粘土水泥漿在葛泉礦東井9#煤底板及本溪灰?guī)r注漿堵水可行性報(bào)告(最終稿)

1、粘土水泥漿在葛泉礦東井9煤底板及本溪灰?guī)r注漿改造可行性報(bào)告北京中煤礦山工程有限公司煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究分院二八年八月十二日37粘土水泥漿在葛泉礦東井9煤底板及本溪灰?guī)r注漿改造可行性報(bào)告編 寫(xiě)：王正勝 宋雪飛 袁輝審 核： 高崗榮 徐潤(rùn) 北京中煤礦山工程有限公司煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究分院二八年八月十二日目 錄目 錄i前言11 礦井概況22 葛泉礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件22.1 地質(zhì)地層22.2 水文地質(zhì)條件42.3 構(gòu)造62.4 煤層72.5 隔水層分析83 礦井水害歷史與現(xiàn)狀94注漿改造的現(xiàn)實(shí)意義95 注漿站規(guī)劃105.1 土建工程105.2 粘土上料造漿系統(tǒng)115.3 射流造漿系

2、統(tǒng)125.4 注漿系統(tǒng)125.5 供水系統(tǒng)135.6 供電系統(tǒng)136 cl-c注漿材料研究136.1 cl-c漿液發(fā)展歷史簡(jiǎn)介136.2 cl-c漿液堵水機(jī)理146.2.1粘土水泥漿的時(shí)間穩(wěn)定性和耐久性146.2.2 粘土水泥漿的可注性和流變性146.2.3 粘土水泥漿的凝結(jié)性156.3 cl-c漿液性能研究166.3.1 cl-c漿液用土分析166.3.2 漿液不同配比條件下比重、粘度、析水率的實(shí)驗(yàn)研究186.3.3 不同配比條件下漿體塑性強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究196.3.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析206.4 cl-c漿液的特點(diǎn)217 工業(yè)性試驗(yàn)217.1 注漿孔的布置217.2 注漿機(jī)具257.3 注漿

3、工藝257.3.1 注漿材料267.3.2 漿液比重277.3.3 注漿段長(zhǎng)277.3.4 注漿量和注漿終壓287.3.5 注漿方式297.3.6 注漿結(jié)束壓力標(biāo)準(zhǔn)297.3.7 注漿質(zhì)量的檢查297.4 注漿成果297.4.1 注漿孔參數(shù)297.4.2 注漿成果分析297.5 注漿效果對(duì)比327.6 粘土水泥漿、單液水泥漿的適應(yīng)性338 粘土水泥漿注漿經(jīng)濟(jì)效益分析338.1 粘土水泥漿與單液水泥漿每立方漿液用原料成本對(duì)比338.2 注漿工期效益349結(jié)論35粘土水泥漿在葛泉礦東井9煤底板及本溪灰?guī)r注漿改造可行性報(bào)告前言葛泉礦東井是葛泉井田下組煤試采區(qū)礦井，2007年2月8日建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生

4、產(chǎn)能力30萬(wàn)噸，主采9#煤。9#煤底板至本溪灰?guī)r間距平均20m左右，底板巖層裂隙發(fā)育程度較高，本溪灰?guī)r承壓水在局部地段存在原始導(dǎo)升高度，底板裂隙密集發(fā)育段可直接到9#煤底板。存在本溪灰?guī)r水沿導(dǎo)水裂隙上升突破9#煤層底板，造成井巷突水危害。另?yè)?jù)探查鉆孔資料顯示，本溪灰?guī)r單孔涌水量均大于50m3/h，并且疏放效果很不明顯；工作面上段個(gè)別鉆孔鉆進(jìn)至本溪灰?guī)r含水層頂部有發(fā)生掉鉆、涌水量猛增現(xiàn)象，單孔涌水量最大可達(dá)200m3/h（孔徑75mm）；本溪灰?guī)r含水層與奧陶系灰?guī)r含水層水位一致，并且從水質(zhì)化驗(yàn)資料來(lái)看，部分鉆孔本溪灰?guī)r水質(zhì)已呈奧灰水質(zhì)特征，可見(jiàn)，本溪灰?guī)r水與奧灰水之間有一定的水力聯(lián)系，所以為了礦

5、井的安全生產(chǎn)、煤層的順利開(kāi)采，對(duì)9#煤層底板以及本溪灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿改造工作刻不容緩，勢(shì)在必行?；诒镜V井注漿改造工作的必要性和重要性以及試采區(qū)水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在前期試采過(guò)程中采用了注漿加固9#煤底板及9#煤下伏本溪灰?guī)r含水層注漿堵水防治技術(shù)措施，并進(jìn)行帶壓開(kāi)采。從2006年初，葛泉礦東井便開(kāi)始進(jìn)行煤層底板水泥漿注漿改造工程，到目前為止已成功加固了1192、1190、1194三個(gè)回采工作面，并全部回采完畢。前期注漿工程主要使用單液水泥漿，總注入水泥3.2萬(wàn)噸，采出原煤63萬(wàn)噸。但是注漿水泥用量大、成本高。為了降低注漿改造成本、取得更好的注漿改造效果，近階段葛泉礦對(duì)東井部分9#煤層底板以

6、及本溪灰?guī)r含水層采用了粘土水泥漿（cl-c漿液）進(jìn)行注漿改造試驗(yàn)。工業(yè)性試驗(yàn)證明，cl-c漿液成本低、懸浮性好、漿液擴(kuò)散距離大，注漿堵水效果較好。所以，粘土水泥漿作為葛泉礦東井開(kāi)采下組煤底板及下伏本溪灰?guī)r注漿改造材料是完全可行的。1 礦井概況葛泉礦井位于沙河市下解村附近，東距京廣鐵路褡褳站10km，北距邢臺(tái)市約18km。本礦井鐵路專用線與京廣鐵路相通，公路交通四通八達(dá)，交通相當(dāng)便利。葛泉礦東井為葛泉礦井田的一部分，位于葛泉井田南翼，處于大油村向斜內(nèi)，f13斷層以北，北以f12-1斷層及9#煤露頭線為界，南以f13斷層為界，西以f6、f12-1為界，東以9#煤層露頭線為界，走向長(zhǎng)約2200m，傾

7、斜寬約1900m，面積3.8km2，葛泉礦東井位于西油村、大油村一帶，距葛泉礦約2.5km。為葛泉礦下組煤試采區(qū)，開(kāi)采水平為-150m，主采9#煤，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為30萬(wàn)噸/年，礦井服務(wù)年限為18年。2004年3月5日葛泉礦東井建設(shè)項(xiàng)目正式開(kāi)工，2006年8月1日成立葛泉礦東井，2006年9月1日開(kāi)始聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，2007年2月8日投產(chǎn)。目前葛泉礦東井已回采1192、1190與1194三個(gè)工作面。2 葛泉礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件2.1 地質(zhì)地層葛泉井田地表全為新生界地層所覆蓋，根據(jù)鉆孔及井巷揭露，井田內(nèi)發(fā)育的地層自老至新依次為奧陶系中統(tǒng)馬組與峰峰組；石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組；二疊系下統(tǒng)山西組、下

