粘土水泥浆在葛泉矿东井9煤底板及本溪灰岩注浆堵水可hovg.docx

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1、粘土水泥泥浆在葛泉矿矿东井99煤底板板及本溪溪灰岩注注浆改造造可行性性报告北京中煤煤矿山工工程有限限公司煤炭科学学研究总总院北京京建井研研究分院院二八八年八月十二二日59粘土水泥泥浆在葛葛泉矿东东井9煤底板板及本溪溪灰岩注浆改造造可行性性报告编写：王王正胜 宋雪飞飞 袁辉审核： 高岗岗荣徐润北京中煤煤矿山工工程有限限公司煤炭科学学研究总总院北京京建井研研究分院院二八八年八月十二二日目 录目 录II前言11 矿井井概况222 葛泉泉矿井地地质、水水文地质质条件222.1 地质地地层22.2 水文地地质条件件42.3 构造662.4 煤层772.5 隔水层层分析883 矿井井水害历历史与现现状94

2、注浆改改造的现现实意义义95 注浆浆站规划划105.1 土建工工程1005.2 粘土上上料造浆浆系统1115.3 射流造造浆系统统125.4 注浆系系统1225.5 供水系系统1335.6 供电系系统1336 CLL-C注注浆材料料研究1136.1 CL-C浆液液发展历历史简介介136.2 CL-C浆液液堵水机机理1446.2.1粘土土水泥浆浆的时间间稳定性性和耐久久性1446.2.2 粘粘土水泥泥浆的可可注性和和流变性性146.2.3 粘粘土水泥泥浆的凝凝结性1156.3 CL-C浆液液性能研研究1666.3.1 CCL-CC浆液用用土分析析166.3.2 浆浆液不同同配比条条件下比比重、粘

3、粘度、析析水率的的实验研研究1886.3.3 不不同配比比条件下下浆体塑塑性强度度的实验验研究1196.3.4 正正交试验验结果分分析2006.4 CL-C浆液液的特点点217 工业业性试验验217.1 注浆孔孔的布置置217.2 注浆机机具2557.3 注浆工工艺2557.3.1 注注浆材料料267.3.2 浆浆液比重重277.3.3 注注浆段长长277.3.4 注注浆量和和注浆终终压2887.3.5 注注浆方式式297.3.6 注注浆结束束压力标标准2997.3.7 注注浆质量量的检查查297.4 注浆成成果2997.4.1 注注浆孔参参数2997.4.2 注注浆成果果分析2297.5 注

4、浆效效果对比比327.6 粘土水水泥浆、单单液水泥泥浆的适适应性3338 粘土土水泥浆浆注浆经经济效益益分析3338.1 粘土水水泥浆与与单液水水泥浆每每立方浆浆液用原原料成本本对比3338.2 注浆工工期效益益349结论335粘土水泥泥浆在葛泉矿矿东井99煤底板板及本溪溪灰岩注浆改造造可行性性报告前言葛泉矿东东井是葛泉井井田下组组煤试采采区矿井井，20007年年2月88日建成成投产，设计年生产能力30万吨，主采9#煤。9#煤底板至本溪灰岩间距平均20m左右，底板岩层裂隙发育程度较高，本溪灰岩承压水在局部地段存在原始导升高度，底板裂隙密集发育段可直接到9#煤底板。存在本溪灰岩水沿导水裂隙上升突

5、破9#煤层底板，造成井巷突水危害。另据探查钻孔资料显示，本溪灰岩单孔涌水量均大于50m3/h，并且疏放效果很不明显；工作面上段个别钻孔钻进至本溪灰岩含水层顶部有发生掉钻、涌水量猛增现象，单孔涌水量最大可达200m3/h（孔径75mm）；本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层水位一致，并且从水质化验资料来看，部分钻孔本溪灰岩水质已呈奥灰水质特征，可见，本溪灰岩水与奥灰水之间有一定的水力联系，所以为了矿井的安全生产、煤层的顺利开采，对9#煤层底板以及本溪灰岩含水层进行注浆改造工作刻不容缓，势在必行。基于本矿矿井注浆浆改造工作作的必要要性和重重要性以以及试采采区水文文地质条条件的复复杂性，在前期试采过程中

6、采用了注浆加固9#煤底板及9#煤下伏本溪灰岩含水层注浆堵水防治技术措施，并进行带压开采。从2006年初，葛泉矿东井便开始进行煤层底板水泥浆注浆改造工程，到目前为止已成功加固了1192、1190、1194三个回采工作面，并全部回采完毕。前期注浆工程主要使用单液水泥浆，总注入水泥3.2万吨，采出原煤63万吨。但是注浆水泥用量大、成本高。为了降低注浆改造成本、取得更好的注浆改造效果，近阶段葛泉矿对东井部分9#煤层底板以及本溪灰岩含水层采用了粘土水泥浆（CL-C浆液）进行注浆改造试验。工业性试验证明，CL-C浆液成本低、悬浮性好、浆液扩散距离大，注浆堵水效果较好。所以，粘土水泥浆作为葛泉矿东井开采下组

