岩溶陷落柱探查与治理课件

岩溶陷落柱探查与治理,岩溶陷落柱探查与治理,主 要 内 容,1,概论,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1.2,陷落柱分类,1.3,陷落柱对煤矿安全的危害,1.4,典型陷落柱突水淹井案例,2,陷落柱探查方法,2.1,“中间层”综合水文地质试验,2.2,物理探查,2.3,陷落柱发育区预测技术,2.4,巷道掘进与工作面回采陷落柱探测,3,陷落柱治理技术,3.1,三段式封堵,3.2,“堵水塞”建造,3.3,陷落柱与突水水源封堵,3.4,不（含）导水陷落柱处理,3.5,效果评价,主 要 内 容1概论,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,）基本概念,陷落柱是,1937,年德国人在井陉煤矿误作“环形断层”首先提出的，后因其无序的内部结构，而被称为“矸子窝”、“无炭柱”、“塌陷柱”。,1944,年日本技术人员将其定名为“陷落柱”。,岩溶陷落柱：,在石灰岩等可溶性岩石地区，由于地下水的溶蚀作用形成洞穴，上覆非可溶性岩层向岩溶洞穴中塌陷的一种地质现象，因形成的塌陷体多呈环形柱状，俗称岩溶陷落柱。,1,概论,1.1 陷落柱的概念与基本特征1）基本概念1概论,1.1,陷落柱的概念与基本特征,2,）形成机理与成因,岩溶陷落柱形成机理的代表性学说有,6,种：,重力说，,康颜仁（,1992,）,陷落柱形成分三个阶段：首先是,岩溶洞穴形成阶段,，地下水沿着可溶性岩石的节理裂隙和断层运动，使裂隙逐渐扩大。于是大量岩溶水汇集其中，不但进行化学溶蚀，而且进行机械侵蚀作用，顶部和两侧岩层坍塌形成溶洞；第二阶段是,溶洞再扩大并形成第二层溶洞,，由于地壳上升溶洞也随之扩大，还会发育第三、四层溶洞；第三阶段是上覆,非可溶性岩层的塌陷，形成陷落柱,。当地壳继续上升，地下水位下降，不仅第一层溶洞坍塌，第二层溶洞也开始坍塌。这样坍塌不断增长，当两层溶洞的位置接近一条垂直线时，则有可能连接起来，陷落柱的高度增大，这就是为什么有些陷落柱高度达数百米的原因。,强调溶蚀与重力作用,1,概论,1.1 陷落柱的概念与基本特征2）形成机理与成因1概论,1.1,陷落柱的概念与基本特征,膏岩说，,钱学博（,1960,）,陷落柱是石膏喀斯特产物。在中奥陶统马家沟组灰岩中赋存有很厚的硬石膏，峰峰组灰岩中也夹有石膏层。由于地壳不断上升，在地下水的作用下，硬石膏水化变成石膏。体积膨胀,64%,，膨胀后的石膏沿着破碎带的挤入上覆的岩层。然后，这种柱状的石膏体不断地被地下水溶蚀，周围的岩石塌落形成陷落柱。,1,概论,1.1 陷落柱的概念与基本特征膏岩说， 钱学博（196,循环说，王锐（,1982,）,第,阶段：为于水平循环带成虹吸循环带的岩溶洞隙逐渐形成并扩大，产生顶板和两侧岩层塌陷，形成十分复杂的溶洞。,第二阶段：由于地壳的上升，溶洞继续扩大上升，地下水向下运动，沿着裂隙进一步加深，且在深部形成第二层溶洞。开始了第二循环、以后还可以出现第三循环、第四个循环,第三阶段：第一层溶洞继续坍塌扩大上覆非可溶性岩层塌陷。形成岩溶陷落柱，当地壳继续上升，地下水位继续下降时，第二层溶洞也可能开始坍塌、这样，两层溶洞坍塌连接起来，使非可溶性岩层塌陷更深。,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,概论,循环说，王锐（1982）1.1 陷落柱的概念与基本特征1概论,真空吸蚀说，徐卫国（,1972,）,在相对密封的承压岩溶网络地下水中，由于地下水的排泄或地壳局部的升降等，引起岩溶腔内地下水大幅度下降，当水位低于岩溶腔口表面，即岩溶腔内水体由承压转为无压时，在岩溶腔内水面与岩溶盖层之间出现空穴，即岩溶空腔。