改進(jìn)注漿工藝-降低注漿成本

1、焦煤集團(tuán)科技創(chuàng)新成果申報(bào)表科技成果名稱改進(jìn)注漿工藝降低注漿成本成果完成單位成果完成人員項(xiàng)目起止日期聯(lián)系人成果內(nèi)容簡(jiǎn)介：（可附頁）演馬莊礦煤層底板含水層裂隙發(fā)育、富水性強(qiáng)，含水豐富，水頭壓力高，各含水層之間存在水利聯(lián)系。構(gòu)造復(fù)雜，隱伏斷裂發(fā)育，構(gòu)成高壓水的導(dǎo)水通道，在煤層開采過程中易發(fā)生突水，對(duì)安全生產(chǎn)造成極大威脅。自建井以來，演馬莊礦發(fā)生過五次特大突水，其中兩次淹井，為全國著名大水礦井之一。全礦共發(fā)生突水70余次，包括一次突水點(diǎn)。按最大突水量分：V5m3/min43次、V510m3/min7次、1025m3/min12次、2550m3/min1次、50100m3/min2次、100m3/min

2、3次；按水源分：第一、四系砂礫石層水+基巖風(fēng)化帶裂隙水16次、大占砂巖裂隙水1次、L8灰?guī)r巖溶裂隙水46次、L2+O2灰?guī)r巖溶裂隙水3次、老塘水+老空水2次，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在工作面回采之前一般都要進(jìn)行底板注漿加固和底板含水層改造工作，但每年消耗水泥注漿材料約2.5萬噸,按照每噸水泥247元計(jì)算，費(fèi)用達(dá)617.5萬元。噸煤成本達(dá)16.69元。雖然實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，但經(jīng)濟(jì)成本較高，因此研究降低注漿成本十分必要。效益評(píng)價(jià)：利用井下條件，通過現(xiàn)有巷道對(duì)工作面底板注漿加固工作，直接對(duì)工作面水害薄弱地段采取了防治水措施，通過工作面底板注漿加固鉆孔施工優(yōu)化方案，縮短了注漿工期，冋時(shí)確保了工作面安

3、全回采，避免了不必要的鉆探工程，節(jié)省了費(fèi)用，為了進(jìn)步加強(qiáng)演馬莊礦地測(cè)防治水“節(jié)支降耗”項(xiàng)目管理，強(qiáng)化執(zhí)行力，落實(shí)項(xiàng)目管理責(zé)任，實(shí)現(xiàn)開源節(jié)流、節(jié)支增收，以實(shí)際行動(dòng)貫徹落實(shí)了公司的精神。通過工作面底板注漿改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)后，工作面水害超前治理成效顯著，25083工作面減少涌水量3m3/min，22071工作面減少涌水量5m3/min，年共可節(jié)約排水費(fèi)360余萬元，冋時(shí)為有效解除工作面回采期間的水害威脅奠定了基礎(chǔ)。減輕了-200泵房排水壓力，為演馬莊礦穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)創(chuàng)造了條件，緩解了礦井接替緊張，節(jié)省排水用電，降低噸煤成本，提高工效和質(zhì)量，加固井巷薄弱地段，減少突水機(jī)率、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限的明

4、顯優(yōu)點(diǎn)。其它社會(huì)效益無法估算。應(yīng)用單位財(cái)務(wù)章申報(bào)單位意見：領(lǐng)導(dǎo)簽字（蓋章）年月曰改進(jìn)注漿工藝-降低注漿成本成果總結(jié)1. 立項(xiàng)背景演馬莊礦煤層底板含水層裂隙發(fā)育、富水性強(qiáng),含水豐富,水頭壓力高,各含水層之間存在水利聯(lián)系。構(gòu)造復(fù)雜,隱伏斷裂發(fā)育,構(gòu)成高壓水的導(dǎo)水通道,在煤層開采過程中易發(fā)生突水,對(duì)安全生產(chǎn)造成極大威脅。自建井以來，演馬莊礦發(fā)生過五次特大突水，其中兩次淹井，為全國著名大水礦井之一。全礦共發(fā)生突水70余次，包括二次突水點(diǎn)。按最大突水量分：V5m3/min43次、V510m3/min7次、1025m3/min12次、2550m3/min1次、50100m3/min2次、100m3/min

