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粘土水泥浆在葛泉矿东井9＃煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告北京中煤矿山工程有限公司煤炭科学研究总院北京建井研究分院二〇〇八年八月十二日粘土水泥浆在葛泉矿东井9＃煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告编写：王正胜宋雪飞袁辉审核：高岗荣徐润北京中煤矿山工程有限公司煤炭科学研究总院北京建井研究分院二〇〇八年八月十二日I目录目录.....................................................................I前言........................................................................11矿井概况...................................................................22葛泉矿井地质、水文地质条件.................................................22.1地质地层.............................................................22.2水文地质条件.........................................................42.3构造.................................................................62.4煤层.................................................................72.5隔水层分析...........................................................83矿井水害历史与现状.........................................................94注浆改造的现实意义.........................................................95注浆站规划................................................................105.1土建工程............................................................105.2粘土上料造浆系统....................................................115.3射流造浆系统........................................................125.4注浆系统............................................................125.5供水系统............................................................135.6供电系统............................................................136CL-C注浆材料研究.........................................................136.1CL-C浆液发展历史简介...............................................136.2CL-C浆液堵水机理...................................................146.2.1粘土水泥浆的时间稳定性和耐久性................................146.2.2粘土水泥浆的可注性和流变性....................................146.2.3粘土水泥浆的凝结性............................................156.3CL-C浆液性能研究...................................................166.3.1CL-C浆液用土分析.............................................166.3.2浆液不同配比条件下比重、粘度、析水率的实验研究................186.3.3不同配比条件下浆体塑性强度的实验研究..........................196.3.4正交试验结果分析..............................................206.4CL-C浆液的特点.....................................................217工业性试验................................................................217.1注浆孔的布置........................................................217.2注浆机具............................................................257.3注浆工艺............................................................257.3.1注浆材料......................................................26II7.3.2浆液比重......................................................277.3.3注浆段长......................................................277.3.4注浆量和注浆终压..............................................287.3.5注浆方式......................................................297.3.6注浆结束压力标准..............................................297.3.7注浆质量的检查................................................297.4注浆成果............................................................297.4.1注浆孔参数....................................................297.4.2注浆成果分析..................................................297.5注浆效果对比........................................................327.6粘土水泥浆、单液水泥浆的适应性......................................338粘土水泥浆注浆经济效益分析................................................338.1粘土水泥浆与单液水泥浆每立方浆液用原料成本对比......................338.2注浆工期效益........................................................349结论......................................................................351粘土水泥浆在葛泉矿东井9＃煤底板及本溪灰岩注浆改造可行性报告前言葛泉矿东井是葛泉井田下组煤试采区矿井，2007年2月8日建成投产，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。基于本矿井注浆改造工作的必要性和重要性以及试采区水文地质条件的复杂性，在前期试采过程中采用了注浆加固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煤底板及下伏本溪灰岩注浆改造材料是完全可行的。21矿井概况葛泉矿井位于沙河市下解村附近，东距京广铁路褡裢站10km，北距邢台市约18km。本矿井铁路专用线与京广铁路相通，公路交通四通八达，交通相当便利。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，主采9#煤，设计生产能力为30万吨/年，矿井服务年限为18年。2004年3月5日葛泉矿东井建设项目正式开工，2006年8月1日成立葛泉矿东井，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葛泉矿井地质、水文地质条件2.1地质地层葛泉井田地表全为新生界地层所覆盖，根据钻孔及井巷揭露，井田内发育的地层自老至新依次为奥陶系中统马组与峰峰组；石炭系中统本溪组、上统太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组以及第四系。现分组叙述如下：Ⅰ奥陶系（O）①奥陶系中统下马家沟组（O2x）下段（O21x）：厚7～17m，一般12m左右。岩性为薄层钙质页岩，俗称“贾旺页岩”。中段（O22x）：厚17～78m，平均47.5m。为角砾状含白云质灰岩和泥质角砾状灰岩。下部为中厚层状角砾岩，夹薄层泥质灰岩，角砾成分为灰岩和白云岩；上部为角砾状泥质灰岩、薄层状白云质灰岩，夹有隐晶质灰岩。上段（O23x）：厚75～110m，平均95m。下部为灰岩与角砾状白云质灰岩，局部夹薄层泥岩；中部为粉红色花斑状灰岩，俗称“云雾灰岩”；上部为厚层状致密灰岩，含石膏、石盐晶体。3②奥陶系中统上马家沟组（O2s）下段（O2