逐渐增大的岩溶空腔必定转化为低气压状态，形成真空腔（或称负压腔），在真空腔内不断下降的水面犹如巨型吸盘，强有力的抽吸着上面岩层向下塌落，最终形成陷落柱。,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,概论,真空吸蚀说，徐卫国（1972）1.1 陷落柱的概念与基本特征,热力岩溶说，陈尚平（,1993,）,燕山期火成岩体和热液的侵入，造成残热水和地下水复杂的循环和溶蚀作用。高温高压的热水可极大地提高碳酸钙的溶解度。热水岩溶的起始点是从矽卡岩成矿热液生成铁矿后残热水进入碳酸盐岩开始的，这样就可以生成高度极大的岩溶洞穴，而且不受地壳升降与侵蚀基准面变化的影响。当地层褶皱隆起时，洞穴塌陷形成陷落柱。,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,概论,热力岩溶说，陈尚平（1993）1.1 陷落柱的概念与基本特征,1.1,陷落柱的概念与基本特征,CaCO,3,溶解试验主要结论：,（,1,）,CaCO,3,溶解度随温度的升高而降低，但达到超临界状态时，溶解度又大幅度提高；,CaCO,3,溶解速度随温度的升高而升高，当升高到超临界状态时，升高速度剧增。,（,2,）超临界水对,CaCO,3,溶解度是近临界水的近,2,倍，又因为超临界水对,CaCO,3,的溶解度与时间无关，可以推测超临界水对石灰岩的溶解几乎是在瞬间完成的。,实验条件：超临界水,387,389,，,26,28MPa,；近临界水,301,303,，,28MPa,。常温水,18,，,2MPa,。常温条件下加入,2MPa,的纯,CO,2,。,1,概论,1.1 陷落柱的概念与基本特征CaCO3溶解试验主要结论：1,构造控制说,陷落柱一般沿断层、向斜轴部发育。,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,概论,向斜轴部陷落柱成因分析示意图,背斜轴部陷落柱成因分析示意图,构造控制说1.1 陷落柱的概念与基本特征1概论向斜轴部陷落柱,岩溶陷落柱的成因是以奥灰岩层中地下水的,强烈交替为条件,，,岩溶发育为基础,，岩体自重,重力,、,地应力集中,以及溶洞内的,真空负压三重作用为动力,，经过迅速垮落、间歇、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始过程，分阶段逐步形成陷落柱。,1.1,陷落柱的概念与基本特征,1,概论,岩溶陷落柱的成因是以奥灰岩层中地下水的强烈交替为条件，岩溶发,1.1,陷落柱的概念与基本特征,3,）陷落柱的基本特征,（,1,）平面上陷落柱的形状一般为椭圆形或者是扁圆形的陷落盆地。外围的岩层产状正常而连续，盆地中常常被不同地层的岩煤的碎块填充，无层序，混乱堆积。,（,2,）陷落柱的纵向上总体形态一般是上小下大的不规则柱形，顶部多发于有一定规模的空腔，中间为松散充填物，基底为奥奥系石灰岩。,（,3,）导水陷落柱，充填物多为松散状，胶结程度差；不导水陷落柱，充填物有二次胶结作用，视时间长短和胶结物性质，胶结程度不一。,（,4,）陷落柱与围岩的接触界面多呈现出不规则的锯齿状，界线明显，有的地方表现为断层，,（,5,）陷落柱锥形体的中心轴与岩层层面近似垂直。因此，在倾斜岩层里陷落柱也发生歪斜，在水平的投影图上，各煤层的陷落柱范围并不是完全地重叠。,1,概论,陷落柱柱面特征,陷落柱中心轴变化示意图,1.1 陷落柱的概念与基本特征3）陷落柱的基本特征1概论陷落,平面：,圆形、似圆形、椭圆形、长条形和不规则形。,剖面：,圆锥状、漏斗状和不规则状。,1.2,陷落柱分类,1,概论,时代,古陷落柱和现代陷落柱,含导水性,不导（含）水陷落柱：既不含水又不导水。,含水陷落柱（充水陷落柱）：柱内裂隙充水,导水陷落柱：导通陷落柱基底灰岩水。,按几何形态,赋存状态,发育规模,裸露型：陷落柱直接发育至地表。