7、煤底板及下伏本溪灰岩注浆改造材料是完全可行的。1 矿井井概况葛泉矿井井位于沙沙河市下下解村附附近，东东距京广广铁路褡褡裢站110kmm，北距距邢台市市约188km。本本矿井铁铁路专用用线与京京广铁路路相通，公公路交通通四通八八达，交交通相当当便利。葛泉矿东井为葛泉矿井田的一部分，位于葛泉井田南翼，处于大油村向斜内，F13断层以北，北以F12-1断层及9#煤露头线为界，南以F13断层为界，西以F6、F12-1为界，东以9#煤层露头线为界，走向长约2200m，倾斜宽约1900m，面积3.8km2，葛泉矿东井位于西油村、大油村一带，距葛泉矿约2.5km。为葛泉矿下组煤试采区，开采水平为-150m，主

8、采9#煤，设计生产能力为30万吨/年，矿井服务年限为18年。20044年3月月5日葛葛泉矿东东井建设设项目正正式开工工，20006年年8月11日成立立葛泉矿矿东井，2006年9月1日开始联合试运转，2007年2月8日投产。目前葛泉矿东井已回采1192、1190与1194三个工作面。2 葛泉泉矿井地地质、水水文地质质条件2.1 地质地地层葛泉井田田地表全全为新生生界地层层所覆盖盖，根据据钻孔及及井巷揭揭露，井井田内发发育的地地层自老老至新依依次为奥奥陶系中中统马组组与峰峰峰组；石炭系系中统本本溪组、上上统太原原组；二叠系系下统山山西组、下下石盒子子组，上上统上石石盒子组组以及第第四系。现现分组叙

9、叙述如下下： 奥陶陶系（OO） 奥陶系中中统下马马家沟组组（O22x）下段（OO21x）：厚厚7117m，一般般12m左右。岩岩性为薄薄层钙质质页岩，俗俗称“贾旺页页岩”。中段（OO22x）：厚厚1778mm，平均均47.5m。为角角砾状含含白云质质灰岩和和泥质角角砾状灰灰岩。下下部为中中厚层状状角砾岩岩，夹薄薄层泥质质灰岩，角角砾成分分为灰岩岩和白云云岩；上上部为角角砾状泥泥质灰岩岩、薄层层状白云云质灰岩岩，夹有有隐晶质质灰岩。上段（OO23x）：厚厚751100m，平均均95m。下部部为灰岩岩与角砾砾状白云云质灰岩岩，局部部夹薄层层泥岩；中部为为粉红色色花斑状状灰岩，俗俗称“云雾灰灰岩”；

10、上部部为厚层层状致密密灰岩，含含石膏、石石盐晶体体。 奥陶系中中统上马马家沟组组（O22s）下段（OO21s）：厚厚1780mm，一般般35.1m。下部部为黄绿绿色钙质质泥岩风风化后呈呈竹叶状状；上部部为含角角砾白云云质灰岩岩，薄层层泥灰岩岩，在闪闪长岩体体影响的的地段，有有结晶灰灰岩与大大理岩。中段（OO22s）：厚厚59.391022.066m，一般般73.82mm。中下下部为厚厚层状花花斑灰岩岩，夹112层层角砾灰灰岩；中中上部为为白云质质灰岩与与白云岩岩，夹薄薄层灰岩岩；顶部部为深灰灰色中厚厚层状纯纯灰岩。上段（OO23s）：厚厚76.5591.00mm，一般般83.78mm。底部部为

11、角砾砾状灰岩岩砾径在在0.552.0；中部为为厚层状状灰岩；上部为为深灰色色纯灰岩岩与白云云岩互层层。 奥陶系中中统峰峰峰组（OO2f）下段（OO21f）：厚厚66.8182.63mm，一般般75.63mm。岩性性为厚层层状结晶晶灰岩，具具花斑结结构，局局部夹泥泥灰岩，底底部为角角砾灰岩岩，中上上部局部部可见石石膏、石石盐晶体体。上段（OO22f）：厚厚18.6235.87mm，一般般28.67mm。主要要为白云云质角砾砾状灰岩岩，夹稿稿纹状灰灰岩及泥泥质灰岩岩。 石炭炭系（CC） 石炭系中中统本溪溪组（CC2b）该组地层层厚9.7633.94mm，平均均厚222.888m。岩性性主要由由深灰

12、色色泥岩、粉粉砂岩及及石灰岩岩组成，夹夹不稳定定薄煤层层（100#煤层）及及薄层中中细粒砂砂岩。泥泥质富含含铝质，具具鲕状结结构，在在本溪组组灰岩下下形成GG层铝土土岩。泥泥岩、粉粉砂岩富富含菱铁铁矿结核核与微晶晶。石灰灰岩含蜓蜓科动物物化石。本本组与峰峰峰组为为平行不不整合接接触。 石炭系上上统太原原组（CC2t）该组地层层厚1330.2281181.00mm，平均均厚1553.774m。为一一套海陆陆交互相相沉积，是是井田主主要含煤煤地层之之一。本本层岩性性主要为为灰色粉粉砂岩、中中细粒砂砂岩、石石灰岩及及煤层组组成，发发育灰岩岩466层。底底部中砂砂岩是太太原组与与本溪组组的分界界，以整

