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更新时间:2018-01-19 16:52:23点击次数:3247次字号:T|T
一、井筒治水工作的现状、问题与展望
做好井筒防治水工作应包含两方面的内容。首先应做好井筒及其周围的水文地质基础工作,较准确地预计井筒涌水量;在此基础上选择经济合理并且有效的防治水方法。
     新中国成立以来,有关地质、设计、科研和施工单位在这方面做了大量的工作,取得了不少成绩,为井筒快速施工做出了贡献。但也应该看到,仍存在不少问题,有待今后加以解决。
〔一 ) 井筒水文地质工作的现状、问题与展望
随着矿井开发强度加大和深度的增加,查清井筒水文地质条件及提高井筒涌水量预计精度,对井筒位置的合理选择,井筒施工方法的确定都具有重要意义,也是加快矿井建设速度,保证工程质量和节约建设投资的一项十分重要的措施。
几十年来,国家在这方面投人了大量的人力、物力和资金。主要表现在:国家有关部门专门制定规范,对加强水文地质工作作出了规定。如《矿山井巷工程施工及验收规范》规定:井筒开工前,应完成检查钻孔,并具有完整的检查钻孔资料。1993年煤炭工业部制订
了“煤矿建设井筒水文地质工作规定”,强调加强水文地质工作。各科研、设计、勘探和施工单位不断加强做好井筒水文地质工作和预计井筒涌水方面的科学技术研究工作,并取得了一定的成效,其中比较突出的有如下三个方面。
1. 流量侧井
    在井筒检查孔作抽水试验的同时进行流量测并。它能在孔中详细划分含水层(带),较准确地测定含水层的层位、深度、厚度和预计井筒涌水量的相对大小。如在山西常村煤矿用流量测井分层抽水,分层预计井筒涌水量,认为井深300m以上较大,300m以下较小,经井筒开凿证实是正确的。其中预侧井深198-205m的涌水量为l6om'/h,由于事前做好了注浆准备,当井筒开凿到201m时,水量达到290m'/h,只用了6小时,3吨水泥把水封住,顺利通过该含水层。在常村矿的3个井筒施工中,由于查清了井筒水文地质条件,较准确地预计了井筒含水层层位和涌水量,选用直接堵漏注浆技术,在每个井筒涌水量均大于50m3/h的条件下,用一年多的时间完成了井筒掘砌。
2. 用 水 文地质分析法预枯井筒涌水量
    该方法是总结我国大量井筒治水实践经验的成果。用这种方法预估的13个井筒均取得了较好的结果,表明该方法具有科学性和实践性该方法的主要特点是,总结大量已知各种水文地质条件下的实际涌水量,估计具有相似条件下未知涌水量。如山西常村煤矿,开始认为主、副、风3个井筒第一含水段井筒涌水量很小,可不注浆,但用水文地质分析法预估其涌水量大于loom'/h >应进行注浆。井筒开凿后结果水量均在100- 150m'/h之问。
    该方法已纳人1993年煤炭工业部制订的“煤矿建设井筒水文地质工作规定”的井筒水文地质条件分类及勘探工程表中。
3. 水下彩色摄像系统与密封圈传感器系统
    水下彩 色摄像系统与密封圈传感器系统是1995年从澳大利亚引进的高新探测技术。经过国内2个矿并的应用,均取得了很好的实际效果。
(1 ) 水 下彩色摄像系统:
    在钻孔中进行彩色摄像,从中可直接看到与获得孔壁上的裂隙、破碎带、空洞带和涌水现象。在确定含水层的水文地质特征方面,比目前国内其它方法更准确,更具科学性。
(2 )密 封 圈 与传感器系统:
    通过单孔混合抽水和压水,同时在1-2个观测孔分层观测水头差,就能精确获得分含水层的各种水文地质参数,分层预计井筒涌水量,获得好的结果。这是目前国内其它方法长期以来所不能做到的,且比其它方法更准确、更科学。
    1998年7月12日,由煤炭部科教司组织全国专家对该法在北谭煤矿应用结果进行评审结论是:
① 应用奥大利亚彩色摄像和分层探测求参的先进手段,在北谭副井的水文地质勘探和井筒涌水量预测工作中,取得可喜的成果。
② 水 下 彩色摄像系统在一定条件下,可通过电视清晰地看出孔壁裂隙、破碎带的发育状况及涌水现象。密封圈传感器系统可分隔孔中大于lom的含水段,并可在此基础上通过压水和抽水试验,求取每一含水层的渗透系数、导水系数和贮水系数这些先进的探侧手段既为分层预报井筒涌水量提供了可靠的依据,也在很大程度上补充和完善了井筒水文地质研究的技术方法,与国内现行的井筒水文地质勘探方法相比有明显的先进性。