8、石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組以及第四系?，F(xiàn)分組敘述如下： 奧陶系（o） 奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組（o2x）下段（o21x）：厚717m，一般12m左右。巖性為薄層鈣質(zhì)頁(yè)巖，俗稱“賈旺頁(yè)巖”。中段（o22x）：厚1778m，平均47.5m。為角礫狀含白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)角礫狀灰?guī)r。下部為中厚層狀角礫巖，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，角礫成分為灰?guī)r和白云巖；上部為角礫狀泥質(zhì)灰?guī)r、薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r，夾有隱晶質(zhì)灰?guī)r。上段（o23x）：厚75110m，平均95m。下部為灰?guī)r與角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r，局部夾薄層泥巖；中部為粉紅色花斑狀灰?guī)r，俗稱“云霧灰?guī)r”；上部為厚層狀致密灰?guī)r，含石膏、石鹽晶體。 奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（o2s）下段（o

9、21s）：厚1780m，一般35.1m。下部為黃綠色鈣質(zhì)泥巖風(fēng)化后呈竹葉狀；上部為含角礫白云質(zhì)灰?guī)r，薄層泥灰?guī)r，在閃長(zhǎng)巖體影響的地段，有結(jié)晶灰?guī)r與大理巖。中段（o22s）：厚59.39102.06m，一般73.82m。中下部為厚層狀花斑灰?guī)r，夾12層角礫灰?guī)r；中上部為白云質(zhì)灰?guī)r與白云巖，夾薄層灰?guī)r；頂部為深灰色中厚層狀純灰?guī)r。上段（o23s）：厚76.5591.00m，一般83.78m。底部為角礫狀灰?guī)r礫徑在0.52.0；中部為厚層狀灰?guī)r；上部為深灰色純灰?guī)r與白云巖互層。 奧陶系中統(tǒng)峰峰組（o2f）下段（o21f）：厚66.8182.63m，一般75.63m。巖性為厚層狀結(jié)晶灰?guī)r，具花斑結(jié)構(gòu)，

10、局部夾泥灰?guī)r，底部為角礫灰?guī)r，中上部局部可見(jiàn)石膏、石鹽晶體。上段（o22f）：厚18.6235.87m，一般28.67m。主要為白云質(zhì)角礫狀灰?guī)r，夾稿紋狀灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r。 石炭系（c） 石炭系中統(tǒng)本溪組（c2b）該組地層厚9.7633.94m，平均厚22.88m。巖性主要由深灰色泥巖、粉砂巖及石灰?guī)r組成，夾不穩(wěn)定薄煤層（10#煤層）及薄層中細(xì)粒砂巖。泥質(zhì)富含鋁質(zhì)，具鮞狀結(jié)構(gòu)，在本溪組灰?guī)r下形成g層鋁土巖。泥巖、粉砂巖富含菱鐵礦結(jié)核與微晶。石灰?guī)r含蜓科動(dòng)物化石。本組與峰峰組為平行不整合接觸。 石炭系上統(tǒng)太原組（c2t）該組地層厚130.28181.00m，平均厚153.74m。為一套海陸交互相沉

11、積，是井田主要含煤地層之一。本層巖性主要為灰色粉砂巖、中細(xì)粒砂巖、石灰?guī)r及煤層組成，發(fā)育灰?guī)r46層。底部中砂巖是太原組與本溪組的分界，以整合接觸關(guān)系沉積于本溪組之上。本層富含黃鐵礦、菱鐵礦及動(dòng)植物化石。 二疊系（p） 二疊系下統(tǒng)山西組（p1s）該組地層厚44.1087.65m，平均厚59.53m。為過(guò)度相碎屑沉積，是井田又一主要含煤地層。巖性由灰色中細(xì)砂巖、粉砂巖和煤組成。砂巖和粉砂巖中夾鱗木、蘆木、苛達(dá)松、羊齒類等植物化石。中下部含煤24層。上界為下石盒子組底部的“駱駝脖”。本層與下伏太原組地層為整合接觸。 二疊系下統(tǒng)下石盒子組（p1x）該組地層厚169.62191.12m，平均厚183.7

12、6m。為陸相沉積，巖性由泥巖、粉砂巖和中細(xì)粒砂巖組成。中部偏下部在兩層中粗砂巖之間夾一層鋁土巖，最下部一層砂巖通稱“駱駝脖”砂巖，呈灰色，含云母片及泥質(zhì)包體，全區(qū)普遍發(fā)育，是一輔助對(duì)比標(biāo)志。該層頂界為一層沉積穩(wěn)定的富含菱鐵質(zhì)鮞狀及豆?fàn)钿X土質(zhì)泥巖，俗稱“桃花”泥巖，是下石盒子組與上石盒子組的分界層。與下伏山西組呈整合接觸。 二疊系上統(tǒng)上石盒子組（p2s）該組平均厚260m。為陸相沉積，巖性由粉砂巖及砂巖組成，夾數(shù)層中細(xì)砂巖和鋁土質(zhì)泥巖。 第四系（q）覆蓋于各時(shí)代地層之上，與各地層呈角度不整合接觸關(guān)系。 下更新統(tǒng)（q1）該層厚15.10164.82m，一般厚45m左右。為間冰期堆積物，又稱底部冰漬

13、卵礫層，卵礫石直徑0.011.0m，幾乎全部為震旦系肉紅色石英砂巖，在卵礫之間充填有紫紅色粘土砂質(zhì)。 中更新統(tǒng)（q2）該層厚3485m。底部由數(shù)層含細(xì)礫中粗砂組成，砂層之間夾薄層狀、透鏡狀砂質(zhì)粘土。其上為又一間冰期形成的礫石、卵石層。 上更新統(tǒng)（q3）厚度不一，且不連續(xù)，為坡、洪、沖積物，巖性由粘土、粉砂、卵礫石等組成，為中更新統(tǒng)沉積的改造物。 全新統(tǒng)（q4）厚度40m左右，為現(xiàn)代河床卵、礫石層及風(fēng)成沙丘。卵礫石成分復(fù)雜，除震旦系石英砂巖以外，還有各色片麻巖、各種巖漿及脈巖，粒間充填混粒少。主要分布在沙河及河床及其南岸各大沖溝底部，沙丘分布在沙河南岸的階地上。2.2 水文地質(zhì)條件在區(qū)域水文地質(zhì)

14、單元分區(qū)上，葛泉礦位于百泉奧灰?guī)r溶水文地質(zhì)單元南部逕流區(qū)的沙河-邢臺(tái)-百泉逕流帶和高店村-張寬-百泉逕流帶之間的相對(duì)強(qiáng)逕流地帶。 東井對(duì)煤層開(kāi)采有影響的含水層主要是大青灰?guī)r、本溪灰?guī)r以及奧灰含水層，現(xiàn)根據(jù)井巷開(kāi)拓過(guò)程中所表現(xiàn)出的特征敘述如下。（一）大青灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層大青灰?guī)r平均厚度5.3m。通過(guò)東井石門掘進(jìn)階段大青灰?guī)r水預(yù)疏放工程，石門穿過(guò)大青灰?guī)r含水層時(shí)，水位降低到-150m水平，目前涌水量穩(wěn)定在100m3/h左右，說(shuō)明該含水層富水性中等。同時(shí)在疏放過(guò)程中，不同位置、結(jié)構(gòu)相同的放水孔涌水量差異很大，因此可以判斷本區(qū)大青灰?guī)r含水層富水性很不均勻。在8#、9#煤層之間夾矸厚度較小的巷段，