,覆盖型：被第四系松散层覆盖。,埋藏型：陷落柱发育在上覆非可溶性岩层内,分大、中、小三种,平面：圆形、似圆形、椭圆形、长条形和不规则形。1.2 陷落柱,影响和制约着采区的布置、采面的划分、计划的安排和采掘的接替，而且还直接导致突水，造成人员和财产的重大损失。,1,）矿井内隐伏陷落柱埋藏隐蔽、分布孤立、导水通道规模大，且与奥灰强岩溶含水层相通，一旦发生透水，往往是重特大事故，造成被淹，甚至人员伤亡。因此，隐伏导水陷落柱的探查一直是防治水工作者长期攻关的课题。,2,）未揭露的导水陷落柱从奥灰顶界面发育至煤系地层，并与开采煤层顶底板含水层沟通，成为煤系含水层的强大补给水源，在这些含水层中若井项工程揭露与陷落柱有联系的导水裂隙时，则会发生突水，不仅增加了矿井涌水量，而且威胁着矿井安全。,如某矿,9,号陷落柱最高发育至,7,煤顶板，成为,7,与,12,号煤顶底板砂岩含水层、,K3,灰岩含水层的补给水源，造成,7,煤开采时顶底板涌水量较大，后经陷落柱治理后减少矿井涌水量,10m,3,/min,。,3,）导水煤炭资源受高压水威胁不能开采，势必造成资源浪费。,1.3,陷落柱对煤矿安全的危害,1,概论,影响和制约着采区的布置、采面的划分、计划的安,1,概论,1.4,典型陷落柱突水淹井案例,发生地点,最大突水量,/,m,3,min,-1,突水时间,损失程度,经济,损失,开滦范各庄,2171,工作面,2053,1984.6.2,淹,3,井，,乌海骆驼山,16,煤回风巷,1083,2010.3.1,矿井淹没,死亡,32,人,邢台东庞矿,2903,工作面,1167,2003.4.12,淹井，,3,亿元,皖北任楼矿,7,2,22,工作面,576,1996.3.4,淹井，,3.5,亿元,肥城国家庄北大巷,550,1993.1.5,淹井,徐州张集矿,-300,水平轨下山,402,1997.2.18,淹井,峰峰九龙,14123N,工作面,120,2009.1.8,淹井,焦作李封矿东,18,120,1967.3.29,淹井,辉县吴村矿,32031,工作面,40,1999.11.25,淹采区,安阳铜冶矿,103,工作面下顺槽,23,1965.8.25,淹井,1概论1.4 典型陷落柱突水淹井案例发生地点最大突水量突水时,所谓“中间层”指开采煤层与奥灰之间的薄层灰岩（或砂岩）含水层，由于导水陷落柱贯通“中间层”含水层，两者势必发生水力联系。,井下涌水量大且衰减较小，直至稳定，水质呈现奥灰水质特征。,以煤系薄层灰岩（或砂岩）含水层研究对象，开展井下放水试验，观测煤系薄层灰岩（或砂岩）含水层与奥灰含水层地下水流畅变化，,圈定奥灰低水位与“中间层”含水层高水位重叠“异常区”,，同时进行示踪剂连通试验，确认奥灰水与“中间层”含水层的水力联系，井下向“异常区”施工验证钻孔，进一步确认“异常区”的性质与具体位置。范各庄矿通过此方法确定了,3,个导水陷落柱。,2.1,“中间层”综合水文地质试验,2,探查方法,中间层放水试验圈定陷落柱示意图,所谓“中间层”指开采煤层与奥灰之间的薄层灰岩,（,1,）三维地震,一般情况下，陷落柱内常常是松散充填物，而周边是正常的岩层，两者存在着明显的密度与速度差异，这就为地震波的识别提供了物性前提。,2.2,物理探查,2,探查方法,图,8,三维地震解译陷落柱示意图,（1）三维地震2.2 物理探查2探查方法图8 三维地震解译,2.2,物理探查,2,探查方法,异常体,2.2 物理探查2探查方法异常体,2.2,物理探查,2,探查方法,隐伏构造体的空间形态,2.2 物理探查2探查方法隐伏构造体的空间形态,2.2,物理探查,2,探查方法,瞬,变电磁法勘探是一种电法勘探手段，通过对目标体探测获取视电阻率数据，,分析视电阻率异常区范围，推测陷落柱含导水性,。,该方法不能探测陷落柱的边界，无法确定视电阻率“异常区”的性质,，,通,常在三维地震基本确认陷落柱的情况下，采用该方法探测分析陷落柱的含导水性。