③该技术方法手段先进,施工工期短,取得数据丰富、合理,预报层次明确、具体。在指导建井施工中,无论是减少一个层次的注浆或避免一个层次的涌水淹井都能取得明显的经济效益和社会效益。对北谭及其它井筒水文地质勘探都有应用价值。
    我国井筒水文地质工作也存在不少问题。据1992年对全国38个矿井的96个井筒调查结果.8。%以上的井筒水文地质基础工作做得比较差,预测并筒涌水量结果比较好的只占极少数,偏大的占少数,偏小的占大多数。误差在几倍甚至几十倍。其主要原因是:不打孔,情况不清,错下结论;条件不清,管理不严,没人审查把关;勘探、抽水手段单一落后,计算水量的理论未完全解决。主要表现在:
(1 )井 筒 检查孔工作方面:
① 不打井检孔,利用井田资料估算井筒涌水量;
② 打一个孔,不做抽水试验,利用井田资料评价井筒水文地质条件;
③ 两 个 井筒只打一个孔,单孔混合一次抽水;
④ 三 个 井筒都打井检孔,但只作一次抽水;
⑤ 钻 孔 布置远离井筒20m以外。
(2)水文地质参数方面:
①含水厚度划分太粗,漏划,井、孔、层不一致;
②渗透系数大多数是根据单孔抽水试验资料,用裘布依公式计算得到的混合值;
③ 影响半径均属经验公式求得R,与裘布依公式中的R毫无关系。
(3)涌水量计算方法方面:
从50年代至今。井筒涌水量预测一直采用裘布依公式,少数用经验公式裘布依公式推导的假设条件是流动符合达西定律,地下水处于稳定状态,含水层均质各向同性。具有固定边界,外边界周围的水头是给定的.抽水井为完整井,承压含水层顶底板水平。这是理想化的条件, 自然界难以找到。
今后的水文地质工作与井筒涌水量的预报,应针对以上情况,完善提高好的方面,克服不足的方面,继续新技术的研究,以适应矿井建设的需要。
(二)井筒治水工作现状、问题与展望
    根据井筒通过的不同水文地质特征,表土段第四系或第三系孔隙水和基岩段的裂隙或岩溶水,应采取不同的防治水方法。
1、表土段第四系或第三系孔隙水治理方法
    表土段结构松散,含水丰富,国内外多采用冻结法凿井,部分井筒采用钻井法施工,大都取得了良好的效果。少数并筒采用了沉并法、帷幕法或降水疏干法,有的取得了成功,但也有许多失败的例子。
   80年代末.两淮、山东、徐州等矿区的一些井筒在表土段与基岩段接触部位相继发生井壁严重破坏,出现大量涌水和涌砂现象,严重威胁矿井的正常生产和安全。为此,本文作者发明了“含水砂层井壁后注浆工艺”,突破禁区,打破了国家有关规程规定,对壁后含水砂层(包括粉砂层)进行注浆,达到堵水加固、根治井简破坏事故的目的。采用此方法进行了十几个井筒的处理,达到了预期的目的,取得了很好的经济效益和社会效益。该成果199。年取得国家科技发明专利,19兄年获国家科技发明四等奖。该工艺的成功,突破了在表土段砂层或粉砂层中,长期以来被人们认为不能用水泥注浆的技术难题。
    为了扩大含水砂层井壁注浆工艺的应用范围,作者又分别于1994年、1996年在立井和斜井中通过分别为sm和1om长的粉砂层中进行工作面预注浆,用水泥浆液在粉砂层中注浆获得成功。井筒开凿后剩余涌水量在15m“/h以下,实现了打干井的目的。同时也为井筒穿越50m左右第四系松散层在含水层数少、厚度较薄的条件下,不用冻结法,而采用水泥注浆法施工开辟了一条新路。
2.基岩段裂隙与岩溶水的治理方法
    基岩段裂隙与岩溶水的治理,通常采用地面注浆、工作面注浆与井壁注浆等方法。
    关于基岩段裂隙与岩溶水治水现状、问题与展望,在《注浆堵水加固技术及其应用一中国注浆技术43 年论文集》(煤炭工业出版社1998年)中已作了全面详细地论述。本文从技术进步与经济效果角度看,代表90 年代国内先进水平的基岩段注浆技术有以下二种:
(1)应用于地面注浆的“综合注浆法”:
    该技术是前苏联于1969年首先发明的专利技术,之后在一些欧洲、非洲国家相继应用。
主要特点是:用水动力学方法(流量测井与水位恢复法)取得对注浆地层的水文地质参数;采用以粘土为主的注浆材料;注浆过程中,对注浆压力、浆液流量和浆液比重进行连续监测,从而提高注浆的科学性和注浆效果。199。年国内有关部门在研究国外资料的基础上,成
功开发了该项技术,并进行了广泛地应用。
(2)应用工作面与井壁注浆的“直接堵漏注浆工艺方法”。该方法于1985年获得国家专利和国家科技发明四等奖。它的主要特点是:对裸露基岩进行直接堵漏注浆,具有工艺设备简单、快速高效安全的特点。到目前为止,已广泛应用于地层堵水与加固,完成数百项工程.取得了很可观的技术经济与杜会效益。