15、大青灰?guī)r為8#、9#煤層合層的直接頂板，大青灰?guī)r水以頂板淋水的形式向掘巷充水。隨著工作面巷道向淺部掘進(jìn)，8#、9#煤層之間砂質(zhì)泥巖夾層厚度越來(lái)越大，大青灰?guī)r含水層與9#煤頂板之間距離在817m，工作面回采過(guò)程中，大青灰?guī)r仍然處于冒落導(dǎo)水裂隙帶范圍之內(nèi)，將以頂板淋水的形式對(duì)工作面充水。（二）本溪灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層?xùn)|井區(qū)本溪灰?guī)r平均厚度7.5m，井下鉆探揭露區(qū)平均厚度為9m。探查孔鉆進(jìn)至本溪灰?guī)r含水層頂部及進(jìn)入本溪灰?guī)r時(shí)單孔涌水量均大于50m3/h，并且疏放效果很不明顯，試疏放過(guò)程中本溪灰?guī)r水質(zhì)資料中標(biāo)志離子沒(méi)有大的變化。1192首采工作面底板注漿加固鉆孔資料揭露，工作面下段大部分鉆孔穿過(guò)10

16、#煤時(shí)水量有明顯增加，工作面上段個(gè)別鉆孔鉆進(jìn)至本溪灰?guī)r含水層頂部即發(fā)生掉鉆水量猛增現(xiàn)象，單孔涌水量最大可達(dá)200m3/h（孔徑75mm）。本溪灰?guī)r在該范圍存在局部風(fēng)化現(xiàn)象，溶蝕裂隙相當(dāng)發(fā)育，鉆孔出大水后，往往沖出較多鐵質(zhì)氧化物、風(fēng)化狀灰?guī)r、泥巖碎塊等。本溪灰?guī)r承壓水在局部地段存在原始導(dǎo)升高度，底板裂隙密集發(fā)育段可直接到9#煤底板。因此，存在本溪灰?guī)r水沿導(dǎo)水裂隙上升突破9#煤層底板對(duì)井巷工程充水的危險(xiǎn)性。此外，本區(qū)本溪灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r含水層之間隔水層厚度最大為16.68m，最薄處只有8.08m，區(qū)內(nèi)平均厚度為13.2m。井下鉆孔本溪灰?guī)r含水層與奧陶系灰?guī)r含水層水位一致，并且從水質(zhì)化驗(yàn)資料來(lái)看，部

17、分鉆孔本溪灰?guī)r水質(zhì)已呈奧灰水質(zhì)特征。因此，本溪灰?guī)r水與奧灰水之間有一定的水力聯(lián)系，可能存在奧灰水垂向越流補(bǔ)給現(xiàn)象或其它形式的補(bǔ)給方式。2.3 構(gòu)造東井區(qū)位于大油村向斜f13斷層以北范圍。從9#煤底板等高線圖整體形態(tài)看，本區(qū)整體為一褶皺較寬緩、兩翼不對(duì)稱的向斜構(gòu)造。東翼地層較陡，最大傾角達(dá)27。西翼f12、sf4斷層附近地層傾角相對(duì)較緩，傾角在5左右。9#煤埋深標(biāo)高在-10-310m之間變化，埋藏最淺處在葛56孔附近為-10m，埋藏最深處在補(bǔ)30孔與葛68孔之間為-310m。本區(qū)構(gòu)造相對(duì)較簡(jiǎn)單，斷層走向基本呈北東方向展布，規(guī)律性強(qiáng)，并且大斷層相對(duì)較少，主要分布在井田西部，為西部邊界（如圖1所示）

18、。 圖1 葛泉井田構(gòu)造綱要圖本區(qū)內(nèi)有大小斷層共計(jì)20條，西部邊界f12、f12-1、f6；南部邊界f13；北部邊界f11；通過(guò)三維地震勘探在區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)斷層12條，全部是正斷層。落差大于等于10m，小于30m的斷層3條，落差大于等于5m，小于10m的斷層3條，落差小于5m的斷層6條。巷道施工過(guò)程中實(shí)見(jiàn)斷層3條，分別是nf101、f1192-6、f1192-7。此外，通過(guò)三維地震綜合勘探在測(cè)區(qū)內(nèi)解釋陷落柱1個(gè)，該陷落柱位于測(cè)區(qū)中部葛37孔西側(cè)，軸長(zhǎng)50m左右，富水的可能性不大。在測(cè)區(qū)邊界9#煤露頭附近還解釋4個(gè)地質(zhì)異常體。四個(gè)地質(zhì)異常體從平面展布形態(tài)看，類似于陷落柱。sx2區(qū)內(nèi)最大直徑220m，s

19、x3區(qū)內(nèi)最大直徑190m；sx2、sx3地質(zhì)異常體含水性較差，但兩個(gè)地質(zhì)異常體處于大青強(qiáng)富水條帶內(nèi)。sx4地質(zhì)異常體位于測(cè)區(qū)北部，平面形態(tài)為一橢圓形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約90m，短軸長(zhǎng)50m。該地質(zhì)異常體含水性較差。sx5地質(zhì)異常體位于測(cè)區(qū)北部葛4孔附近。平面形態(tài)為一橢圓形，地震勘探控制了sx5的一部分；該地質(zhì)異常體富水的可能性不大。2.4 煤層?xùn)|井區(qū)內(nèi)煤系地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。本井田開(kāi)采的9#煤賦存于太原組地層。區(qū)內(nèi)主要可采煤層為7、9(8+9)#煤層。7#煤：位于太原組中部，上距伏青灰?guī)r1014m。據(jù)區(qū)內(nèi)見(jiàn)煤鉆孔統(tǒng)計(jì)，煤層總厚度0.641.23m，平均1.03m，

20、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，距9#煤約29.16m。層位厚度穩(wěn)定，僅有少量鉆孔煤厚小于最低可采厚度。在全井田變化不大，大部分地區(qū)均可采，屬于穩(wěn)定煤層。8#煤：位于太原組下部，其頂板為大青灰?guī)r，煤層層位不穩(wěn)定。8#煤層厚度變化大，煤層厚度0.95m2.10m，平均1.57m。與9#煤最大間距為17m，在本區(qū)中部與9#煤合并。8#煤在平面上的厚度變化比較大，屬不穩(wěn)定部分可采、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的煤層。9#煤層：本煤層位于太原組下部，是本井田厚度最大的可采煤層。據(jù)井田內(nèi)見(jiàn)煤鉆孔(受斷層影響者除外)統(tǒng)計(jì)，煤層總厚度最小2.30m，最厚達(dá)6.49m，平均厚度4.89m，本區(qū)中部與8#煤合并，該煤層屬于穩(wěn)定可采、結(jié)構(gòu)復(fù)雜煤層的全