5、3次；按水源分：第三、四系砂礫石層水+基巖風(fēng)化帶裂隙水16次、大占砂巖裂隙水1次、L8灰?guī)r巖溶裂隙水46次、L2+O2灰?guī)r巖溶裂隙水3次、老塘水+老空水2次，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在工作面回采之前一般都要進(jìn)行底板注漿加固和底板含水層改造工作,但每年消耗水泥注漿材料約2.5萬噸,按照每噸水泥247元計(jì)算，費(fèi)用達(dá)617.5萬元。噸煤成本達(dá)16.69元。雖然實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，但經(jīng)濟(jì)成本較高，因此研究降低注漿成本十分必要。2. 研究開發(fā)內(nèi)容（1）礦井水文地質(zhì)條件演馬莊礦目前主要回采二煤層，煤系地層與下伏的太原組地層呈過渡接觸關(guān)系，太原1組在該礦厚度平均78.83m左右，其中發(fā)育三層灰?guī)rL灰?guī)r、L灰

6、巖、O灰?guī)r，層間夾有泥822巖及砂質(zhì)泥巖，各層灰?guī)r層位穩(wěn)定，裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，滲透系數(shù)8.1739.9m/d、平均23.05m/d。導(dǎo)水系數(shù)70.18321.3m2/d，平均197.09m2/d。水壓23MPa，各含水層之間存在水力聯(lián)系，L灰?guī)r水是工作面發(fā)生突水的主要水源。二煤層位于山西組下部，上距砂鍋81窯砂巖78m左右，下距山西組底界（L頂）10m左右，距L灰?guī)r18m左右。煤層底板巖層是98一組砂、泥巖互層的隔水層組，但由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，隱伏斷裂發(fā)育，構(gòu)成高壓水的導(dǎo)水通道。在煤層開采過程中，在地壓和水壓的共同作用下，地下水沿著通道進(jìn)入工作面，發(fā)生突水，而且突水量大，來勢(shì)兇猛，不易疏干。（

7、2）工作面防治水工作的機(jī)理立足采面以防為主是演馬莊礦多年來防治水成功經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，其出發(fā)點(diǎn)也是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，只要保證采面底板不發(fā)生突水，其余地段雖然含水豐富，只要對(duì)采掘生產(chǎn)沒有威脅就不必考慮。采用底板注漿加固和底板含水層改造是最有效也是最經(jīng)濟(jì)的防治水方法，但如果不注意注漿治水的工作機(jī)理，不知道水泥漿在地層中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一味地多注漿，認(rèn)為注入水泥越多安全系數(shù)越高，往往造成較大的浪費(fèi)，若能進(jìn)一步優(yōu)化注漿方案，在保證安全生產(chǎn)的前提下還有很大的節(jié)約空間。2.1工作面底板注漿加固機(jī)理工作面底板加固是對(duì)煤層底板隔水層薄弱帶進(jìn)行注漿強(qiáng)化處理,使其有較強(qiáng)的抗采動(dòng)能力,達(dá)到安全生產(chǎn)的目的,尤其對(duì)存在原始斷裂構(gòu)造

8、地段進(jìn)行注漿加固,具有重要意義。2.2工作面底板含水層注漿改造機(jī)理含水層改造是通過鉆探注漿把含水層內(nèi)的地下水置換到采場(chǎng)以外，并占據(jù)貯水空間，切斷工作面突水水源。底板注漿加固和含水層改造是防止工作面發(fā)生突水的重要措施。從機(jī)理上可以看出，底板含水層改造意義更為重要，因?yàn)橹灰ＷC工作面底板有效隔水層達(dá)到安全厚度，加固與否都是無所謂的，實(shí)際上底板注漿加固和含水層改造是在注漿過程中同時(shí)完成的。2.3漿液在地層中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律漿液在地層中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與地下水在地層中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不同的,它不是依靠重力作用在水力坡度的條件下自然流動(dòng)的,而是靠注漿泵的推動(dòng)作用向巖層中的孔隙、裂隙、溶洞或者其它薄弱地帶擠壓而前進(jìn)的。在

9、前進(jìn)過程中不斷沉淀、析出、密實(shí)、充塞、凝固和硬化,最終起到巖體加固和切斷水源的作用；因此漿液的注入量在正常情況下是有限的,其擴(kuò)散半徑一般在1030m左右，當(dāng)漿液在巖層中擴(kuò)散的過程中一邊流動(dòng)一邊結(jié)石，流動(dòng)空間不斷變小，阻力不斷增大,擴(kuò)散速度越來越小,最終充滿縫隙,停止流動(dòng),注漿也就結(jié)束了；但在特殊情況下若遇到導(dǎo)水?dāng)鄬踊虼蟮膶?dǎo)水裂隙，注漿量是很大的，漿液流動(dòng)距離可達(dá)幾公里甚至幾十公里，在這種情況下無止境地注入大量水泥材料，是毫無意義的，必須控制注漿量。（3）控制注漿量的幾種方法注漿量控制的方法較多，譬如加入注漿骨料、速凝劑、水玻璃等都可以縮短漿液凝固時(shí)間，減少注漿量；但畢竟要增加新的投入，而且對(duì)長(zhǎng)

