一种底板注浆封堵硫化氢突水点的方法
【专利摘要】本发明提供了一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，首先在突水点实施第一次钻孔，钻探方向为垂直向下，钻探深度小于底板隔水层的厚度M，然后在第一次钻孔内注入水泥和水玻璃双浆液进行快速注浆封孔，待第一次钻孔中的浆液凝固后，实施第二次钻孔，第二次钻孔的孔径小于第一次钻孔的孔径，第二钻孔的钻探方向为垂直向下，钻探至底板含水层底部以下，然后以粘土、生石灰、固硫灰形成的浆液对含水层进行注浆，第二次注浆完成后，对第二次钻孔在底板隔水层中的部分进行扫孔，再对第二次钻孔扫孔部分进行水泥封孔加固，最后，完成对突水点的突水通道进行封堵。
【专利说明】一种底板注浆封堵硫化氢突水点的方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及矿井水文地质领域，尤其涉及底板注浆封堵硫化氢突水点的方法。
【背景技术】:
[0002]巷道揭露的底板存在有天然或掘进诱发的导水裂隙，在巷道形成后底板的水体会连续涌出，有些水体在煤系地层附近，煤系地层中的硫元素在水中会缓慢水解产生硫化氢气体，而硫化氢易溶于水，随着底板涌水，巷道中硫化氢浓度会有所增加，严重威胁作业人员安全，并对矿用金属仪器有腐蚀性。目前，针对突水点常采用水泥和其他材料的混合体直接进行一次性封堵，但当水中富含硫化氢气体的时候，该方法存在以下问题:
[0003]I)水泥为主的浆液不易在突水环境下快速凝结，有效的扩散半径小，进而无法完成对突水含水层的有效封堵。
[0004]2)注浆的时候，突水点为破碎带，一次性注浆难以保障注浆的效果，易造成跑浆，无法达到注浆压力。
[0005]3)浆液中含有一定的水泥成分时，硫化氢气体的水溶液为酸性，对水泥有腐蚀性，注浆后耐久性较差，易造成硫化氢逸出，而极少量的硫化氢也会危害人体健康。
[0006]4)水泥不能封堵较小的孔隙、裂隙，因此水泥封堵后整体的密封性差，易造成硫化氢逸出。
【发明内容】
[0007]本发明为了解决上述问题，提供一种底板注浆封堵硫化氢突水点的方法。
[0008]本发明采用以下技术方案:
[0009]一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，首先在突水点实施第一次钻孔，钻探方向为垂直向下，钻探深度小于底板隔水层的厚度M，然后在第一次钻孔内注入水泥和水玻璃双浆液进行快速注浆封孔，待第一次钻孔中的浆液凝固后，实施第二次钻孔，第二次钻孔的孔径小于第一次钻孔的孔径，第二钻孔的钻探方向为垂直向下，钻探至底板含水层底部以下，然后以粘土、生石灰、固硫灰形成的浆液对含水层进行注浆，第二次注浆完成后，对第二次钻孔在底板隔水层中的部分进行扫孔，再对第二次钻孔扫孔部分进行水泥封孔加固。
[0010]第一次钻孔后注浆的注浆终压为I?2.5MPa。
[0011]第一次注浆中，水泥和水玻璃的体积比为1:0.4?1:1。
[0012]第一次注浆中，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.042.5或普通硅酸盐水泥P.052.5，水灰比为0.6:1?1.2:1，水玻璃浓度为30?40° Be'，模数为2.4?3.4。
[0013]第二次钻孔的孔径小于第一次钻孔的孔径，但大于65mm。
[0014]第二次注浆为带压注浆，注浆压力为0.5?2MPa。
[0015]第二次注浆的注浆终压大于底板含水层施加给底板隔水层的静水压力P的2倍。
[0016]第二次注浆所用的粘土的塑性指数为7?15，按照质量计，粘土:生石灰和固硫灰的总和为12:1?9:1，生石灰和固硫灰的质量比为0.8:1?1.2:1。[0017]第二次注浆所用浆液的比重为1.1?1.4g/cm3，粘度为15?22s，析水率小于5%。
[0018]在第一次钻孔之前，在突水点附近加强通风、地面碱液喷洒，使得硫化氢气体浓度降低至0.00066%以下的安全范围。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:I) 二次成孔，提高了注浆效率；2 )先注入粘土为主的浆液，较水泥为主的浆液，浆液易流动、易沉淀，且有效减少了硫化氢气体的溢出，安全有保障；3)先注入的粘土为主的浆液较水泥为主的浆液，价格较低，节约成本；4)最后注入水泥封孔，可以提高突水点附近的强度，减少再次突水的可能性。
【专利附图】
【附图说明】:
[0020]图1是本发明的流程图；
[0021]图2是本发明的示意图。
[0022]图中1、底板隔水层，2、底板含水层，3、突水通道，4、突水点，5、第一次钻孔，6、第二
次钻孔。
【具体实施方式】:
[0023]如图1、图2所示，一种底板注浆封堵硫化氢突水点的方法，包括下述步骤:
[0024]步骤一:依据突水点4的水质检测结果，确定突水点4的突水来源于底板含水层
2。并通过煤田地质探查成果，从钻孔柱状图中获取突水点4与底板含水层2之间的底板隔水层I的厚度M，底板隔水层I所承受底板含水层2施加的静水压力P。
[0025]步骤二:在突水点4附近加强通风、地面碱液喷洒，使得突水点附近达到既定的施工作业环境，即硫化氢气体浓度降低至0.00066%以下的安全范围。
[0026]步骤三:在突水点4处，实施第一次钻孔5，钻孔孔径在108mm以上，钻探方向为垂直向下，钻探深度为隔水层厚度M的80%?90%。
[0027]步骤四:对第一次钻孔5注入水泥和水玻璃双浆液，进行快速注浆封孔，注浆终压I?2.5MPa，其中水泥为普通硅酸盐水泥P.042.5或普通硅酸盐水泥P.052.5，水灰比为
0.6:1?1.2:1，水玻璃浓度为30?40° Be'，模数为2.4?3.4，水泥与水玻璃的体积比为 1:0.4 ?1:1。
