例混合均匀作为调节剂加入到浆液中，混合均匀即得。

套管A与钻孔a之间以及套管B与钻孔b之间留有微缝隙，能够方便在封孔过程中封堵材料沿着微缝隙进行延伸扩散，将整个钻孔全过程彻底固结加固，杜绝钻孔形成新的突水通道的可能。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例所用注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1∶硅灰1∶水玻璃0.5∶氯化钙0.80∶钠盐速凝剂0.2∶聚氧化乙烯0.01∶水3。

本发明实施例所用注浆固化材料的原料组成及质量比为∶水泥1∶粉煤灰1∶水玻璃0.35∶聚氨酯0.2∶液压油0.07∶水2.8。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例所用注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1∶硅灰1.3∶水玻璃0.4∶氯化钙1.1∶钠盐速凝剂0.1∶聚氧化乙烯0.03∶水4.2。本实施例所用注浆固化材料的原料组成及质量比为∶水泥1∶粉煤灰1.8∶水玻璃0.15∶聚氨酯0.08∶液压油0.15∶水2.3。

实施例4

与实施例1不同的是，本实施例所用注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1∶硅灰1.2∶水玻璃0.25∶氯化钙0.90∶钠盐速凝剂0.15∶聚氧化乙烯0.02∶水3.5。本实施例所用注浆固化材料的原料组成及质量比为：水泥1∶粉煤灰1.2∶水玻璃0.28∶聚氨酯0.12∶液压油0.06∶水3。

本发明所用注浆堵水材料初期遇水后不易分散，初凝时间大约3min，且初期具有一定的流动性，最终抗压强度能达到25Mpa，有效弥补了现行井下承压水封堵注浆堵水材料的不足。

本发明所用注浆固化材料成本较低，流动性较好，能够充分注入岩体裂隙，一定时间后膨胀性较强、强度大，能够有效固化岩体达到有效隔水的目的，可广泛应用与煤矿井下、隧道地铁、坝站等裂隙封堵岩体固化治理工程中。

本发明实施例提供的煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，对钻孔a、b下套管，是为了防止在排水降压与封堵突水路径过程中造成进一步对底板的破坏，避免产生新的裂隙或突水路径。在本发明实施例中，使用了不同组成的注浆堵水材料及注浆固化材料，在防治水过程中作用不同，要求不同，配合本发明的步骤实施，能够达到更好的实施效果，注浆堵水材料具有速凝，初凝时间短，强度要求高的优点，注浆固化材料具有良好的流动性，且高膨胀性能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对回采工作面附近底板岩层进行探测；

2)由工作面超前顺槽底板打钻孔a，并下套管A；

3)由工作面超前顺槽底板打钻孔b，并下套管B；

4)利用排水泵通过套管A往外排水，注浆泵通过套管B将注浆堵水材料高压打入断层裂隙带进行注浆堵水；

5)在进行步骤4)排水、注浆堵水的同时，监测套管A排水处水压力变化，当套管A排水压力增大而后趋于稳定，且套管B反浆稳定时，停止套管B的注浆工作；

6)套管A改接注浆泵，高压注入注浆堵水材料；

7)套管A反浆稳定时，停止套管A的注浆工作；

8)在顺槽钻孔a、b中心点附近前、后、左、右四处，打钻孔c、d、e、f；

9)对钻孔a、b、c、d、e、f注入注浆固化材料。

2.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，在步骤1)中，利用瞬变电磁、地质雷达物探手段对回采工作面附近底板岩层进行探测，探明断层地质构造位置特征、底板破坏带范围，监测分析出底板破坏带与断层地质构造沟通的突水通道路径空间位置。

3.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，钻孔a是由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入底板破坏带与断层沟通处下方6-13m处，套管A的一端导入断层，另一端接软管连接排水泵，套管A开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％。

4.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，钻孔b是由工作面超前顺槽底板沿断层走向打入裂隙与断层沟通处，套管B一端导入断层，另一端接软管连接注浆泵，套管B开口处距底板钻孔2m的距离，套管外径为钻孔孔径的80％～90％。

5.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，所述钻孔a的孔径开始为12cm，钻孔a过底板破坏带后孔径减小为10cm；所述钻孔b的孔径开始为12cm，钻孔b过底板破坏带后孔径减小为10cm；所述套管A、B均为无缝钢管。

6.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，钻孔c、d、e、f延伸方向与a、b孔相同，孔深为钻孔a、b孔深的40％～70％。

7.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注浆堵水材料的原料组成及质量比为：水泥1∶硅灰1～1.3∶水玻璃0.25～0.5∶氯化钙0.80～1.1∶钠盐速凝剂0.1～0.2∶聚氧化乙烯0.01～0.03∶水3～4.2。

8.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注浆固化材料的原料组成及质量比为：水泥1∶粉煤灰1～1.8∶水玻璃0.15～0.35∶聚氨酯0.08～0.2∶液压油0.06～0.15∶水2.3～3.5。

9.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，在步骤4)中，注浆堵水时的注浆压力为监测水压的2-3倍。

10.如权利要求1所述的一种煤矿开采底板遇断层产生突水通道的防治方法，其特征在于，在步骤6)中，注入注浆堵水材料的压力为监测水压的3-5倍。