不含导水陷落柱由于结构松散、岩石破碎，变现为高阻特征；含导水陷落柱表现为相对正常的证的低电阻率，这就是瞬变电磁探测的物性,基础。,2.2 物理探查2探查方法 瞬变电磁法勘探是一,16,号煤层附近视电阻率异常平面图,2.2,物理探查,2,探查方法,16号煤层附近视电阻率异常平面图2.2 物理探查2探查方法,13,线视电阻率断面图,2,探查方法,13线视电阻率断面图2探查方法,15,线视电阻率断面图,2,探查方法,15线视电阻率断面图 2探查方法,2,探查方法,研究地质构造与水文地质条件，建立已有陷落柱数据库，研究陷落柱发育分布规律，开发陷落柱预测软件，陷落柱发育区进行宏观预测。,2.3,陷落柱发育区预测技术,区段,指标体系,发育区段,较发育区段,不发育区段,岩,溶,陷,落,柱,发,育,条,件,岩溶发育程度,岩溶作用,与岩溶率,岩溶,作用强、岩溶率高,岩溶作用较强、岩溶率较高,岩溶作用弱、岩溶率低,溶洞数量规模,溶洞多、规模大,溶洞较多、规模较大,溶洞少、规模小,地质构造因素,区域构造背景,缓慢升降、间歇性上升特别显著、伸展性强,缓慢升降、间歇性上升较显著，水平伸展作用较强,升降快、幅度大、水平挤压作用强,井田构造形态,箕状断陷盆地,地堑式盆地,拗陷盆地或向斜盆地,褶皱发育,数量较多,数量较少,没有,张性断裂发育,十分发育,比较发育，张性、压扭性断裂并存,不够发育，压扭性断裂较多,滑动构造特征,发育程度好、,滑动强度大,发育程度较好、,滑动强度较大,不发育或滑动强度弱,地下水径流,补给排泄条件,好,较好,差,2探查方法研究地质构造与水文地质条件，建立已有陷落柱数据库，,2,探查方法,根据对影响陷落柱发育条件因素分析，并邀请,3,位专家打分，最终形成预测单元,A,的各个指标对于陷落柱比较发育和不发育两个评语集的隶属度以及各指标的权重。,2.3,陷落柱发育区预测技术,预测指标,权重,比较发育隶属度,不发育隶属度,岩溶发育程度,0.30,0.80,0.20,地质构造,0.25,0.72,0.28,力学条件,0.15,0.65,0.35,地下水径流,0.20,0.51,0.49,已揭露陷落柱分布特征,0.10,0.62,0.38,2探查方法 根据对影响陷落柱发育条件因素分析，,2,探查方法,2.3,陷落柱发育区预测技术,较发育区,中心点坐标,X,中心点坐标,Y,长轴长度,（,km,）,短轴长度,（,km,）,发育区面积,（,km,2,）,A,区,94.7,34.5,0.21734,0 .17179,0.03059,B,区,94.1,34.3,0 .72037,0.65303,0.37539,C,区,93.4,33.8,1.11536,0.78956,0.70184,D,区,92.6,33.2,1.47670,0.63090,0.77852,E,区,92.0,32.3,1.44064,0.92840,1.05708,F,区,91.4,31.6,0.69651,0.40492,0.22349,G,区,90.1,32.6,0.98093,0.31690,0.26168,H,区,89.3,32.6,0.74297,0.36988,0.20668,区,90.4,32.9,1.17893,0.18683,0.20125,区,90.0,31.6,0.50158,0.30096,0.12163,区,89.5,33.2,0.73082,0.392637,0.23555,陷落柱较发育区及预测区的空间展布属性测量结果,陷落柱发育程度预测图,2探查方法2.3 陷落柱发育区预测技术较发育区中心点坐标X中,1,）煤层巷道掘进陷落柱探测,东庞,9203,、乌海,16,煤回风巷、张集,-300,下山、任楼,7222,工作面均是巷道掘进后方陷落柱突破煤壁发生滞后突水；范各庄,2171,工作面是掘进巷道前方煤壁突破发生突水。