10、距離的漿液輸送系統(tǒng)來講是不科學(xué)的、也是不可取的。演馬莊礦在長(zhǎng)期的注漿實(shí)踐中總結(jié)出了間歇注漿法和小流量注漿法，既經(jīng)濟(jì)又安全，是控制注漿量的有效方法。3.1間歇注漿法間歇注漿法，就是在注入大量水泥漿之后（如1001干水泥）注漿壓力仍然沒有升高的趨勢(shì)，說明漿液已經(jīng)進(jìn)入地層中較大的貯水空間或沿某條大的裂隙或斷層擴(kuò)散到了采場(chǎng)以外很遠(yuǎn)的地方，就應(yīng)該停頓一定時(shí)間，然后再注。但間歇注漿必須向注漿孔內(nèi)壓入足夠的清水以保留鉆孔暢通，準(zhǔn)備二次注漿，否則鉆孔將被封死。一般情況下第二次注漿與第一次注漿間隔時(shí)間應(yīng)大于1224h,在這期間不影響其它鉆孔施工。當(dāng)二次注漿時(shí)，孔內(nèi)的涌水量將會(huì)大大減少,需再次注入的漿液不會(huì)太多，

11、只要把剩余的貯水空間充實(shí)，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓即可。在特殊情況下一次間歇注漿效果仍不明顯,注入的水泥量仍然較多,這說明地下溶洞或裂隙較大,需要第二次或第三次間歇,直到注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓為止。如果三次間歇注漿壓力仍不升高,說明含水層內(nèi)存在較大的溶洞,或較大的導(dǎo)水裂隙,需要注入較大粒度的注漿骨料,這種情況極為少見。3.2小流量注漿法小流量注漿法是在低檔位小泵量的條件下注漿。注漿泵排量的大小直接影響著注漿量的大小,在同樣的條件下,用大排量注漿泵的注漿量遠(yuǎn)比用小排量注漿泵的注漿量大,其原因是在導(dǎo)水裂隙大小一定的條件下,大流量漿液在巖層中的流動(dòng)速度快,沉淀、結(jié)石、凝固速度慢,漿液擴(kuò)散距離遠(yuǎn),故而注漿量大；相反

12、,小流量漿液在巖層中的流動(dòng)速度慢,沉淀、結(jié)石、凝固速度快,漿液擴(kuò)散距離近,故而注漿量小。因此,小流量注漿法也是控制注漿量的有效方法。3. 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（1）控制注漿量、節(jié)約材料消耗用間歇注漿和小流量注漿方法來控制注漿量,這兩種方法在我礦已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,不僅防治水效果好,而且節(jié)約了大量的水泥材料，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。我礦25083工作面1-1號(hào)孔、1-2號(hào)孔鉆孔出水量0.8m3/min,鉆孔施工過程中，鉆孔水混濁并攜帶碎石塊，時(shí)有塌孔現(xiàn)象，且水量忽大忽小間歇性變化。注漿時(shí)先注入水泥2101,加入高嶺土901,但注漿壓力卻沒有任何變化，說明注漿鉆孔揭露了大的導(dǎo)水裂隙，漿液擴(kuò)散半徑已經(jīng)超出了采場(chǎng)范圍以

13、外，再增加注漿量必然造成浪費(fèi)；于是采取了間歇注漿方法，停止注漿24h以后又進(jìn)行了二次注漿，持續(xù)2h后壓力增長(zhǎng)了2MPa,效果非常明顯，直到注漿壓力增加到設(shè)計(jì)終壓8MPa注漿結(jié)束。如果不采取間歇注漿方法預(yù)計(jì)將注入水泥10002000多1。像這種情況在防治水工作中是常見的，如27131（上段）工作面5鉆場(chǎng)5-3鉆孔出水量0.3m3/min,5-4鉆孔出水量0.5m?/min；二五軌道煤柱工作面2-1鉆孔出水量3.0m3/min,5-1鉆孔出水量1.4m3/min,6-1鉆孔出水量2.5m3/min,切7-1鉆孔出水量1.3m3/min，切7-2鉆孔出水量1.2m3/min；22071工作面加3鉆孔