13、整合接触触关系沉沉积于本本溪组之之上。本本层富含含黄铁矿矿、菱铁铁矿及动动植物化化石。 二叠叠系（PP） 二叠系下下统山西西组（PP1s）该组地层层厚444.100877.655m，平均均厚599.533m。为过过度相碎碎屑沉积积，是井井田又一一主要含含煤地层层。岩性性由灰色色中细砂砂岩、粉粉砂岩和和煤组成成。砂岩岩和粉砂砂岩中夹夹鳞木、芦芦木、苛苛达松、羊羊齿类等等植物化化石。中中下部含含煤24层。上上界为下下石盒子子组底部部的“骆驼脖脖”。本层层与下伏伏太原组组地层为为整合接接触。 二叠系下下统下石石盒子组组（P11x）该组地层层厚1669.6621191.12mm，平均均厚1883.77

14、6m。为陆陆相沉积积，岩性性由泥岩岩、粉砂砂岩和中中细粒砂砂岩组成成。中部部偏下部部在两层层中粗砂砂岩之间间夹一层层铝土岩岩，最下下部一层层砂岩通通称“骆驼脖脖”砂岩，呈呈灰色，含含云母片片及泥质质包体，全全区普遍遍发育，是是一辅助助对比标标志。该该层顶界界为一层层沉积稳稳定的富富含菱铁铁质鲕状状及豆状状铝土质质泥岩，俗俗称“桃花”泥岩，是是下石盒盒子组与与上石盒盒子组的的分界层层。与下下伏山西西组呈整整合接触触。 二叠系上上统上石石盒子组组（P22S）该组平均均厚2660m。为陆陆相沉积积，岩性性由粉砂砂岩及砂砂岩组成成，夹数数层中细细砂岩和和铝土质质泥岩。 第四四系（QQ）覆盖于各各时代地

15、地层之上上，与各各地层呈呈角度不不整合接接触关系系。 下更新统统（Q11）该层厚115.1101164.82mm，一般般厚455m左右。为为间冰期期堆积物物，又称称底部冰冰渍卵砾砾层，卵卵砾石直直径0.011.00m，几乎乎全部为为震旦系系肉红色色石英砂砂岩，在在卵砾之之间充填填有紫红红色粘土土砂质。 中更新统统（Q22）该层厚334885m。底部部由数层层含细砾砾中粗砂砂组成，砂砂层之间间夹薄层层状、透透镜状砂砂质粘土土。其上上为又一一间冰期期形成的的砾石、卵卵石层。 上更新统统（Q33）厚度不一一，且不不连续，为为坡、洪洪、冲积积物，岩岩性由粘粘土、粉粉砂、卵卵砾石等等组成，为为中更新新统

16、沉积积的改造造物。 全新统（QQ4）厚度400m左右，为为现代河河床卵、砾砾石层及及风成沙沙丘。卵卵砾石成成分复杂杂，除震震旦系石石英砂岩岩以外，还还有各色色片麻岩岩、各种种岩浆及及脉岩，粒粒间充填填混粒少少。主要要分布在在沙河及及河床及及其南岸岸各大冲冲沟底部部，沙丘丘分布在在沙河南南岸的阶阶地上。2.2 水文地质质条件在区域水水文地质质单元分分区上，葛葛泉矿位位于百泉泉奥灰岩岩溶水文文地质单单元南部部迳流区区的沙河河-邢台-百泉迳迳流带和和高店村村-张宽-百泉迳迳流带之之间的相相对强迳流地带带。 东井对煤煤层开采采有影响响的含水水层主要要是大青青灰岩、本本溪灰岩岩以及奥奥灰含水水层，现现根

17、据井井巷开拓拓过程中中所表现现出的特特征叙述述如下。（一）大大青灰岩岩裂隙岩岩溶承压压含水层层大青灰岩岩平均厚厚度5.3m。通过东井井石门掘掘进阶段段大青灰灰岩水预预疏放工程程，石门门穿过大大青灰岩岩含水层层时，水水位降低低到-1500m水平，目前涌水水量稳定定在1000m33/h左左右，说说明该含含水层富富水性中中等。同同时在疏疏放过程程中，不不同位置置、结构构相同的的放水孔孔涌水量量差异很很大，因因此可以以判断本本区大青青灰岩含含水层富富水性很很不均匀匀。在88#、9#煤层之之间夹矸矸厚度较较小的巷巷段，大大青灰岩岩为8#、9#煤层合合层的直直接顶板板，大青青灰岩水水以顶板板淋水的的形式向