物探：电法超前探测，瞬变电磁侧向探，直流电法电测深等。,探测手段：,物探：电法超前探测，瞬变电磁侧向探，直流电法电测深等。,钻探：掘进前方及侧帮。,超前距控制：,陷落柱水探放时，用式（,1,）求得,值，定为探放水超前距，超前距不得小于,20m,。,（,1,）,2.4,掘进、回采,陷落柱探测,2,探查方法,1）煤层巷道掘进陷落柱探测 2.4 掘进、回采陷落柱,2.4,掘进、回采,陷落柱探测,2,探查方法,钻探,2.4 掘进、回采陷落柱探测2探查方法钻探,2.4,掘进、回采,陷落柱探测,2,探查方法,B,A1,N,M,A2,A3,直流电法,超前,探,无穷远,2.4 掘进、回采陷落柱探测2探查方法BA1NMA2A3直流,2.4,掘进、回采,陷落柱探测,2,探查方法,探测疏松体,坑透探测技术,2.4 掘进、回采陷落柱探测2探查方法探测疏松体坑透探测技术,2.4,掘进、回采,陷落柱探测,2,探查方法,工作面内陷落柱探测,2.4 掘进、回采陷落柱探测2探查方法工作面内陷落柱探测,3,陷落柱治理技术,治理技术发展过程大概可划分为,三个阶段,：,第一阶段（,1984,年,1996,年），,以开滦范各庄矿,2171,综采工作面突水陷落柱治理为代表。由于是国内外第一例陷落柱突水灾害，无成功经验借鉴，受当时钻探技术水平的限制，其治理技术最大特点是对突水陷落柱采用分段下行式注浆实施全面封堵，共注入水泥,70000,吨，各类骨料,35400m,3,，注浆孔,35,个、进尺,23000m,；,第二阶段（,1996,年,2006,年），,在该阶段陷落柱内“堵水塞”技术广泛应用，即在突水陷落柱内预定层位，通过钻孔注浆建造一定长度的“堵水塞”，截断陷落柱突水通道。如皖北任楼,7,2,77,工作面陷落柱、徐州张集,-300m,水平陷落柱及开滦范各庄,10#,陷落柱治理工程。 由于采用普通地质钻机施工，其缺点是无法在松散柱体内精确控制钻进方向，陷落柱内钻孔轨迹形同“蛇形”，因此也称“蛇形”钻进；,第三阶段（,2006,年今），,随着美国雪姆公司汽车钻机的引进，定向分支造孔技术得以大量应用，使陷落柱内“堵水塞”建造技术更加成熟和完善。如东庞矿,2903,工作面突水陷落柱，采用该项技术确保钻孔在陷落柱松散体内精确定向钻进，形成了以定向分支造孔、充填注浆、升压注浆、引流注浆和加固注浆为主的“堵水塞”建造技术，该项目获,2010,年度国家科技进步二等奖。另外，本阶段发生了两次下组煤开采陷落柱突水淹井灾害，如峰峰九龙矿,12423N,工作面陷落柱和神华乌海骆驼山,16,煤回风巷陷落柱突水。与以往不同的是突水陷落柱隐伏于开采煤层之下，由于陷落柱在煤系地层发育高度有限，开采煤层距离奥灰含水层较近，因此，均采用突水陷落柱与水源封堵方案,3陷落柱治理技术治理技术发展过程大概可划分为三个阶段：,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,突水事故,开滦范各,庄,2171,工作面,邢台东庞,2903,工作面,乌海骆驼山,16,煤回风巷,皖北任楼,7222,工作面,徐州张集,-300m,下山,峰峰九龙,14123,工作面,时间,1984.6.2,2003,年,4.12,2010.3,1,1996.3.4,1997.2.18,2009.1.8,水量,(m,3,/h),123180,70000,65000,34570,24098,7200,水压,(MPa),3.0,5.2,2.3,3.1,7.5,开采煤层与奥灰距离,160,120,35,距太灰,165,奥灰,290,45,65,突水方式,掘进前方突破煤壁突水,掘进后方,10m,突破巷道煤壁突水,掘进后方,2m,巷道侧,煤壁突破,掘进后方突破煤壁突水,巷道掘进后方,4m,底板,回采后方,30m,突破煤层底板,损失情况,矿井淹没,死亡,13,人,矿井淹没,矿井淹没,死亡,32,人,矿井淹没,矿井被淹,矿井淹没,治理方案,全面封堵,陷落柱,巷道封堵,+,堵水塞建造,巷道封堵,+,堵水塞建造,巷道封堵,+,堵水塞建造,巷道封堵,+,堵水塞建造,封堵陷落柱,+,封堵奥灰水源,国内典型陷落柱突水淹井治理方案汇总表,3陷落柱治理技术3治理技术突水事故开滦范各庄2171工作面邢,3,陷落柱治理技术,3.1,三段式封堵,(,以范各庄,2171,为例）,（,1,）上部骨料充填,对陷落柱上部空腔充填骨料，压实陷落柱内松石堆积物，防治陷落柱进一步向上发育。