下载文档原格式
矿井井筒浅部涌水涌砂原因分析与处置发布时间：2021-12-29T06:16:28.273Z 来源：《防护工程》2021年23期作者：郭继雷[导读] 煤矿主井上部井壁出现涌水、涌砂，根据水文地质和涌水原因分析，涌水、涌砂原因是基岩孔隙水（潜水）通过外侧土层间 10m 深处的裂隙中涌出。
通过注浆方案技术经济比较，选用聚氨酯堵水再用双液浆进行加固堵水及用单液浆充填的方案处置井壁涌水涌砂，注浆结束后透水点没有明显的渗漏水，在注浆结束后很快达到稳定标准。
郭继雷江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿江苏徐州221000摘要：煤矿主井上部井壁出现涌水、涌砂，根据水文地质和涌水原因分析，涌水、涌砂原因是基岩孔隙水（潜水）通过外侧土层间10m 深处的裂隙中涌出。
通过注浆方案技术经济比较，选用聚氨酯堵水再用双液浆进行加固堵水及用单液浆充填的方案处置井壁涌水涌砂，注浆结束后透水点没有明显的渗漏水，在注浆结束后很快达到稳定标准。
关键词：井壁涌水涌砂双液复合注浆1、概况煤矿主井上部井壁距离地面 10.2m 处有 1 个直径为 0.12m 出水口，涌水、砂量约 1.2m3/h。
事故发生后，立即采取井壁打钻注水泥浆的方法进行堵水处理，未能有效止水，出水量继续增大，渗水点位置已经出现空洞，井筒东侧 3m 处检测点发现地基下沉 0.01m。
本文重点开展涌水涌沙原因分析及对井壁渗漏封堵技术研究与实践。
2 井壁涌水涌砂原因2.1 水文地质情况分析井筒范围内分布第四系松散孔隙含水层、基岩风氧化带，夹少量粉土、粘土、少量碎石，土层厚度为 0.70-3.90m，填土厚度达到3.9m，平均厚度为 2.35m，地层标高为 28.25-31.47m。
2.2 涌水原因分析（1）水文情况。
根据区域水文地质资料、现场调查及应用资料分析，场地水文地质条件一般。
地下水分为填土中的潜水（局部为上层滞水）及基岩裂隙水。
潜水主要受大气降水、生活用水排放及大气降水补给，水位动态变化较大，水量较小。
突然涌水、涌砂事故紧急预案
本横通道穿过粉细砂层、粉质粘土层，土层分部不均匀，虽进行降水施工，但受隔水层和管线渗漏水影响，极易出现涌水、流泥现象，从而引起横通道坍方。
1、预防措施
1)在洞内储备足够的装土草袋、木料、型钢，一旦发现掌子面有事故征兆立即封堵支顶。
2)准备足够的排水机具，一旦发生涌水、涌砂局部过量静水压力现象，立即强排，并喷射混凝土封闭掌子面，插打压浆管压浆堵水。
3)采用超短台阶法，人工开挖，减少对土体的扰动。
开挖支护力求快速封闭成环，并有足够的刚度承受静水压力。
4)做好地质超前预报，在开挖工作面上钻探测孔，一旦发现涌水、涌砂局部过量静水压力现象，提前做好预防。
2、处理措施
1）立即用编织袋封堵涌水、涌泥部位，用木板等支顶，固泥排水，保证只流水而不流泥，在编织袋表面铺设钢筋网片，插打钢花管引排水。
2）在编织袋表面喷射5～10cm厚混凝土，喷射时从四周向钢花管部位喷射集中引排，必要时喷射干料。
3）如水流较大，增设钢花管的数量，引排水，水排干后，再注浆改良土层，然后重新开挖。
神府矿区浅埋薄基岩煤层顶板涌水溃砂防控技术摘要：针对威胁许多浅埋煤层开采过程中的突水溃砂灾害，分析原因发现富水砂层的水力梯度是突水溃砂的主要因素，经理论计算表明，当实际水力梯度达到临界水力梯度时，会发生涌水溃砂。
根据涌水溃沙的四个必要条件进行测试，表明灌浆，挤压和渗透的三种迁移方法可有效提高砂层的物理力学性质。
关键词：浅埋薄基岩煤层；涌水溃砂；临界水力坡度；疏放水；注浆1前言近年来使用涌水溃砂防控技术来提高开采的上限，涌水溃砂是在综采工作面上覆基岩厚度较薄的情况下，在煤炭开采中煤层顶板跨落造成松散含水砂土在水的作用下通过采动形成的裂缝溃入井下采场而引起地质灾害。
神府矿区经历了大量的涌水溃砂事故，造成了巨大的经济损失。
2涌水溃砂成因分析2.1涌水溃砂基本条件分析多起涌水溃砂的现象，涌水溃砂针对在特殊条件下的地层含水层中，砂子在水力作用下通过采后形成的采动裂缝溃入工作面，因此发生涌水溃砂的区域一般煤层埋深较浅且顶板基岩较薄，含有丰富的松散砂层。
涌水溃砂灾害发生需要四个必要条件，分别是物源、动力源、通道和空间。
在灾害形成的四个条件下，物源、通道和空间都有富水的疏松砂层，而基岩较薄的浅层长壁工作面是一个必要条件，唯一的动力源是一个不确定因素。
因此，主要由水动力条件决定涌水溃砂是否发生在涌水溃砂自然灾害事故的关健因素。
2.2涌水溃砂主控条件根据对涌水溃沙事故发生的条件分析，当裂缝沟通空间和富水源导致水力坡度增大并且水力坡度达到砂层液化的临界水力坡度，则会发生事故。
因此，获取精确的实际和临界水力梯度是评价灾害发生的关键。
溃砂通道形成后，随着水位的下降，可以形成以通道为中心的降落漏斗。
涌水通道及其含水层通道的距离、某一时刻的实际水力梯度可以用来计算非稳定流的理论基础（图1）。
公式如下：式中：K为渗透系数，m/d；Q为涌水量，m3/d；H为潜水含水层的厚度，m；h为发生破坏时剩余含水层的厚度，m；R为降落漏斗半径，m；r为等效抽水钻孔半径，m。
矿井水灾的防治与处理范本矿井水灾是指在矿井开采过程中，由于地下水涌入矿井或其他原因导致矿井内水位过高，威胁到矿井安全、生产秩序和矿工生命财产安全的一种灾害。
矿井水灾的防治与处理工作对于确保矿井的安全生产和矿工的生命财产安全具有重要意义。
本范本将从矿井水灾的预防、治理与处理三方面进行阐述。
一、矿井水灾的预防1. 加强地质勘探与评价：在矿井开采前期，对矿井所在地的地质构造、水文地质条件进行详细勘探和评价，确定矿井闸门的规模和技术措施。