18、向掘巷充充水。随随着工作作面巷道道向浅部部掘进，88#、9#煤层之之间砂质质泥岩夹夹层厚度度越来越越大，大大青灰岩岩含水层层与9#煤顶板板之间距距离在88177m，工工作面回回采过程程中，大大青灰岩岩仍然处处于冒落落导水裂裂隙带范范围之内内，将以以顶板淋淋水的形形式对工工作面充充水。（二）本本溪灰岩岩裂隙岩岩溶承压压含水层层东井区本本溪灰岩岩平均厚厚度7.5m，井下钻探探揭露区区平均厚厚度为99m。探查孔孔钻进至至本溪灰灰岩含水水层顶部部及进入入本溪灰灰岩时单单孔涌水水量均大大于500m3/h，并并且疏放放效果很很不明显显，试疏疏放过程程中本溪溪灰岩水水质资料料中标志志离子没没有大的的变化。1

19、11922首采工工作面底底板注浆浆加固钻钻孔资料料揭露，工工作面下下段大部部分钻孔孔穿过110#煤时水水量有明明显增加加，工作作面上段段个别钻钻孔钻进进至本溪溪灰岩含含水层顶顶部即发发生掉钻钻水量猛猛增现象象，单孔孔涌水量量最大可可达2000m33/h（孔孔径755mm）。本本溪灰岩岩在该范范围存在在局部风风化现象象，溶蚀蚀裂隙相相当发育育，钻孔孔出大水水后，往往往冲出出较多铁铁质氧化化物、风风化状灰灰岩、泥泥岩碎块块等。本溪灰岩岩承压水水在局部部地段存存在原始始导升高高度，底底板裂隙隙密集发发育段可可直接到到9#煤底板板。因此此，存在在本溪灰灰岩水沿沿导水裂裂隙上升升突破99#煤层底底板对井

20、井巷工程程充水的的危险性性。此外外，本区区本溪灰灰岩与奥奥陶系灰灰岩含水水层之间间隔水层层厚度最最大为116.668m，最最薄处只只有8.08mm，区内内平均厚厚度为113.22m。井下钻孔孔本溪灰灰岩含水水层与奥奥陶系灰灰岩含水水层水位位一致，并并且从水水质化验验资料来来看，部部分钻孔孔本溪灰灰岩水质质已呈奥奥灰水质质特征。因因此，本本溪灰岩岩水与奥奥灰水之之间有一一定的水水力联系系，可能能存在奥奥灰水垂垂向越流流补给现现象或其其它形式式的补给给方式。2.3 构造东井区位位于大油油村向斜斜F133断层以以北范围围。从99#煤底板板等高线线图整体体形态看看，本区区整体为为一褶皱皱较宽缓缓、两翼

21、翼不对称称的向斜斜构造。东东翼地层层较陡，最最大倾角角达277。西翼FF12、SF4断层附附近地层层倾角相相对较缓缓，倾角角在5左右。99#煤埋深深标高在在-100-3310mm之间变变化，埋埋藏最浅浅处在葛葛56孔孔附近为为-100m，埋藏藏最深处处在补330孔与与葛688孔之间间为-3310mm。本区构构造相对对较简单单，断层层走向基基本呈北北东方向向展布，规律性强，并且大断层相对较少，主要分布在井田西部，为西部边界（如图1所示）。 图1 葛葛泉井田田构造纲纲要图本区内有有大小断断层共计计20条条，西部部边界FF12、FF12-1、FF6；南部部边界FF13；北北部边界界F111；通过过三

22、维地地震勘探探在区内内新发现现断层112条，全全部是正正断层。落落差大于于等于110m，小于300m的断层层3条，落落差大于于等于55m，小于于10m的断层层3条，落落差小于于5m的断层层6条。巷巷道施工工过程中中实见断断层3条条，分别别是Nff1011、f11192-6、ff11992-77。此外，通通过三维维地震综综合勘探探在测区区内解释释陷落柱柱1个，该该陷落柱柱位于测测区中部部葛377孔西侧侧，轴长长50mm左右，富富水的可可能性不不大。在在测区边边界9#煤露头头附近还还解释44个地质质异常体体。四个个地质异异常体从从平面展展布形态态看，类类似于陷陷落柱。SSX2区区内最大大直径222

23、0mm，SXX3区内内最大直直径1990m；SXX2、SSX3地地质异常常体含水水性较差差，但两两个地质质异常体体处于大大青强富富水条带带内。SSX4地地质异常常体位于于测区北北部，平平面形态态为一椭椭圆形，长长轴长约约90mm，短轴轴长500m。该该地质异异常体含含水性较较差。SSX5地地质异常常体位于于测区北北部葛44孔附近近。平面面形态为为一椭圆圆形，地地震勘探探控制了了SX55的一部部分；该该地质异异常体富富水的可可能性不不大。2.4煤煤层东井区内内煤系地地层为石石炭系中中统本溪溪组、石石炭系上上统太原原组和二二叠系下下统山西西组。本本井田开开采的99#煤赋存存于太原原组地层层。区内内

24、主要可可采煤层层为7、99(8+99)#煤层。7#煤：位于太原原组中部部，上距距伏青灰灰岩100144m。据据区内见见煤钻孔孔统计，煤煤层总厚厚度0.641.223m，平平均1.03mm，结构构较简单单，距99#煤约299.166m。层层位厚度度稳定，仅仅有少量量钻孔煤煤厚小于于最低可可采厚度度。在全全井田变变化不大大，大部部分地区区均可采采，属于于稳定煤煤层。8#煤：位于太原原组下部部，其顶顶板为大大青灰岩岩，煤层层层位不不稳定。88#煤层厚厚度变化化大，煤煤层厚度度0.995m2.110m，平平均1.57mm。与99#煤最大大间距为为17m，在本区区中部与与9#煤合并并。8#煤在平平面上的