21、井田可采煤層。2.5 隔水層分析 9#煤層與奧灰間隔水層綜合分析9#煤層底板至奧陶系灰?guī)r含水層的隔水巖層厚度4145m，平均約43m。巖性組合以粉砂巖、細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、灰?guī)r和鋁土質(zhì)粉砂巖為主。其中，粉砂巖、細(xì)砂巖占總厚度的56%左右；本溪灰?guī)r厚度占總厚度的21%；可塑性比較強(qiáng)的鋁土質(zhì)軟巖類厚度占總厚度的23%左右。這種軟硬相間且具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)在未受構(gòu)造破壞的情況下，具有較好的阻水性能。9#煤底板以下至奧灰含水層隔水層結(jié)構(gòu)如表1所示。表1 9#煤底板隔水層巖層結(jié)構(gòu)巖石名稱平均層厚（m）巖性特征9#煤5.3由鏡煤、亮煤組成，硬度中等鋁土質(zhì)粉砂巖4.5灰色、細(xì)膩，含黃鐵礦9#下煤00.2

22、9區(qū)內(nèi)發(fā)育不穩(wěn)定，有時(shí)尖滅中細(xì)砂巖11.0細(xì)粒結(jié)構(gòu)、分選好，泥硅質(zhì)膠結(jié)，沿層面含鐵質(zhì)粉砂巖5.0結(jié)構(gòu)致密、塊狀構(gòu)造、性脆本溪灰?guī)r9.0隱晶和細(xì)晶結(jié)構(gòu)，致密，中上部有時(shí)夾10#煤溶隙發(fā)育且不均勻，偶見(jiàn)小溶洞鋁土質(zhì)粉砂巖5.5塊狀構(gòu)造、質(zhì)較純、細(xì)膩細(xì)砂巖3.5泥質(zhì)膠結(jié)、夾薄層粉砂巖粉砂巖4.5塊狀無(wú)層理、偶見(jiàn)菱鐵質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬奧陶系灰?guī)r 9#煤層與本灰間隔水層分析9#煤底板至本溪灰?guī)r間距13.427.5m，平均20.5m，巖層結(jié)構(gòu)以粉砂巖、砂巖為主，裂隙發(fā)育程度較高阻水性能一般，底板裂隙發(fā)育方向多為3035，本溪灰?guī)r承壓水在局部地段存在原始導(dǎo)升高度。 3 礦井水害歷史與現(xiàn)狀目前，葛泉礦東井

23、下組煤試采區(qū)尚未發(fā)生過(guò)災(zāi)害性涌水。但在巷道掘進(jìn)階段，多處發(fā)生底板滲水，此外在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，針對(duì)底板的超前探測(cè)鉆孔均有涌水，局部鉆孔在煤層底板下12m處即揭露本溪灰?guī)r水。目前，礦井正常涌水量在182m3/h，主要以大青灰?guī)r水、本溪灰?guī)r水為主，大青灰?guī)r水占整個(gè)礦井涌水量的60%以上，采空區(qū)的本溪灰?guī)r及其它水占整個(gè)礦井涌水量的20%。見(jiàn)表2所示：表2 葛泉礦東井區(qū)礦井涌水量構(gòu)成情況一覽表涌水位置水 源涌水量(m3/h)井筒淋水野青及上部水6放水孔大青灰?guī)r33西翼大巷東翼大巷大青灰?guī)r大青灰?guī)r24581192工作面采空區(qū)本溪灰?guī)r及其它水81190工作面采空區(qū)1194工作面采空區(qū)本溪灰?guī)r及其它水本溪灰?guī)r

24、及其它水262其它巷道及生產(chǎn)用水混合水25合計(jì)182雖然目前礦井涌水量較小，但是隨著開(kāi)采水平的延伸和開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，礦井涌水量將逐步增加。4注漿改造的現(xiàn)實(shí)意義據(jù)測(cè)算，目前，東井9#煤試采區(qū)9#煤層資源保有儲(chǔ)量達(dá)2578萬(wàn)噸，其中-150m以淺1266.2萬(wàn)噸，-150m以深1311.8萬(wàn)噸，總之東井9#煤層資源儲(chǔ)量相當(dāng)可觀。但是，本區(qū)9#煤開(kāi)采受到底板水害的嚴(yán)重威脅，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面： 由于本區(qū)處于百泉奧灰?guī)r溶水文地質(zhì)單元南部逕流區(qū)的沙河-邢臺(tái)-百泉逕流帶和高店村-張寬-百泉逕流帶之間的相對(duì)強(qiáng)逕流地帶。 地下水補(bǔ)給充分，徑流條件暢通。因此，本區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層歷年最高水位+76.33m，

25、富水性較強(qiáng)，-150m水平9#煤層底板承受的最大水壓力達(dá)2.15mpa，突水系數(shù)最高可達(dá)0.07 mpa/m； 9#煤下伏本溪灰?guī)r含水層厚度大（9m左右），巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，且與奧陶系灰?guī)r含水層之間存在密切的水力聯(lián)系，兩者已經(jīng)復(fù)合為一個(gè)含水體； 本溪灰?guī)r含水層普遍發(fā)育導(dǎo)升裂隙，局部發(fā)育高度甚至直達(dá)9#煤底板。綜合上述，本區(qū)9#煤帶壓開(kāi)采水文地質(zhì)條件表現(xiàn)出“一薄、二強(qiáng)、三高”的特點(diǎn)：“一薄”本灰與奧灰之間隔水層??；“二強(qiáng)”奧灰?guī)r溶發(fā)育，巨厚、富水性極強(qiáng)；本灰厚度大、巖溶裂隙發(fā)育、與奧灰之間存在水力聯(lián)系，富水性較強(qiáng)；“三高”奧灰水壓高、本灰導(dǎo)升高、突水系數(shù)高。復(fù)雜的水文地質(zhì)條件使本區(qū)防治水工

26、作形勢(shì)嚴(yán)峻，迫使葛泉礦東井不得不進(jìn)一步重新認(rèn)識(shí)礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，重新評(píng)價(jià)和定位礦井面臨的水害類型，采取切實(shí)可行的礦井防治水技術(shù)路線和符合礦井水害特點(diǎn)的礦井防治水方法與措施，以確保礦井生產(chǎn)安全。因此，研究適合本區(qū)的科學(xué)合理的帶壓開(kāi)采防治水技術(shù)是我們必須直接面對(duì)的重要課題。為此，葛泉礦東井制訂了以疏放頂板大青灰?guī)r水，注漿加固9煤底板及全面注漿改造下伏的本溪灰?guī)r含水層，使其成為弱含水層或相對(duì)隔水層，增加9煤至奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層的有效隔水層厚度，封堵奧灰水的垂向?qū)ǖ赖姆乐嗡夹g(shù)路線。故注漿加固9煤底板及全面注漿改造本溪灰?guī)r是東井防治水工作的重要一環(huán)。5 注漿站規(guī)劃根據(jù)葛泉礦東井開(kāi)采下組煤防治水