2. 构建水灾预警系统：建立矿井水灾预警系统，通过监测矿井水位、地下水位和地下水压力等指标，及时预警并采取相应的应急措施。
3. 加强矿井排水系统建设：建设完善的矿井排水系统，包括主排水井、副排水井、水封井等，保证矿井内部的水位处于安全范围内。
4. 健全管理制度和技术标准：制定相关管理制度和技术标准，规范矿井水灾的预防工作和处理流程，保障矿工的安全。
二、矿井水灾的治理1. 阻止地下水涌入：通过修筑堰闸、焊接钢板、灌浆等措施，阻止地下水涌入矿井，减少矿井水灾的发生。
2. 引导地下水排放：利用矿井排水系统，引导地下水排放到指定的井口或水体，减少地下水对矿井的影响。
3. 灌浆护壁：通过向地下井壁注浆，加固和密实井壁，增强井壁的稳定性，防止地下水进入矿井。
4. 采取科学开采措施：根据地质条件和水文地质情况，优化矿井开采方案，减少地下水泛滥的可能性。
三、矿井水灾的处理1. 抢险救援：一旦发生矿井水灾，要迅速组织抢险救援力量，进行紧急排水和抢险措施，确保矿工的安全。
2. 快速排水：采取抽水泵等工具进行快速排水，将矿井内的水位降低到安全范围内。
3. 矿井恢复与修复：灾后应及时进行矿井的恢复与修复工作，包括井壁修复、设备修复和水处理设施的清理与修复等。
4. 安全检测与评估：在灾后对矿井进行安全检测和评估，确保矿井可以恢复正常生产，并采取相应的措施加强矿井的监测和管理。
总结：矿井水灾是一种严重威胁矿井安全和矿工生命安全的灾害，必须高度重视和采取有效的预防、治理和处理措施。
含水厚松散层浅埋煤层开采水沙灾害防治技术Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.编制：___________________日期：___________________含水厚松散层浅埋煤层开采水沙灾害防治技术温馨提示：该文件为本公司员工进行生产和各项管理工作共同的技术依据，通过对具体的工作环节进行规范、约束，以确保生产、管理活动的正常、有序、优质进行。
本文档可根据实际情况进行修改和使用。
含水厚松散层浅埋煤层开采水沙灾害防治技术应用行业:矿山技术领域:矿区环境治理Ø 主要内容采用工作面覆岩破坏运动规律的相似模拟实验、工作面水沙溃流规律的相似模拟实验、工作面矿压观测研究、理论分析和数值模拟研究浅埋特厚风积沙覆盖层下开采顶板薄基岩破坏运动特征、研究和分析薄基岩顶板整体切落时特厚风积沙的溃流规律和研究和分析支护阻力与溃沙的关系, 从而防止开采水沙灾害的威胁。
Ø 技术要点1. 通过模拟实验研究认为大柳塔煤矿1203工作面合理采高4.0m不会有溃沙危险, 涌进工作面的仅是潜水。
研究确定安全采高4.0m被现场采用, 并实现了安全开采。
2. 推导出组合关键层弹性模量、载荷和极限跨距计算公式。
3. 提出了组合关键层岩柱端角接触面高度不低于5.0m时能有效地阻挡流沙溃入工作面的观点, 依此可判断工作面开采时是否发生溃沙灾害。
4. 富水特厚松散层煤层涌水溃沙程度还取决于含水层结构及空间配置:基岩顶面为砂砾石层含水层、上部为黄土层和松散沙层, 不会发生溃沙灾害；基岩顶面为黄土层、其上部为松散沙层含水层, 黄土层有较好的隔水性能, 突水溃沙事故发生的可能性较小；基岩顶面直接为沙层含水层, 极易形成水沙俱下的严重灾害。
时，极易发生突水溃砂灾害。
（3）理论计算和实测分析了哈拉沟煤矿22404综采工作面的矿压显现规律。
通过理论计算及现场观测，得出22404工作面老顶首次来压计算步距50～60m，实测步距66m，周期来压计算步距21～28m，实测步距16～19m。
（4）理论计算分析哈拉沟22404综采工作面突水溃砂的水力条件。
研究给出临界水力坡度及临界水头高度的计算方法，对哈拉沟煤矿22404综采工作面过哈拉沟段的突水溃砂危险性进行了预测计算，判定该段在初始状态下有突水溃砂危险。
（5）提出突水溃砂的综合防治技术。
综合分析突水溃砂的影响因素及形成条件，提出以井下疏放水改变上覆地层水力条件及注浆改造松散层胶结状态的综合防治技术，并详细阐述了各类技术措施的防治原理。
（6）理论及技术实践验证，指导哈拉沟22404综采工作面过沟开采。
将突水溃砂致灾理论分析成果及防治技术综合应用于哈拉沟煤矿22404综采工作面过哈拉沟段浅埋煤层开采，在严格执行防治技术方案的条件下，成功预防了突水溃砂事故，最终保证了22404综采工作面顺利通过哈拉沟。
关键词：浅埋煤层；薄基岩；富水松散层；突水溃砂；致灾机理；防治技术研究类型：应用研究Subject: Study on the Mechanism and Prevention and ControlTechnics of Sand Inrush and Water Blasting of Shallow BuriedCoal Seam Mining Under Thin BedrockSpecialty: Architecture and Civil EngineeringName: LI Jianwen（Signature）Instructor: Gu Shuancheng（Signature）Xu Shuanhai（Signature）ABSTRACTCoal the most important resource in China’s energy consumption plays a decisive role in China’s economy development. Safe mining is the solid foundation of miners’ life, resource security and healthy economy development, at the same time it is the focus of society