煤田地质与勘探

作者：樊振丽, 曹路通, 崔勇, 张志巍, 张风达,

关键词：煤矿水害, 底板岩溶水害, 区域治理技术, 注浆材料, 絮凝机理, 起压差异机制, 交替注浆, 豫西孟津煤矿,

背景随着我国石炭−二叠纪煤田逐步转入下组煤开采，面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中，由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清，导致参数选择依赖经验性，注浆加固效果不佳。方法针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象，以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象，开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验，基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理，从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。结果和结论(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体，导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600 µm的大颗粒，且粒径100 µm以上的颗粒占比78%，容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87 mS/cm)相比水泥浆有所降低，浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低，容易通过地层中狭窄的裂隙通道，注浆压力表现平稳；黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍，相对容易堵塞裂隙通道，导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则，提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式，可显著提升治理效果，并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。

来源：2025年第7期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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