    注浆是隐蔽工程,目前注浆工作的主要问题是:对岩石裂隙分布、地下水在裂隙中如何运动及浆液在裂隙中如何扩散等缺少探测方法,一定程度上给注浆工作带来盲目性,造成了很大的浪费,尤其是地面预注浆更为严重。
    综上所述,采用先进可靠的治水方法是加快矿井建设速度,提高工程质量的根本保证,而认真做好水文地质工作,采用先进的探侧手段又是确定治水方法的重要依据。
二、井下防治水的主要措施:
井下防治水的主要措施包括留设防水煤()柱、建筑防水闸门和防水墙、探放水、
疏放降压开采、注浆堵水和矿井防排水系统等。
 (1)防水煤柱:为了防止地表水或地下水渗入工作地点,需要留设一定宽度和高
度的防水煤()柱,常有的防水煤()柱是井田边界煤柱、断层防水煤()柱、上下水
平(或相邻采区)防水煤()柱、水淹区防水煤()柱、地表水体防水煤()柱、煤层嚣
头防水煤柱等。对于各种煤()柱的宽度和高度,《煤矿安全规程》都有明确的规定。
这些煤柱是严禁开采的。
(2)防水设施:防水闸门和防水墙是井下防水的主要安全设施。凡是受水患威胁
严重的矿井,在井下巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时,都应在适当地点
预留防水闸门、硐室和防水墙的位置,使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采,
在水患发生时,使矿井能分区隔离,缩小灾情影响范围,控制水势危害,确保矿井
安全。
(3)井下探放水:井下探放水是指当采掘工作面接近老窑、含水层、断层、陷落
柱等有水害隐患的地点,要先探明水情,然后有计划地将水放出来。因此,应当坚
持有疑必探、先探后掘的探放水原则,决不可疏忽大意,更不能存在侥幸心理,
执意蛮干。探水与掘进应交叉进行,探水钻孔终孔位置应当始终超前掘进工作面一
定距离,即超前距。每次掘进长度不得超过允许的掘进距离。钻场应加强支护,并
在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板;保持水沟畅通,在打钻地点或附近安设专用
电话,并设有与受水患威胁地点相通的防水信号;打钻中如发现有透水可能时,应
停止钻进,但不得拔出钻头,并立即报告调度室,情况危急时,必须立即撤出所有
受水患威胁地区的人员,然后采取措施,进行处理。打钻过程中,要加强通风和瓦
斯等有害气体的检查。严禁用放炮方法放水。
(4)排水系统:每个矿井都应建立完善的防排水系统,水泵的防排水能力应在20 小时内排出矿井24小时矿井的最大涌水量,排水管应与之相适应。主要水仓的有效
容量达到《煤矿安全规程》要求,水仓、沉淀池和水沟中的淤泥应及时清理,每年
雨季前必须清理一次。在矿井发生水灾时,矿井主排水泵不能停,水泵司机必须坚
守岗位。
三、井下治水注意事项:
1、探水前应加固探水地点附近的巷道支架,背好顶帮,并在工作面迎头设好坚固
的立柱和挡板,清理巷道,挖好排水沟;在打钻地点或其附近安设专用电话,并与
受水害威胁的相邻地点有信号联系,一旦透水立即通知有关人员撤离危险区 2、在预计水压较大地点探水时,必须先按好孔口管和控制闸阀。孔口管与孔壁之间,
必须灌注水泥浆固定,并进行耐压试验,达到能承受设计压力后,方准继续钻进。
特别危险的地区,还应预先采取开掘安全躲避洞,规定撤人的避灾路线等措施。 3、钻进时,应注意钻孔情况,如发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量
突然增大,以及有顶钻等异状时,必须停止钻进,进行检查,监视水情,并报告矿调
度室。严禁移动或拔出钻杆。如果发现情况危急时,必须立即撤出所有受水威胁地区
的人员,然后采取措施,进行处理。 4、钻孔接近老空,预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时,必须有瓦斯检查员矿
山救护队员在现场值班,检查空气成分。如果瓦斯或其它有害气体超过允许浓度时,
必须立即停止打钻,切断电源,撤出人员,并报告矿调度室,采取措施,进行处理。
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