27、技術(shù)路線，9#煤底板及下部本溪灰?guī)r含水層必須進(jìn)行注漿堵水。為此，由北京煤科總院建井研究分院進(jìn)行地面注漿站總體設(shè)計(jì)和設(shè)備選型，山東肥城博達(dá)工貿(mào)公司于2006年3月在東井建成了地面注漿站并投入使用。實(shí)施對(duì)東井9#煤底板及其下部本溪灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿堵水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合井上、下位置關(guān)系綜合考慮道路、供電、通訊、水源等因素選擇合理的注漿站位置。5.1 土建工程在地面整平夯實(shí)的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、施工操作方便為原則，建造儲(chǔ)土注漿棚，粗漿池，廢漿池、精漿池、攪拌吸漿池、散裝水泥罐平臺(tái)，清水池、蓄水池、配電室、微機(jī)監(jiān)控室，辦公室、電工維修室、值班室等土建工程。其中儲(chǔ)土注漿棚1座：790 ，

28、有效儲(chǔ)土部分430，為棚架結(jié)構(gòu)，棚身為金屬支架，棚頂為石棉瓦或玻璃鋼瓦。粗漿池2個(gè)：直經(jīng)3m，深度2m，墻厚0.3m，上口高出地面0.4m，體積14m3。廢渣池1個(gè)：長(zhǎng)4m，寬1m，高出地面1m，便于清挖。精漿池2個(gè)：直經(jīng)6m，深度2.5m，墻厚0.3m,上口高出地面0.4m,體積70m3。攪拌吸漿池（混漿池）4個(gè)：直經(jīng)2m，深度2m，其中吸漿部分低于池底0.5m，墻厚0.3m，上口高出地面0.4m。水泥罐平臺(tái)一個(gè)，安裝4個(gè)罐，單罐載荷重按60t設(shè)計(jì)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平臺(tái)高出地面0.8m，地下部分到硬底。高位儲(chǔ)水池1個(gè)，長(zhǎng)6m，寬5m，深2m，儲(chǔ)水部分高出地面4m，池頂面以下0.2m設(shè)觀測(cè)管

29、（25mm），池底部0.2m處設(shè)2個(gè)2寸水管，以便自然泄水,另外池底部設(shè)排污管。清水池2個(gè)，長(zhǎng)1.5m，寬1.5m，深1m，2.2m3，為磚石結(jié)構(gòu)。辦公室6間，包括微機(jī)監(jiān)控室、會(huì)議室、配電室、值班室、電工維修室、更衣室等，為磚混結(jié)構(gòu)。5.2 粘土上料造漿系統(tǒng)由粘土皮帶輸送機(jī)、高位水池、nl20型制漿機(jī)、粗漿池、液下多用泵、除砂器、精漿池、攪拌機(jī)等組成。皮帶輸送機(jī)：機(jī)身長(zhǎng)10m，皮帶寬0.6m，機(jī)頭高度應(yīng)滿足制漿機(jī)高度，由tdy75型油浸式電動(dòng)滾筒帶動(dòng)，功率5.5kw，主要用于輸送粘土到制漿機(jī)。高位水池：通過(guò)2寸管路和管道加壓泵與制漿機(jī)連接，閥門控制水量，負(fù)責(zé)向制漿機(jī)供給造漿用水及沖洗制漿機(jī)用水

30、。nl20型制漿機(jī)：規(guī)格為170017001700mm（長(zhǎng)寬高），是制造粘土漿的主要設(shè)備，主電機(jī)功率30kw，有粉碎、攪拌、篩選三種功能，具有定量上料，連續(xù)造漿的特點(diǎn)。額定造漿量20m3/h,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)比重、粘度及時(shí)調(diào)整粘土量及水量，制成漿液后經(jīng)過(guò)濾流入粗漿池。粗漿池：容積14m3,主要用于儲(chǔ)存粘土粗漿，并安設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，液下多用泵兩臺(tái)。液下多用泵：型號(hào)dyws5020，排量50m3/h，功率5.5kw，用于輸送粗漿經(jīng)除砂器除砂后進(jìn)入精漿池。潛污泵：型號(hào)為qwk系列，每臺(tái)排量15m3/h，揚(yáng)程15m，功率2.2kw，由精漿池輸送漿液入射流造漿系統(tǒng)。旋流除砂器：具有除砂去渣功能，經(jīng)凈化后顆粒較粗

31、的砂粒等廢渣進(jìn)廢渣池，漿液進(jìn)精漿池。精漿池：容積70m3，用于儲(chǔ)存精漿，精漿池上安設(shè)攪拌機(jī)一臺(tái)，及時(shí)攪拌以免沉淀。粘土水泥漿攪拌機(jī)：因粘土漿、水泥漿經(jīng)過(guò)一段時(shí)間易沉淀，需要安裝攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌方能注漿。攪拌機(jī)采用淄博電機(jī)廠生產(chǎn)的bld5715.5型行星擺線式針輪減速機(jī)制造，功率5.5kw，傳速比：71。5.3 射流造漿系統(tǒng)由散裝水泥罐、氣動(dòng)下料、調(diào)速螺旋、計(jì)量螺旋、變頻調(diào)速控制柜、注漿控制系統(tǒng)等組成。（1）散裝水泥罐：設(shè)計(jì)4個(gè)，罐體直經(jīng)2.6m，高6.3m，總高11.2m，含除塵和料位控制，可儲(chǔ)存水泥50t，肥城搏達(dá)工貿(mào)公司制造。（2）射流造漿監(jiān)控系統(tǒng)。射流造漿是射流泵輸送的粘土漿經(jīng)射流造漿器產(chǎn)

32、生的高壓射流體和水泥混合，從而制造粘土水泥漿。同傳統(tǒng)的攪拌造漿相比，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、造漿性能穩(wěn)定、效率高、場(chǎng)地占用少等優(yōu)點(diǎn)，在注漿治水中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。與此相適應(yīng)，配備水泥氣動(dòng)下料裝置和注漿控制系統(tǒng)。注漿控制系統(tǒng)由煤礦注漿專用微機(jī)（帶顯示器）、打印機(jī)、亞當(dāng)i/o模塊、集線柜、r232連線、組態(tài)王開(kāi)發(fā)軟件（加狗）、注漿控制專家管理系統(tǒng)、壓力變送器、液位計(jì)、開(kāi)關(guān)電源、變頻調(diào)速螺旋機(jī)、計(jì)量螺旋機(jī)、變頻調(diào)速控制柜、射流造漿器組成。根據(jù)設(shè)定的注漿方式（單液水泥漿、粘土水泥漿、復(fù)合漿）、注漿密度和注漿壓力，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)參數(shù)的采集處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)造漿、注漿過(guò)程的跟蹤控制。5.4 注漿系統(tǒng)