concern and experts and engineers research. When shallow buried coal seam excavates under thin overlying rock and water-rich loose area, there are several sand inrush and water blasting accidents have happened in China which has caused huge property loss and casualty. Sand inrush and water blasting has been one of the key problems of shallow buried coal mining.Sand inrush and water blasting can happen is because of the special geological and hydrological engineering condition of shallow buried, thin overlying rock and water-rich loose strata. It involves geological structure, hydrogeology and engineering geology, coal seam, overburden and mining technics, etc. This paper systematically analyzed the influence factors and obtained the mechanism of sand inrush and water blasting from this special mining condition view. Based on the analysis results, the author set up a mechanical model and provides a method for prevention and control of sand inrush and water blasting. The method was applied in a comprehensive long-wall panel at Shendong Halagou coal mine and it successfully prevented the accident. This prevention and control technics has gained good technical, economic and social effects.This paper’s main research results are below:(1) Through systematically analyzing of the engineering geological and hydrological condition and the mining method of 22404 long-wall panel of Halagou coal mine, this papergets the influence factors and mechanism of sand inrush and water blasting. There are four requisites of the happening of sand inrush and water blasting which are supply (loose overburden), motive source (high phreatic water level), passage (thin overlying rock fracture) and storage capacity (mine gobs). When the roof bedrock fractures and the water pressure gets the threshold value, sand and water will inrush into roadway and gobs through the fracture.(2) Analyze the sand inrush and water blasting condition of 22404 comprehensive stope at Halagou coal mine. 22404 comprehensive stope is 260 meters wide and the coal buried depth under Halagou ditch is about 42m to 45m and its mining height is 4.2m. The mining-induced fracture develops directly to the surface. Therefore, 22404 stope belongs to the special condition of shallow buried and thin overlying bedrock and water-rich loose sand layer. So, sand inrush and water blasting may happen when mining under Halagou ditch.