[0028]步骤五:待第一次钻孔5中注入的水泥-水玻璃双浆液凝结5天以上，然后在第一次钻孔5的双浆液凝结区中部，实施第二次钻孔6，钻孔孔径小于第一次钻孔5，但大于65mm,钻探方向为垂直向下,钻探至底板含水层2底部以下I?3m。
[0029]步骤六:通过第二次钻孔6，采用粘土为主，添加少量生石灰、固硫灰的浆液，对底板含水层2进行注浆，注浆压力在0.5?2MPa，注浆终压应大于底板含水层2的静水压力P的2倍，粘土的塑性指数为7?15，粘土和添加材料(添加材料指生石灰和固硫灰)的质量比为12:1?9:1，生石灰和固硫灰的质量比为0.8:1?1.2:1。该粘土浆液(即二次注浆的浆液)性能在以下范围内可调:比重在1.1?1.4g/cm3，粘度为15?22s，析水率小于5%。
[0030]步骤七:完成注浆后，对第二次钻孔6在底板隔水层I中的部分进行扫孔，再对第二次钻孔6扫孔部分进行水泥封孔加固，水泥采用普通硅酸盐水泥P *042.5或普通硅酸盐水泥 P.052.5。
[0031]步骤八:完成对突水点4的突水通道3的封堵，有效控制的潜在的突水水害和硫化氢气体逸出，超限带来的安全问题。
[0032]运行原理:
[0033]实施第一次钻孔5的孔径较大，可以较大范围的控制到突水通道3和潜在的其他突水通道。第一次钻孔5进行水泥、水玻璃双浆液封孔，通过调整水泥品种、水灰比、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃比等可控双浆液的凝固时间，进而可以在底板隔水层I有限的突水通道中快速凝结，进而加固破碎的底板隔水层1，为第二次钻孔带压注浆提供耐压基础，防止第二次注浆压力打开潜在的突水通道，发生跑浆现象，使得第二次注浆效率降低。第二次钻孔6的注浆材料选取粘土为主，因为粘土浆液扩散性好，在动水环境下稳定性好，易沉淀，且对较小的孔隙、裂隙有充填作用，整体封堵性好，而传统的水泥为主的浆液不易在水动力强的含水层中快速大范围凝固，易被硫化氢的水溶液溶蚀，且不能有效加固较小的孔隙、裂隙，因此粘土为主的浆液相比传统水泥为主的浆液能够在底板含水层2的动水条件下大范围的封堵水体并防止硫化氢气体扩散。粘土为主的注浆添加材料中生石灰和固硫灰含有氧化钙等成分，能够吸收水中硫化氢气体，增加浆液的稳定性，同时固硫灰中有硬石膏和游离的氧化钙水化有膨胀性，提高浆液的封堵效果，有利于防止硫化氢气体扩散。注浆后对注浆孔进行扫孔，去除钻孔隔水层I段粘土浆液，并替换注入水泥浆液进行加固，弥补了粘土浆液的强度不足的特征，有效防止二次突水。
【权利要求】
1.一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:首先在突水点实施第一次钻孔，钻探方向为垂直向下，钻探深度小于底板隔水层的厚度M，然后在第一次钻孔内注入水泥和水玻璃双浆液进行快速注浆封孔，待第一次钻孔中的浆液凝固后，实施第二次钻孔，第二次钻孔的孔径小于第一次钻孔的孔径，第二钻孔的钻探方向为垂直向下，钻探至底板含水层底部以下，然后以粘土、生石灰、固硫灰形成的浆液对含水层进行注浆，第二次注浆完成后，对第二次钻孔在底板隔水层中的部分进行扫孔，再对第二次钻孔扫孔部分进行水泥封孔加固。
2.根据权利要求1所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第一次钻孔后注浆的注浆终压为I~2.5MPa。
3.根据权利要求1所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第一次注浆中，水泥和水玻璃的体积比为1: 0.4~1:1。
4.根据权利要求1或3所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第一次注浆中，所述水泥为普通硅酸盐水泥P.042.5或普通硅酸盐水泥P.052.5，水灰比为0.6:1~1.2:1，水玻璃浓度为30~40° Be'，模数为2.4~3.4。
5.根据权利要求1所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第二次钻孔的孔径小于第一次钻孔的孔径，但大于65mm。
6.根据权利要求1所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于--第二次注浆为带压注浆，注浆压力为0.5~2MPa。
7.根据权利要求1或6所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第二次注浆的注浆终压大于底板含水层施加给底板隔水层的静水压力P的2倍。
8.根据权利要求1或6所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第二次注浆所用的粘土的塑性指数为7~15，按照质量计，粘土:生石灰和固硫灰的总和为12:1~9:1，生石灰和固硫 灰 的质量比为0.8:1~1.2:1。
9.根据权利要求8所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:第二次注浆所用浆液的比重为1.1~1.4g/cm3，粘度为15~22s，析水率小于5%。
10.根据权利要求1所述的一种底板注浆封堵含硫化氢突水点的方法，其特征在于:在第一次钻孔之前，在突水点附近加强通风、地面碱液喷洒，使得硫化氢气体浓度降低至0.00066%以下的安全范围。
【文档编号】E21D11/38GK103742172SQ201310646552
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】李涛, 王苏健, 邓增社, 陈通, 冯海, 高颖 申请人:陕西煤业化工技术研究院有限责任公司