25、的厚度变变化比较较大，属属不稳定定部分可可采、结结构较简简单的煤煤层。9#煤层层：本煤层位位于太原原组下部部，是本本井田厚厚度最大大的可采采煤层。据据井田内内见煤钻钻孔(受受断层影影响者除除外)统统计，煤煤层总厚厚度最小小2.330m，最厚厚达6.49mm，平均均厚度44.899m，本区中中部与88#煤合并并，该煤煤层属于于稳定可可采、结结构复杂杂煤层的的全井田田可采煤煤层。2.5 隔水层层分析9#煤煤层与奥奥灰间隔隔水层综综合分析析9#煤层层底板至至奥陶系系灰岩含含水层的的隔水岩岩层厚度度4145mm，平均均约433m。岩性性组合以以粉砂岩岩、细砂砂岩、中中细砂岩岩、灰岩岩和铝土土质粉砂砂岩

26、为主主。其中中，粉砂砂岩、细细砂岩占占总厚度度的566%左右右；本溪溪灰岩厚厚度占总总厚度的的21%；可塑塑性比较较强的铝铝土质软软岩类厚厚度占总总厚度的的23%左右。这这种软硬硬相间且且具有一一定厚度度的隔水水层结构构在未受受构造破破坏的情情况下，具具有较好好的阻水水性能。99#煤底板板以下至至奥灰含含水层隔隔水层结结构如表表1所示。表1 99#煤底板板隔水层层岩层结结构岩石名称称平均层厚厚（m）岩性特征征9#煤5.3由镜煤、亮亮煤组成成，硬度度中等铝土质粉粉砂岩4.5灰色、细细腻，含含黄铁矿矿9#下煤煤00.29区内发育育不稳定定，有时时尖灭中细砂岩岩11.00细粒结构构、分选选好，泥泥硅

27、质胶胶结，沿沿层面含含铁质粉砂岩5.0结构致密密、块状状构造、性性脆本溪灰岩岩9.0隐晶和细细晶结构构，致密密，中上上部有时时夹100#煤溶隙发育育且不均均匀，偶偶见小溶溶洞铝土质粉粉砂岩5.5块状构造造、质较较纯、细细腻细砂岩3.5泥质胶结结、夹薄薄层粉砂砂岩粉砂岩4.5块状无层层理、偶偶见菱铁铁质成分分、结构构致密、坚坚硬奥陶系灰灰岩9#煤煤层与本本灰间隔隔水层分分析9#煤底底板至本本溪灰岩岩间距113.44277.5mm，平均均20.5m，岩岩层结构构以粉砂砂岩、砂砂岩为主主，裂隙隙发育程程度较高高阻水性性能一般般，底板板裂隙发发育方向向多为330335，本溪溪灰岩承承压水在在局部地地段

28、存在在原始导导升高度度。3 矿井井水害历历史与现现状目前，葛葛泉矿东东井下组组煤试采采区尚未未发生过过灾害性性涌水。但但在巷道道掘进阶阶段，多多处发生生底板渗渗水，此外在在巷道掘掘进过程程中，针针对底板板的超前前探测钻钻孔均有有涌水，局局部钻孔孔在煤层层底板下下12m处处即揭露露本溪灰灰岩水。目目前，矿矿井正常常涌水量量在182m3/h，主主要以大大青灰岩岩水、本本溪灰岩岩水为主主，大青青灰岩水水占整个个矿井涌涌水量的的60%以以上，采采空区的的本溪灰灰岩及其其它水占占整个矿矿井涌水水量的220%。见见表2所示：表2 葛葛泉矿东东井区矿矿井涌水水量构成成情况一一览表涌水位置置水源涌水量(m3/

29、h)井筒淋水水野青及上上部水6放水孔大青灰岩岩33西翼大巷巷东翼大巷巷大青灰岩岩大青灰岩岩245811922工作面面采空区区本溪灰岩岩及其它它水811900工作面面采空区区11944工作面面采空区区本溪灰岩岩及其它它水本溪灰岩岩及其它它水262其它巷道道及生产产用水混合水25合计182虽然目前前矿井涌涌水量较较小，但但是随着着开采水水平的延延伸和开开采范围围的扩大大，矿井井涌水量量将逐步步增加。4注浆改改造的现实意意义据测算，目目前，东东井9#煤试采采区9#煤层资资源保有有储量达达25778万吨吨，其中中-1550m以以浅12266.2万吨吨，-1150mm以深113111.8万万吨，总总之东