(3) Theoretically calculate and measurement analyze the roof behavior of 22040 comprehensive stope at Halagou coal mine. The calculated first weighting interval of the main roof is 50m to 60m while the monitoring data is 66m. The calculated periodic weighting interval is 21m to 28m while the monitoring data is 16m to 19m.(4) Theoretically calculate and analyze the sand inrush and water blasting water pressure condition of 22404 stope of Halagou coal mine. This paper provides a feasible calculation method of threshold hydraulic gradient and water level and calculated the hydraulic gradient of 22404 stope. The calculated result shows sand inrush and water blasting may happen.(5) Provide an integrated technics of prevention and control of sand inrush and water blasting. This paper suggests using dewatering and grouting to prevent and control sand inrush and water blasting through comprehensive analysis of the influence factors. Also this paper explains the basic principle of different prevention and control technics in detail.(6) Application of the prevention and control technics at 22404 stope of Halagou coal mine. The author implemented the theoretic results and integrated prevention and control technics at 22404 stope. The sand inrush and water blasting accident was successfully prevented by strict implementation of the technics.Key word: Shallow buried coal seam Thin bedrock Water-rich unconsolidated overburden Sand inrush and water blasting Disaster-causing mechanismPrevention and control technicsThesis:Application study目录1绪论 (1)1.1选题背景及研究意义 (1)1.1.1选题背景 (1)1.1.2研究意义 (2)1.2国内外研究动态 (3)1.3研究方案、研究内容和技术路线 (7)1.3.1研究方案 (7)1.3.2研究内容 (7)1.3.3技术路线 (8)2 开采突水溃砂致灾影响因素分析 (9)2.1薄基岩、浅埋煤层 (9)2.2物源 (12)2.3动力源 (12)2.3.1静水压力 (13)2.3.2动水压力 (13)2.4通道 (14)2.5空间 (15)2.6本章小结 (15)3 开采突水溃砂致灾机理研究 (16)3.1地质模型 (16)3.1.1井田地质条件 (17)3.1.2水文地质条件 (18)3.2开采覆岩破坏特征 (21)3.2.1开采地质条件分析 (23)3.2.2开采来压特征研究 (23)3.2.3开采覆岩破坏产生裂隙变化规律 (26)3.3临界水力坡度及安全水头 (27)3.3.1临界水力坡度的确定 (27)3.3.2实际水力坡度的确定 (30)3.3.3突水溃砂发生动力条件 (33)3.3.4 22404工作面临界水力坡度及安全水头计算 (34)3.4本章小结 (35)4 开采突水溃砂防治技术及应用 (36)4.1防治技术措施 (36)4.1.1预防（报）技术 (36)4.1.2开采技术 (36)4.1.3工程技术 (37)4.1.4其他技术 (38)4.2防治工程设计 (38)4.2.1目的 (38)4.2.2工程范围确定 (39)4.2.3疏水降压及注浆加固工程设计 (41)4.3防治工程实施 (50)4.3.1施工工艺 (50)4.3.2钻孔技术要求 (52)4.3.3疏水降压 (53)4.3.4注浆加固 (53)4.3.5地面导流 (54)4.3.6开采措施 (54)4.4工程效果评价 (54)4.5本章小结 (55)5结论及展望 (56)5.1结论 (56)5.2不足与展望 (56)参考文献 (57)致谢 (64)附录 (65)1绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景煤炭是我国重要的基础能源和原料。