14、1.5m3/min，加4鉆孔2.0m3/min，加5鉆孔4.0m3/min，加6鉆孔2.0m3/min等等，都是采用間歇注漿方法減少了注漿量，節(jié)約了大量的注漿材料，預(yù)計(jì)2013年16月份僅此一項(xiàng)技術(shù)可節(jié)約注漿成本135.8萬元（以上列舉11個(gè)鉆孔每孔按節(jié)約5001水泥計(jì)算）。另外，小流量注漿法控制注漿量在我礦也得到廣泛運(yùn)用，一般情況下，鉆孔出水量在1.0m'/min3.0m'/min以內(nèi)，先用大流量注漿，預(yù)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑達(dá)到采場(chǎng)邊界之后，注漿壓力有所上升，這時(shí)采用小流量注漿法，降低漿液擴(kuò)散速度，控制漿液擴(kuò)散距離促使注漿壓力快速提高達(dá)到注漿終壓。鉆孔出水量在1.0m3/min3.

15、0m3/min的幾率是占大多數(shù)的，因此這種注漿方法所節(jié)約的材料費(fèi)用，也是非?？捎^的。今年以來16月份共施工鉆孔61個(gè)，鉆孔出水次數(shù)達(dá)110次，其中出水量在1.0m3/min3.0m3/min的占50次,一次注漿按節(jié)約10t水泥計(jì)算,前6個(gè)月共節(jié)約注漿費(fèi)用12.35萬元。（2）用廉價(jià)注漿材料代替水泥、降低注漿成本根據(jù)工作面的防治水機(jī)理,底板含水層注漿改造,實(shí)際是一種充填注漿,目的是把工作面下部含水層內(nèi)的貯水空間用注漿材料來充實(shí),使其變?yōu)楦羲畬?切斷水源,工作面回采時(shí)免受水害威脅,無需太高強(qiáng)度要求,因此可以加入大量的高嶺土等廉價(jià)材料來代替水泥,按照一定比例進(jìn)行注漿，尤其是用高嶺土注漿更是經(jīng)濟(jì)有效。

16、這項(xiàng)技術(shù)在演馬莊礦成功應(yīng)用,今年16月份已用水泥15879.421高嶺土2498.41,總注漿量18377.821。按照每噸水泥247元計(jì)算，水泥使用費(fèi)用392.22萬元；按照每噸高嶺土15.33元計(jì)算，高嶺土使用費(fèi)用3.83萬元；水泥及高嶺土總注漿費(fèi)用396.05萬元；總注漿量18377.821，按照每噸水泥247元計(jì)算，全部使用水泥需費(fèi)用453.93萬元，改用高嶺土代替水泥為注漿材料節(jié)約資金費(fèi)用57.88萬元。（3）優(yōu)化工作面探放水設(shè)計(jì)、節(jié)約鉆探成本工作面防治水鉆探設(shè)計(jì)不像其它工程設(shè)計(jì),一旦確定,一般不再變更,但防治水鉆探設(shè)計(jì)是要隨著地下水情的變化不斷調(diào)整的。如果在鉆探注漿以前已做過物理探

17、水工作,那么應(yīng)該在無水區(qū)域上少布置幾個(gè)鉆孔,作驗(yàn)證之用,在富水區(qū)域相對(duì)多布置鉆孔,作為注漿改造的重點(diǎn)；如果在物探無水區(qū)驗(yàn)證鉆孔出水量較大,說明物探結(jié)果可靠性不大,則要隨時(shí)改變?cè)O(shè)計(jì),加密鉆孔,作為重點(diǎn)注漿區(qū)域來對(duì)待。如果工作面沒有做過物探探水工作,則要在采場(chǎng)內(nèi)均勻布置注漿鉆孔,但在鉆探施工過程中鉆孔出水量小的區(qū)域要適當(dāng)減少鉆孔個(gè)數(shù),這樣合理的調(diào)整鉆探設(shè)計(jì)可以節(jié)約鉆探成本。如果一味地堅(jiān)持原設(shè)計(jì)不變,不但不能節(jié)約鉆探成本還可能導(dǎo)致防治水工作的失敗,造成大的經(jīng)濟(jì)損失；因此在防治水施工過程中技術(shù)人員要認(rèn)真負(fù)責(zé),經(jīng)常深入現(xiàn)場(chǎng),觀察分析施工現(xiàn)象,不斷優(yōu)化施工設(shè)計(jì)是非常重要的。4. 應(yīng)用地點(diǎn)和效果通過工作面底板注漿改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)后，工作面水害超前治理成效顯著，25083工作面減少涌水量3m3/min,22071工作面減少涌水量5m3/min，年共可節(jié)約排水費(fèi)360余萬元，同時(shí)為有效解除工作面回采期間的水害威脅奠定了基礎(chǔ)。減輕了-200泵房排水壓力，