30、井井9#煤层资资源储量量相当可可观。但但是，本本区9#煤开采采受到底底板水害害的严重重威胁，主主要表现现为以下下几个方方面：由于本本区处于于百泉奥奥灰岩溶溶水文地地质单元元南部迳迳流区的的沙河-邢台-百泉迳迳流带和和高店村村-张宽-百泉迳迳流带之之间的相相对强迳迳流地带带。 地地下水补补给充分分，径流流条件畅畅通。因因此，本本区奥陶陶系灰岩岩含水层层历年最最高水位位+76.33m，富水水性较强，-1150mm水平9#煤层底板板承受的的最大水水压力达达2.115MPPa，突水系系数最高高可达00.077MPaa/m；9#煤煤下伏本本溪灰岩岩含水层层厚度大大（9mm左右），岩岩溶裂隙隙发育，富富水

31、性强强，且与与奥陶系系灰岩含含水层之之间存在在密切的的水力联联系，两两者已经经复合为为一个含含水体；本溪灰灰岩含水水层普遍遍发育导导升裂隙隙，局部部发育高高度甚至至直达99#煤底板板。综合上述述，本区区9#煤带压压开采水水文地质质条件表表现出“一薄、二二强、三三高”的特点点：“一薄”本灰灰与奥灰灰之间隔隔水层薄薄；“二强”奥灰灰岩溶发发育，巨巨厚、富富水性极极强；本本灰厚度度大、岩岩溶裂隙隙发育、与与奥灰之之间存在在水力联联系，富富水性较较强；“三高”奥灰灰水压高高、本灰灰导升高高、突水水系数高高。复杂的水水文地质质条件使使本区防防治水工工作形势势严峻，迫迫使葛泉泉矿东井井不得不不进一步步重新

32、认认识矿井井地质、水水文地质质条件，重重新评价价和定位位矿井面面临的水水害类型型，采取取切实可可行的矿矿井防治治水技术术路线和和符合矿矿井水害害特点的的矿井防防治水方方法与措措施，以以确保矿矿井生产产安全。因因此，研研究适合合本区的的科学合合理的带带压开采采防治水水技术是是我们必必须直接接面对的的重要课课题。为此，葛葛泉矿东东井制订订了以疏疏放顶板板大青灰灰岩水，注注浆加固固9煤底板板及全面面注浆改改造下伏伏的本溪溪灰岩含含水层，使使其成为为弱含水水层或相相对隔水水层，增增加9煤至奥奥陶纪灰灰岩含水水层的有有效隔水水层厚度度，封堵堵奥灰水水的垂向向导升通通道的防防治水技技术路线线。故注注浆加固

33、固9煤底板板及全面面注浆改改造本溪溪灰岩是是东井防防治水工工作的重重要一环环。5 注浆浆站规划划根据葛泉泉矿东井井开采下下组煤防防治水技技术路线线，9#煤底板板及下部部本溪灰灰岩含水水层必须须进行注注浆堵水水。为此此，由北北京煤科科总院建井井研究分院院进行地地面注浆浆站总体体设计和和设备选选型，山山东肥城城博达工工贸公司司于20006年年3月在在东井建建成了地地面注浆浆站并投投入使用用。实施施对东井井9#煤底板板及其下下部本溪溪灰岩含含水层进进行注浆浆堵水。根据现场场实际情情况，结结合井上上、下位位置关系系综合考考虑道路路、供电电、通讯讯、水源源等因素素选择合合理的注注浆站位位置。5.1 土建

34、工工程在地面整整平夯实实的基础础上，以以结构紧紧凑、布布局合理理、施工工操作方方便为原原则，建建造储土土注浆棚棚，粗浆浆池，废废浆池、精精浆池、搅搅拌吸浆浆池、散散装水泥泥罐平台台，清水水池、蓄蓄水池、配配电室、微微机监控控室，办办公室、电电工维修修室、值值班室等等土建工工程。其中储土土注浆棚棚1座：7900 ，有效储储土部分分4300，为为棚架结结构，棚棚身为金金属支架架，棚顶顶为石棉棉瓦或玻玻璃钢瓦瓦。粗浆池22个：直直经3m，深度度2m，墙厚厚0.33m，上口口高出地地面0.4m，体积积14m3。废渣池11个：长长4m，宽1m，高出出地面11m，便便于清挖挖。精浆池22个：直直经6m，深

35、度度2.55m，墙厚厚0.33m,上口口高出地地面0.4m,体积积70m3。搅拌吸浆浆池（混混浆池）44个：直直经2m，深度度2m，其中中吸浆部部分低于于池底00.5mm，墙厚厚0.33m，上口口高出地地面0.4m。水泥罐平平台一个个，安装装4个罐罐，单罐罐载荷重重按600T设计，为为钢筋混混凝土结结构，平平台高出出地面00.8mm，地下下部分到到硬底。高位储水水池1个个，长66m，宽5m，深2m，储水水部分高高出地面面4m，池顶顶面以下下0.22m设观测测管（25mmm），池池底部00.2mm处设22个2寸寸水管，以以便自然然泄水,另外池池底部设设排污管管。清水池22个，长长1.55m，宽1