,（,2,）中部注浆堵截导水通道在,12,煤底板至,K3,灰之间建造长约,100m,的“堵水塞”。,（,3,）下部水源封堵,在基底奥灰含水层段进行充填灌浆，拦截突水水源，对“堵水塞”起到支撑作用。,3,治理技术,3陷落柱治理技术3.1 三段式封堵(以范各庄2171为例）3,3.1,三段式封堵,(,以范各庄,2171,为例）,3,治理技术,3.1三段式封堵(以范各庄2171为例）3治理技术,3,陷落柱治理技术,3.2,“堵水塞”建造,（,1,）过水巷道“阻水墙”建造,在突水构造不明的条件下，如过水巷道位置资料准确，位置清楚，可先期在过水巷道中实施“阻水墙”建造，进行堵巷截流，实现早日复矿之目的。,3,治理技术,3陷落柱治理技术3.2 “堵水塞”建造3治理技术,3.2,“堵水塞”建造,快,速,定,向,钻,进,骨,料,灌,注,阻,水,墙,建,造,旋喷注浆,充填注浆,升压注浆,引流注浆,3,治理技术,3.2 “堵水塞”建造快骨阻旋喷注浆充填注浆升压注浆引流注浆,阻水墙建造流程图,3,治理技术,阻水墙建造流程图3治理技术,3,陷落柱治理技术,（,2,）,“堵水塞”建造,3,治理技术,最下部可采层煤层之下，采动应力波及不到；,阻断所有影响煤层开采的含水层补给通道；,“堵水塞”长度应能抵抗最大静水压力。,3陷落柱治理技术（2）“堵水塞”建造3治理技术最下部可采层,陷落柱阻水塞建造工艺,阶段,充填注浆,升压注浆,引流注浆,加固注浆,钻孔,一序孔初期,一序孔中后期,二、三序前期,三序孔后期,二、三序孔后期，质检孔,浆液,类型,水灰比,0.8:1,、,1:1,，加早强剂,1:1,的早强浆液为主,1:1,的纯水泥浆液为主,1.3:1,、,1:1,的纯水泥浆液为主,注浆,条件,静水 无压,定量,200-240m,3,注浆时间,12-15,小时,静水，注前压水逐渐升压,定量,130-150m,3,注浆时间,10-12,小时,动水 孔口显压控制定量,60-80m,3,注浆时间,5-6,小时,孔口压力,2MPa,定量,80-100m,3,注浆时间,6-8,小时,目标,充填大裂隙、大通道,封堵主要过水通道，构筑堵水塞主体构架,封堵较大裂隙、溶隙 巩固前期效果,封堵小裂隙通道，进一步减少水量,封堵残留微小裂隙（孔隙）及边缘裂隙，加强堵水塞封堵效果,3,治理技术,陷落柱阻水塞建造工艺 阶段 充填注浆 升压注浆,3,陷落柱治理技术,（,2,）,“堵水塞”建造,3,治理技术,3陷落柱治理技术（2）“堵水塞”建造3治理技术,3,陷落柱治理技术,3.3,陷落柱与突水水源封堵,3,治理技术,当突水陷落柱位于开采煤层之下或进入煤系地层层位较低时，建造“堵水塞”长度不足，则采用突水陷落柱与奥灰水源封堵方案。峰峰集团的九龙矿、乌海能源骆驼山矿的陷落柱采用该方案取得成功。,主要工艺技术：,（,1,）定向分支钻孔技术。,（,2,）分段下行式注浆法，定量间歇注浆工艺。,（,3,）陷落柱内水泥,-,骨料反过滤注浆技术。,在对突水陷落柱灌注骨料的同时，对奥灰上部注浆，水泥浆液沿水流通道上行、骨料沿陷落柱通道下行，实现骨料与浆液在陷落柱通道中的混合，达到了快速封堵通道的目的。