33、由泥漿泵、壓力表、電磁流量計(jì)、微機(jī)工業(yè)密度計(jì)、注漿管路、送料孔組成：（1）泥漿泵：是輸送漿液的主要設(shè)備，采用nbb260/7型泥漿泵，五級(jí)變速，流量分別為260、167、106、60、35l/min，電機(jī)功率45kw，工作壓力710mpa，最大工作壓力12 mpa。由石家莊煤機(jī)有限責(zé)任公司與肥礦集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)。（2）壓力表：量程不低于6mpa，用于觀測(cè)注漿系統(tǒng)壓力，量程與泥漿泵、管路及規(guī)定注漿壓力范圍等配套。安裝在泥漿泵及井下注漿孔孔口上。（3）注漿管路：與地面泥漿泵、電磁流量計(jì)、微機(jī)工業(yè)密度計(jì)、送料孔及井下鉆孔相連，泥漿泵與送料孔用高壓膠管連接，用于輸送漿液，采用直經(jīng)506mm地質(zhì)管，用卡套式

34、高壓快速接頭連接。5.5 供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)：包括水源井或水塔、水泵、高位儲(chǔ)水池、清水池、水管等。水源井或水塔的供水量不低于30m3/h，確保注漿站連續(xù)造漿、注漿用水。儲(chǔ)水池容量不小于60m3，儲(chǔ)水部分高出地面4m，水池底部留設(shè)2個(gè)50.8mm閥門，以便于自然泄水；清水池則用于泥漿泵沖洗注漿管路之用。5.6 供電系統(tǒng)本注漿站共設(shè)計(jì)電動(dòng)設(shè)備63臺(tái)件，合計(jì)功率450kw左右，常用設(shè)備功率420kw左右,可根據(jù)此功率考慮供電線路及配電設(shè)備。6 cl-c注漿材料研究6.1 cl-c漿液發(fā)展歷史簡(jiǎn)介粘土作為一種注漿材料，我國(guó)50年代在煤礦注漿中已有應(yīng)用，當(dāng)時(shí)粘土只是作為一種懸浮劑，規(guī)模較小。80年代中后期

35、，煤礦建井越來(lái)越深，注漿材料消耗也隨之增大，如華北某礦井，420750m共330m注漿井筒，注入水泥24258.80t，注漿材料成本1100萬(wàn)元之多，每米井筒注漿材料費(fèi)用3.67萬(wàn)元。為降低成本、提高注漿效率，煤科總院建井分院（原建井所）1991年研制出cl-c注漿材料并在山東棗莊礦務(wù)局付村西風(fēng)井應(yīng)用成功。此后，在地面預(yù)注漿中cl-c漿液全面代替了以水泥為主的注漿材料，該科研成果獲1995年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。截至目前，已有80余個(gè)井筒應(yīng)用cl-c漿液進(jìn)行地面預(yù)注漿。國(guó)外同類注漿材料在前蘇聯(lián)國(guó)家、東歐地區(qū)、美國(guó)及南非等國(guó)家上世紀(jì)六、七十年代陸續(xù)應(yīng)用。薄層灰?guī)r注漿改造，1986年在山東肥城等地已

36、開(kāi)始，注漿材料為水泥漿。蘇聯(lián)“注漿與地質(zhì)勘探專業(yè)聯(lián)合公司（stg）”，從70年代就廣泛采用粘土水泥漿進(jìn)行巖溶裂隙和不穩(wěn)定地層注漿。山東肥城先由煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院進(jìn)行了cl-c漿液室內(nèi)配方及模型注漿研究，然后進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。從1991年底后便大量推廣使用粘土水泥漿對(duì)薄層灰?guī)r進(jìn)行注漿改造。實(shí)踐證明：薄層灰?guī)r注漿改造是防止奧灰水突出的有效措施，cl-c漿液是良好的注漿材料，其技術(shù)、工藝是成功的。6.2 cl-c漿液堵水機(jī)理6.2.1粘土水泥漿的時(shí)間穩(wěn)定性和耐久性粘土水泥漿三態(tài)變化是其成功堵水的內(nèi)因，在粘性狀態(tài)下漿液具有良好的懸浮穩(wěn)定性、流動(dòng)性和擴(kuò)散性；塑性強(qiáng)度增加可防止?jié){液沿單一裂隙超擴(kuò)散

37、,防止地下水滲透、稀釋、沖走； 彈性狀態(tài)保證形成密實(shí)的堵水帷幕，并具有長(zhǎng)時(shí)間的耐久性。6.2.2 粘土水泥漿的可注性和流變性 粘度和屈服應(yīng)力主要受水化時(shí)間影響,少量析水后漿液的粘度和屈服應(yīng)力也會(huì)增大,但不致失去流動(dòng)性，漿液流動(dòng)過(guò)程中脫水并逐漸密實(shí)與這一特性有關(guān)。假定漿液在一圓管中流動(dòng)(經(jīng)計(jì)算發(fā)生層流的可能性較大)，其流速分布如圖2所示。漿液流速與其粘度成反比，析出的水粘度小，其流速大于漿液流速，在圖2塑性流體在圓管中的層流流速分布示意r 圓管半徑； r0塞流半徑；vr0塞流流速； vr1半徑為r1處流速( r0r1r )流動(dòng)過(guò)程中逐漸匯聚在漿液前部，相對(duì)落后的漿液密度漸漸增大，漿液在圓管中的停

38、留時(shí)間分布與流速分布相反，停留時(shí)間越靠近管壁處越長(zhǎng)，漿液粘度和屈服應(yīng)力隨時(shí)間增大到一定程度后，失去流動(dòng)性，進(jìn)入塑性狀態(tài)。中心處漿液對(duì)周圍漿液擠壓，使其束縛的水釋放出來(lái)，從而使?jié){液的密度顯著增大，密實(shí)性提高。隨著中心可流動(dòng)區(qū)域的逐漸縮小，漿液流動(dòng)阻力逐漸升高。漿液停止流動(dòng)后，其中的水泥徹底水化，吸收了剩余的水，并形成具有一定密度、強(qiáng)度的結(jié)石體。長(zhǎng)期大量的工業(yè)性試驗(yàn)表明， 粘土水泥漿既具有漿液擴(kuò)散所需要的流動(dòng)性， 又可脫水密實(shí)形成較高結(jié)石強(qiáng)度的堵水帷幕。6.2.3 粘土水泥漿的凝結(jié)性粘土水泥漿以粘土為主劑，水泥為結(jié)構(gòu)生成劑，另加s型結(jié)構(gòu)促成劑（水玻璃）共三種成分組成。其主要反應(yīng)如下：粘土是含水鋁硅

39、酸鹽，其礦物成分多為高嶺土、蒙脫石、伊利石，具有吸水能力。水泥、水玻璃為水硬性材料，凝結(jié)過(guò)程對(duì)漿液性能影響較大。由于粘土、水泥、水玻璃之間的反應(yīng)速度不同，使粘土水泥漿在凝結(jié)過(guò)程中發(fā)生了從流態(tài)到固態(tài)所產(chǎn)生的具有流動(dòng)性的粘性狀態(tài)、形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、流動(dòng)性下降的塑性狀態(tài)、形成化學(xué)力相連接的新固相，具有一定強(qiáng)度的彈性狀態(tài)。三種狀態(tài)連續(xù)演變， 無(wú)明顯的初凝、終凝。(一) 粘性狀態(tài)粘土顆粒通常小于0.005mm，和水結(jié)合生成膠體分散體系，其中二氧化硅微粒表面吸附了鈉、鉀、鈣離子，形成了一定厚度的離子擴(kuò)散層。當(dāng)水泥顆粒均勻地分散到粘土漿后，因粘土的懸浮作用， 水泥顆粒處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。水泥礦物水化后，氫氧化鈣

