[发明专利]定向导流注浆封堵矿井突水技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井水害防治技术，特别是一种在常规注浆基础上，封堵依然存在着的个别较大裂隙和相当多的狭小裂隙或者薄弱带、提高注浆封堵效果的定向导流注浆封堵矿井突水技术。

背景技术

我国是世界上的煤炭资源大国之一，居世界第三位。煤炭年生产量自20世纪80年代末以来就一直保持在10×10⁸ t以上，居世界首位。在中国一次性能源的生产和消费构成中，煤炭占70%以上，这就决定了煤炭生产在中国能源工业中的主要地位，且以煤为主要能源的格局在中国将长期存在。在煤炭资源大规模开发过程中，与煤炭资源开采有关的水害问题愈来愈突出，与此同时由水害引发的安全事故也愈来愈严重。这就使煤矿水害与瓦斯灾害、火灾一起构成了煤矿主要的三大灾害。凡是影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的，增加吨煤成本，使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。我国不仅是世界主要产煤国，而且也是受水害危害最严重的国家之一。据解放后的资料统计，1955~1985年，全国统配煤矿共发生突水769次（其中老窑水198次），淹井事故218起，且有逐年增长的趋势。20世纪80年代，开滦范各庄矿的突水淹井事故中最大涌水量高达2053 m³/min，事故造成经济损失近5亿元，损失煤炭产量近8.5 Mt。

据统计，目前受水害威胁的矿井约占国有重点煤矿矿井总数的48%以上。长期以来，煤矿水害给国家和人民带来了巨大的经济损失和人身伤亡。特别是近年来，国内能源形势紧张，煤炭工业迅速发展，虽然制定了“预测预报，有疑必报，先探后掘，先治后采”的煤矿水害防治十六字原则，但煤矿水害事故频频发生。随着煤矿开采深度增加和下组煤大规模开发，开采方式和工作面开采空间尺度的变化及机械化程度的明显提高，水害产生的条件、威胁程度，以及水害形成的机理都在发生着很大的变化。在传统水文地质条件研究的基础上，探索、应用和推广适应新的采掘条件下的矿井防治水理论及技术，深入系统地研究矿区的水文地质条件，查清矿床充水水源、充水通道及充水强度，准确地预测矿井涌水量、顶底板突水，解决出现的各种水文地质问题，有效地遏止突水造成的危害，合理地解决带压开采中防治水的问题以及矿井遭受水灾后的快速复矿治理是当前一项非常重要和紧迫的任务。对煤炭企业向高产、低耗、安全和集约化生产方向发展具有重要的现实意义和长远意义。

截流注浆技术是指根据矿井的具体水文地质条件和水害类型与特点，采用专门的设备及工程，把配制好的胶凝材料浆液或骨料压入含水层、隔水层中的空隙、断裂破碎带、溶隙、溶洞、陷落柱、井巷及突水口等，并使之扩散、固结，从而起到堵塞过水通道、充填导含水空隙、增大岩石强度或加强顶底板隔（阻）水作用的技术。该技术广泛应用于发生水害的矿井抢险治理过程中。

常用的矿井截流注浆技术，按工程性质可划分为含水层截流帷幕注浆、含水层改造注浆、隔水层加固注浆、突水点堵水注浆、井巷封堵注浆、井筒截流帷幕注浆；按工程施工时间可划分为预注浆、出水后注浆；按受注层中地下水运动状态可划分为静水注浆、动水注浆；按使用的注浆材料可划分为水泥浆液注浆、粘土浆液注浆、化学浆液注浆、混合浆液注浆，等等。截流注浆技术适用于矿井主要充水含水层的动态补给量大且稳定，补给通道位置明确且相对集中，含水层或构造薄弱带应具有良好的可注性条件，且能够确保注浆固结体的强度稳定性和抗渗稳定性，等等。

早在1802年，法国的夏尔斯贝林尼用自己设计的冲击泵注入粘土和石灰浆液，修复被水流侵蚀的挡潮闸的砾石地基工程，被称为注浆施工的开始。1880~1905年，当时在法北部和秘鲁的煤矿工作的罗伊曼克斯、波蒂埃尔、萨克雷埃尔、弗兰土等组成矿山技术小组，在涌水量大的立井施工中，进行硅酸盐水泥的注浆试验，研制出高压注浆泵，并且对注浆材料的配方和注浆施工等有关问题作了改进。化学注浆最早是在1920年，由德国的尤斯登（Joosten）注入水玻璃和氯化钙。