,3陷落柱治理技术3.3 陷落柱与突水水源封堵3治理技术,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3陷落柱治理技术3治理技术,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.4,不（含）导水陷落柱处理,（,1,）直接推采,对于井巷揭露的未发生突水陷落柱，应进一步查明陷落柱的形态特征、开采煤层底板陷落柱充填特征与边缘裂隙特征,经水文地质条件安全评价后，确认采动破坏不会造成陷落柱“活化”，引起采后突水时，可直接推采。,安全评价的主要内容是：,陷落柱充填物的强度、胶结特征、钻孔漏失情况、底板破坏深度，以及陷落柱基底奥灰含水层富水性、水压等。,a:,陷落柱基底奥灰含水层一定范围内无水，既无水可导；,b:,开采煤层距离奥灰强含水层较远，采动应力波及不到，且充填物胶结密实。,3陷落柱治理技术3治理技术3.4 不（含）导水陷落柱处理,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.4,不（含）导水陷落柱处理,（,2,）煤柱留设,若井巷揭露的未发生突水陷落柱，虽然陷落柱本身既不含水也不导水，但由于陷落柱内充填物结构疏松、强度低、孔隙裂隙率高，且距离奥灰含水层近，奥灰富水性强，为避免采动造成陷落柱“活化”，引起采后突水，可留设陷落柱防水煤柱。,煤柱留设可参照,煤矿防治水规定,附录三中第二种情况，即含导水断层煤层留设。,3陷落柱治理技术3治理技术3.4 不（含）导水陷落柱处理,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.4,不（含）导水陷落柱处理,（,3,）注浆加固与改造,若陷落柱内充填物结构疏松、强度低、孔隙裂隙率高，且距离奥灰含水层近，奥灰富水性强，为避免采动造成陷落柱“活化”，引起采后突水，可对陷落柱进行注浆加固，形成一定强度和厚度的隔水层，必要时对基底奥灰含水层进行局部注浆改造，将强含水层改造为隔水层或弱含水层。,注浆加固与改造的原则：,在陷落柱处，底板破坏深度较正常地层深，应充分考虑这一因素，加固层为的选择尤为重要，应确保采动应力不对改造后的隔水层造成破坏。,陷落柱处理之后可直接推采。,3陷落柱治理技术3治理技术3.4 不（含）导水陷落柱处理,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.5,效果评价,（,1,）压水试验,压水试验成果,孔号,试验层位,压水量,（,L/min),受注段长,(m),孔口,压力,(Mpa),吸水率,(L/min.m.m),Z4-,检,1,610m,35,130,4.1,0.00057,664m,60,184,3.6,0.00078,742m,35,262,2.0,0.00051,Z3-,检,2,610m,106,130,2.1,0.00302,664m,106,184,1.6,0.00262,742m,167,262,1.0,0.00398,742m,35,262,3.8,0.00030,3陷落柱治理技术3治理技术3.5 效果评价 压水试验成果孔号,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.5,效果评价,（,2,）钻孔取芯,3陷落柱治理技术3治理技术3.5 效果评价,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.5,效果评价,（,3,）放水试验（排水试验）,压水试验成果,3陷落柱治理技术3治理技术3.5 效果评价 压水试验成果,3,陷落柱治理技术,3,治理技术,3.5,效果评价,（,3,）放水试验（排水试验）,压水试验成果,3陷落柱治理技术3治理技术3.5 效果评价 压水试验成果,3,陷落柱治理技术,3.5,陷落柱治理效果评价,（,4,）物探检查,3陷落柱治理技术3.5 陷落柱治理效果评价,