40、與土粒發(fā)生離子交換反應(yīng)，鈣離子使土顆粒分散度降低，穩(wěn)定性下降。加入水玻璃后，水玻璃與氫氧化鈣反應(yīng)，生成一定強(qiáng)度的產(chǎn)物，其表面積較大，同時(shí)也因水玻璃中的鈉離子重新置換了粘土顆粒上的鈣離子，因而粘土顆粒的分散度有所提高。宏觀現(xiàn)象也證實(shí)了這個(gè)過(guò)程，即粘土漿中加入水泥后粘度增大不明顯，析水傾向性增大；加入水玻璃后粘度增加幅度大，穩(wěn)定性提高。土顆粒、水泥粒子、水玻璃間發(fā)生了上述反應(yīng)后，有明顯的膠凝現(xiàn)象，粘度增大，但因水泥水化速度慢，只有很少一部分粒子水化，這時(shí)的主要反應(yīng)是(4)和(5)。 漿液還不具備抵抗外力的能力，具有良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。(二) 塑性狀態(tài)隨著水泥水化的進(jìn)行，生成大量以物理力相互連接的

41、膠體顆粒，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并包圍粘土顆粒，漿液表現(xiàn)出塑性。在外力的作用下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，釋放出束縛的水，顆粒分散，外力解除后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以恢復(fù)，漿液表現(xiàn)出塑性，具有塑性強(qiáng)度。(三) 彈性狀態(tài)生成大量水泥水化粒子后，在液相中形成以化學(xué)力相連接的新固相，具有不可逆性，抵抗外力的能力較高，這個(gè)過(guò)程主要按反應(yīng)式(2)進(jìn)行的。同時(shí)水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣與粘土發(fā)生粒子交換，粘土顆粒凝聚。因此粘土水泥漿結(jié)石體強(qiáng)度、密實(shí)性與水泥含量有直接關(guān)系。通過(guò)以上堵水機(jī)理及凝結(jié)性分析，cl-c粘土水泥漿在粘性狀態(tài)具有很好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，在塑性狀態(tài)有一定塑性強(qiáng)度，在彈性狀態(tài)結(jié)石體有一定強(qiáng)度，雖然水泥含量較少，抗壓強(qiáng)度較低，但

42、仍能夠抵抗地下水的壓力而不被從裂隙中擠出，因而能夠起到堵水作用。cl-c粘土水泥漿的粘度決定其流動(dòng)性和可注性，析水率決定漿液的結(jié)石率，塑性強(qiáng)度決定漿液的擴(kuò)散性能和抵抗地下水?dāng)D壓的能力，因此粘土水泥漿的主要性能包括粘度、析水率和塑性強(qiáng)度。6.3 cl-c漿液性能研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室大量實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)粘土水泥漿的比重、粘度、析水率、塑性強(qiáng)度等性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并取得良好結(jié)果。6.3.1 cl-c漿液用土分析實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用土實(shí)驗(yàn)粘土取自邢臺(tái)南河縣的表土層，粘土外觀特征為紫褐色粘土（n1），粘土樣品送至中科院地質(zhì)研究所測(cè)試物化性能，分析結(jié)果見(jiàn)表3。表3 粘土水理性質(zhì)及物質(zhì)組成液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)

43、自由膨脹率(%)顆粒組成(mm，)活性指數(shù)(pi/2um)蒙脫石()有機(jī)質(zhì)()caco3()工程定名備注0.0750.0750.0050.0050.00252.6427.1325.5160.000.2330.3369.4457.080.4524.603.988.59高塑性、弱脹縮性粘土n1濱湖粘土具有鐵質(zhì)膠結(jié)表4 粘土顆粒組成編號(hào)液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)自由膨脹率(%)顆粒組成(mm，)有機(jī)質(zhì)()caco3()蒙脫石()工程定名2-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0050.0050.002申莊村南51.230.121.1551.04.06.035.054.033.

44、00.300.036.20粘土申莊-柳溝41.824.517.3432.77.68.745.535.523.00.260.035.53粘土北祁村63.030.332.7680.30.71.022.076.063.50.270.038.33粘土西葛泉南38.424.014.42414.32.43.053.327.020.00.301.418.20粉質(zhì)粘土工業(yè)性試驗(yàn)用土對(duì)注漿工程使用粘土進(jìn)行了物性分析，分析結(jié)果如表4所示。由表中分析結(jié)果以及結(jié)合成本，表中所列粘土均可作為本注漿工程用土。注漿粘土使用標(biāo)準(zhǔn)表土段粘土種類繁多、成分復(fù)雜，不同地域的粘土物化成分差別也較大，好的粘土是粘土漿堵水成功的前提和關(guān)

45、鍵。依據(jù)cl-c注漿材料研究理論、粘土漿堵水機(jī)理以及實(shí)驗(yàn)室研究和工程應(yīng)用實(shí)例證明，注漿用粘土應(yīng)符合如下標(biāo)準(zhǔn)：粘土的塑性指數(shù)10；粘土顆粒（粒徑0.005mm）25；含砂量5；有機(jī)物3?？傊?，符合以上標(biāo)準(zhǔn)并工程定名為粘土的土樣均可以作為注漿材料使用，注漿時(shí)粘土具體使用量（粘土原漿的比重）要根據(jù)不同的土樣、受注地層、注漿工藝、注漿參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)研究配方等因素靈活調(diào)整。6.3.2 漿液不同配比條件下比重、粘度、析水率的實(shí)驗(yàn)研究根據(jù)設(shè)計(jì)的三因素四水平正交試驗(yàn)，測(cè)得不同實(shí)驗(yàn)條件下漿液的性能參數(shù)比重、粘度、析水率，具體實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。表5 粘土水泥漿正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及性能測(cè)定結(jié)果正交實(shí)驗(yàn)編號(hào)粘土原漿水泥用量

46、/g水玻璃用量/ml粘土水泥漿比重/(gml)粘度/s用量/ml比重/(gml)粘度*/s析水率/11.1316.12956.710010.01.1925.162.021.1717.41933.315016.71.2767.251.031.2119.87910.020023.31.33滴流0.541.2525.50886.725030.01.40滴流0.551.1316.41926.715023.31.2352.840.861.1717.50936.710030.01.2410.0滴1.071.2119.50906.725010.01.36滴流0.581.2525.53916.620016.7

47、1.37滴流0.591.1316.37903.320030.01.2683.250.5101.1717.40893.425023.31.3393.0滴0.5111.2119.66950.010016.71.274.0滴0.5121.2525.80940.015010.01.34滴流0.5131.1316.04900.025016.71.2936.721.0141.1717.35923.320010.01.2952.940.8151.2119.56920.015030.01.30滴流0.5161.2525.64943.410023.31.31滴流0.5注：*此列中的“滴流”表示漿液太稠，測(cè)試過(guò)程