36、.5m，深1m，2.22m3，为砖砖石结构构。办公室66间，包包括微机机监控室室、会议议室、配配电室、值值班室、电电工维修修室、更更衣室等等，为砖砖混结构构。5.2 粘土上上料造浆浆系统由粘土皮皮带输送送机、高高位水池池、NLL20型型制浆机机、粗浆浆池、液液下多用用泵、除除砂器、精精浆池、搅搅拌机等等组成。皮带输输送机：机身长长10m，皮带带宽0.6m，机头头高度应应满足制制浆机高高度，由由TDYY75型型油浸式式电动滚滚筒带动动，功率率5.55kw，主主要用于于输送粘粘土到制制浆机。高位水水池：通通过2寸寸管路和和管道加加压泵与与制浆机机连接，阀阀门控制制水量，负负责向制制浆机供供给造浆浆

37、用水及及冲洗制制浆机用用水。NL220型制制浆机：规格为为170001700017000mmm（长宽高），是是制造粘粘土浆的的主要设设备，主主电机功功率300kw，有有粉碎、搅搅拌、筛筛选三种种功能，具具有定量量上料，连连续造浆浆的特点点。额定定造浆量量20m3/h,通过现现场测比比重、粘粘度及时时调整粘粘土量及及水量，制制成浆液液后经过过滤流入入粗浆池池。粗浆池池：容积积14m3,主要用用于储存存粘土粗粗浆，并并安设搅搅拌机11台，液液下多用用泵两台台。液下多多用泵：型号DDYWSS5020，排排量500m3/h，功功率5.5kww，用于于输送粗粗浆经除除砂器除除砂后进进入精浆浆池。潜污泵泵

38、：型号号为QWWK系列列，每台台排量115m3/h，扬扬程155m，功率率2.22kw，由由精浆池池输送浆浆液入射射流造浆浆系统。旋流除除砂器：具有除除砂去渣渣功能，经经净化后后颗粒较较粗的砂砂粒等废废渣进废废渣池，浆浆液进精精浆池。精浆池池：容积积70m3，用于于储存精精浆，精精浆池上上安设搅搅拌机一一台，及及时搅拌拌以免沉沉淀。粘土水水泥浆搅搅拌机：因粘土土浆、水水泥浆经经过一段段时间易易沉淀，需需要安装装搅拌机机进行搅搅拌方能能注浆。搅搅拌机采采用淄博博电机厂厂生产的的BLD5715.55型行星星摆线式式针轮减减速机制制造，功功率5.5kww，传速比：71。5.3 射流造造浆系统统由散装

39、水水泥罐、气气动下料料、调速速螺旋、计计量螺旋旋、变频频调速控控制柜、注注浆控制制系统等等组成。（1）散散装水泥泥罐：设设计4个个，罐体体直经22.6mm，高6.3m，总高高11.2m，含含除尘和和料位控控制，可可储存水水泥500t，肥城城搏达工工贸公司司制造。（2）射射流造浆浆监控系系统。射流造浆浆是射流流泵输送送的粘土土浆经射射流造浆浆器产生生的高压压射流体体和水泥泥混合，从从而制造造粘土水水泥浆。同同传统的的搅拌造造浆相比比，具有有抗干扰扰能力强强、可靠靠性高、造造浆性能能稳定、效效率高、场场地占用用少等优优点，在在注浆治治水中得得到越来来越广泛泛的应用用。与此此相适应应，配备备水泥气气

40、动下料料装置和和注浆控控制系统统。注浆控制制系统由由煤矿注注浆专用用微机（带带显示器器）、打打印机、亚亚当I/O模块块、集线线柜、RR2322连线、组组态王开开发软件件（加狗狗）、注注浆控制制专家管管理系统统、压力力变送器器、液位位计、开开关电源源、变频频调速螺螺旋机、计计量螺旋旋机、变变频调速速控制柜柜、射流流造浆器器组成。根根据设定定的注浆浆方式（单单液水泥泥浆、粘粘土水泥泥浆、复复合浆）、注注浆密度度和注浆浆压力，通通过对现现场有关关参数的的采集处处理，进进而实现现对造浆浆、注浆浆过程的的跟踪控控制。5.4 注浆系系统由泥浆泵泵、压力力表、电电磁流量量计、微微机工业业密度计计、注浆浆管路

41、、送送料孔组组成：（1）泥泥浆泵：是输送送浆液的的主要设设备，采采用NBBB2660/77型泥浆浆泵，五五级变速速，流量量分别为为2600、1667、1106、660、335L/minn，电机机功率445kww，工作作压力77100MPa，最大大工作压压力122MPa。由石石家庄煤煤机有限限责任公公司与肥肥矿集团团联合开开发。（2）压压力表：量程不不低于66MPa，用于于观测注注浆系统统压力，量量程与泥泥浆泵、管管路及规规定注浆浆压力范范围等配配套。安安装在泥泥浆泵及及井下注注浆孔孔孔口上。（3）注注浆管路路：与地地面泥浆浆泵、电电磁流量量计、微微机工业业密度计计、送料料孔及井井下钻孔孔相连，