48、中漿液從呈股流下?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)為滴流，“滴流”前的數(shù)字表示滴流之前所用的時(shí)間。6.3.3 不同配比條件下漿體塑性強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究根據(jù)不同的試驗(yàn)條件，先配制好漿液，然后室溫下圓模成型，最后將圓模放于shby40a型 水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，以供塑性強(qiáng)度測(cè)試。漿液的塑性強(qiáng)度（）由公式（式-1）計(jì)算所得。其中測(cè)試深度用改進(jìn)后的水泥凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀測(cè)定，試錐錐入圓模上水平面的深度即為測(cè)試深度。 （式-1）式中：塑性強(qiáng)度，kpa；g作用在試塊上的力，大小為2.5n； 為試錐的夾角，大小為30； h測(cè)試深度，mm；為圓周率常數(shù)，此處取3.14。根據(jù)式（式-1）的計(jì)算方法，測(cè)得不同正交試驗(yàn)條件下（其中配制漿液體積均為10

49、00ml，水泥和水玻璃用量均以1000ml漿液需要量計(jì)算）試樣齡期與塑性強(qiáng)度之間的關(guān)系，如圖3。圖3漿體塑性強(qiáng)度與齡期間的的關(guān)系a原漿比重1.13；b原漿比重1.17；c原漿比重1.21；d原漿比重1.251-水泥100g，添加劑10.0ml；2-水泥150g，添加劑16.7ml；3-水泥200g，添加劑23.3ml；4-水泥250g，添加劑30.0ml；5-水泥150g，添加劑23.3ml；6-水泥100g，添加劑30.0ml；7-水泥250g，添加劑10.0ml；8-水泥200g，添加劑16.7ml；9-水泥200g，添加劑30.0ml；10-水泥250g，添加劑23.3ml；11-水泥1

50、00g，添加劑16.7ml；12-水泥150g，添加劑10.0ml；13-水泥250g,添加劑16.7ml；14-水泥200g，添加劑10.0ml；15-水泥150g，添加劑30.0ml；16-水泥100g，添加劑23.3ml6.3.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析 粘度分析隨著原漿比重增大、水泥用量增大、水玻璃用量增大，粘土水泥漿的粘度增大，通過(guò)對(duì)表5中不同水泥和水玻璃用量下的粘度數(shù)據(jù)進(jìn)行正交分析，有t3t1t2，即三個(gè)因素對(duì)漿液粘度的影響情況：水玻璃的影響最大，原漿比重的影響較大，而水泥用量的影響最小。 塑性強(qiáng)度分析隨著原漿比重增大、水泥用量增大、水玻璃用量增大，粘土水泥漿的塑性強(qiáng)度增長(zhǎng)速度加快，將各

51、齡期的塑性強(qiáng)度進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，各齡期（2h24h）的計(jì)算結(jié)果均為t3t1t2。說(shuō)明水玻璃對(duì)漿體早期的塑性強(qiáng)度（24h）影響最大，原漿比重的影響次之，水泥用量的影響最小。 注漿配方選擇分析根據(jù)不同因素對(duì)漿液粘度以及對(duì)漿體早期（24h）塑性強(qiáng)度的影響分析可知，在一般地層注漿時(shí)，原漿的比重宜在1.131.20之間，水泥的用量宜在100150kg/m3漿液，水玻璃的用量宜在1030l/m3漿液。6.4 cl-c漿液的特點(diǎn)通過(guò)以上探討和實(shí)驗(yàn)研究，可以看出，與傳統(tǒng)的單液水泥漿相比，cl-c粘土水泥漿有以下主要特點(diǎn)：（1）在粘性狀態(tài)不沉淀、不稀釋，具有良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，保證了漿液在裂隙中足夠的擴(kuò)散距離

52、。（2）在粘性狀態(tài)下有較高的粘度，并在一定時(shí)期后進(jìn)入塑性狀態(tài)，其粘度及塑性強(qiáng)度可以通過(guò)原漿比重、水泥加量及水玻璃加量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，因此可以有效控制漿液的超擴(kuò)散，在合理的注漿量范圍內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，滿足注漿工藝的要求。（3）因主要成份粘土顆粒更細(xì)，更容易注入較細(xì)小的裂隙，且結(jié)石體具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性和耐久性，堵水效果更好。（4）因粘土礦物和水玻璃的作用，析水率低，結(jié)石率高（可達(dá)95%以上，而水灰比1:1的單液水泥漿的結(jié)石率為85%），對(duì)于一個(gè)注漿段一次注漿就可以結(jié)束，而單液水泥漿需要小段高多次復(fù)注才能達(dá)到要求。因此采用cl-c漿液可以大大減少注漿次數(shù)，提高注漿效率，使注漿工期縮短6080%。

53、（5）水泥用量可減少7080%，降低注漿成本3050%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。正因?yàn)閏l-c漿液具有以上特點(diǎn)，堵水效果優(yōu)于單液水泥漿，注漿效率高，成本低，適用于基巖含水層地下水的封堵與防治，從而得到廣泛的應(yīng)用。7 工業(yè)性試驗(yàn)7.1 注漿孔的布置本階段粘土水泥漿注漿堵水工作主要實(shí)施于葛泉礦東井東翼運(yùn)輸大巷、東翼軌道大巷和1193工作面的部分地段。注漿鉆孔具體布置圖如圖4所示，分別為試驗(yàn)1孔、試驗(yàn)2孔、cq-9孔、cq-10孔、dgcq-6孔和dgcq-7孔，其中1193工作面外加15注漿孔未在圖中標(biāo)出，另外圖4中還包含了本溪放水試驗(yàn)的水文觀測(cè)孔觀7孔和觀9孔。圖4 葛泉礦東井部分注漿鉆孔布置圖圖5-圖1

54、0分別列出了部分注漿鉆孔的成果剖面圖（東翼運(yùn)輸大巷注漿試驗(yàn)1孔、東翼運(yùn)輸大巷注漿試驗(yàn)2孔、東翼軌道大巷dgcq-6孔、1193加15孔、東翼運(yùn)輸大巷cq-9孔和東翼軌道大巷dgcq-5孔）。其中成果剖面圖中均包含了本注漿層位的詳細(xì)地質(zhì)情況，另外圖中還畫(huà)出了各個(gè)鉆孔的結(jié)構(gòu)示意圖，并相應(yīng)標(biāo)注了注漿孔的方位、標(biāo)高以及注漿孔的孔徑、注漿段長(zhǎng)度等注漿參數(shù)。由注漿鉆孔成果剖面圖可知，注漿段主要位于鋁土質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖以及本溪灰?guī)r層位中，鉆孔涌水可能主要來(lái)自于砂巖以及本溪灰?guī)r中的微裂隙水，煤層底板可能隱伏導(dǎo)水裂隙帶。加之本區(qū)巖溶異常體比較發(fā)育，因此，本溪灰?guī)r水與奧灰水之間水力聯(lián)系較好，可能存在奧灰水垂向越流補(bǔ)給現(xiàn)象或其它形式的補(bǔ)給方式。另?yè)?jù)地質(zhì)資料分析，含水裂隙開(kāi)度較小，所以注漿堵水材料的粒徑和粘度不應(yīng)太大。圖5 東翼運(yùn)輸大巷注漿試驗(yàn)1孔鉆探成果