42、泥泥浆泵与与送料孔孔用高压压胶管连连接，用用于输送送浆液，采采用直经经506mm地质质管，用用卡套式式高压快快速接头头连接。5.5 供水系系统供水系统统：包括括水源井井或水塔塔、水泵泵、高位位储水池池、清水水池、水水管等。水水源井或或水塔的的供水量量不低于于30m3/h，确确保注浆浆站连续续造浆、注注浆用水水。储水水池容量量不小于于60m3，储水水部分高高出地面面4m，水池池底部留留设2个个50.8mmm阀门，以以便于自自然泄水水；清水水池则用用于泥浆浆泵冲洗洗注浆管管路之用用。5.6 供电系系统本注浆站站共设计计电动设设备633台件，合合计功率率4500kw左右右，常用用设备功功率4220k

43、ww左右,可根据据此功率率考虑供供电线路路及配电电设备。6CL-C注浆浆材料研研究6.1 CL-C浆浆液发展展历史简简介粘土作为为一种注注浆材料料，我国国50年年代在煤煤矿注浆浆中已有有应用，当当时粘土土只是作作为一种种悬浮剂剂，规模模较小。880年代代中后期期，煤矿矿建井越越来越深深，注浆浆材料消消耗也随随之增大大，如华华北某矿矿井，44207500m共3330mm注浆井井筒，注注入水泥泥242258.80tt，注浆浆材料成成本11100万万元之多多，每米米井筒注注浆材料料费用33.677万元。为为降低成成本、提提高注浆浆效率，煤煤科总院院建井分分院（原原建井所所）19991年年研制出出CL

44、-C注注浆材料料并在山山东枣庄庄矿务局局付村西西风井应应用成功功。此后后，在地地面预注注浆中CCL-C浆浆液全面面代替了了以水泥泥为主的的注浆材材料，该该科研成成果获119955年国家家科技进进步二等等奖。截截至目前前，已有有80余余个井筒筒应用CCL-C浆浆液进行行地面预预注浆。国国外同类类注浆材材料在前前苏联国国家、东东欧地区区、美国国及南非非等国家家上世纪纪六、七七十年代代陆续应应用。薄层灰岩岩注浆改改造，19886年在在山东肥肥城等地地已开始始，注浆浆材料为为水泥浆浆。苏联联“注浆与与地质勘勘探专业业联合公公司（SSTG）”，从70年代就广泛采用粘土水泥浆进行岩溶裂隙和不稳定地层注浆。

45、山东肥城先由煤炭科学研究总院建井研究分院进行了CL-C浆液室内配方及模型注浆研究，然后进行工业性试验。从1991年底后便大量推广使用粘土水泥浆对薄层灰岩进行注浆改造。实践证明：薄层灰岩注浆改造是防止奥灰水突出的有效措施，CL-C浆液是良好的注浆材料，其技术、工艺是成功的。6.2 CL-C浆浆液堵水水机理6.2.1粘土土水泥浆浆的时间间稳定性性和耐久久性粘土水泥泥浆三态态变化是是其成功功堵水的的内因，在在粘性状状态下浆浆液具有有良好的的悬浮稳稳定性、流流动性和和扩散性性；塑性性强度增增加可防防止浆液液沿单一一裂隙超超扩散,防止地地下水渗渗透、稀稀释、冲冲走； 弹性状状态保证证形成密密实的堵堵水帷

46、幕幕，并具具有长时时间的耐耐久性。6.2.2粘土土水泥浆浆的可注注性和流流变性 粘粘度和屈屈服应力力主要受受水化时时间影响响,少量量析水后后浆液的的粘度和和屈服应应力也会会增大,但不致致失去流流动性，浆浆液流动动过程中中脱水并并逐渐密密实与这这一特性性有关。假定浆液液在一圆圆管中流流动(经经计算发发生层流流的可能能性较大大)，其流速速分布如如图2所示。浆浆液流速速与其粘粘度成反反比，析析出的水水粘度小小，其流速速大于浆浆液流速速，在图2塑塑性流体体在圆管管中的层层流流速速分布示示意R 圆管半半径； r0塞塞流半径径；vr0塞流流流速； vr1半半径为rr1处流速速( rr0r1R )流动过程程

47、中逐渐渐汇聚在在浆液前前部，相相对落后后的浆液液密度渐渐渐增大大，浆液液在圆管管中的停停留时间间分布与与流速分分布相反反，停留留时间越越靠近管管壁处越越长，浆液粘粘度和屈屈服应力力随时间间增大到到一定程程度后，失去流流动性，进入塑塑性状态态。中心心处浆液液对周围围浆液挤挤压，使其束束缚的水水释放出出来，从而使使浆液的的密度显显著增大大，密实性性提高。随随着中心心可流动动区域的的逐渐缩缩小，浆液流流动阻力力逐渐升升高。浆浆液停止止流动后后，其中的的水泥彻彻底水化化，吸收了了剩余的的水，并形成成具有一一定密度度、强度度的结石体体。长期大量量的工业业性试验验表明， 粘土土水泥浆浆既具有有浆液扩扩散所需需要的流流动性， 又可可脱水密密实形成成较高结石石强度的的堵水帷帷幕。6.2.3