鑫矿注浆方案.doc

山西介休鑫峪沟煤业有限公司轨道下山打钻治水注浆加固技术方案邢台汇岩矿业工程有限公司二一二年五月十二日目录目录11 工程概述22钻孔涌水形成分析像23 总体方案24化学注浆加固破碎煤岩体的机理25注浆材料56超前距、允许掘进距离、帮距和钻孔密度的确定77 施工技术要求78 钻探设备89钻探工艺910 劳动组织911计划施工工期1012钻机安装和施工安全措施.1013避灾路线.1214工程费用报价12巷道掘进施工报价说明 13施工队人员配备 13月进度指标 14质量保证 141 工程概述山西介休鑫峪沟煤业有限公司井田位于介休市东北21Km处，张兰镇上梁村、沟口村和沟底村一带，行政区划属介休市张兰镇管辖，村镇之间皆有公路相通，交通较为便利。介休鑫峪沟煤业有限公司采用三条下山开拓即运输下山、轨道下山和回风下山，巷道的掘进方位为0度、倾角15，规格43m(宽高)，采用锚、网、喷及锚索联合支护。从较车峒室向下掘进约440m时，在迎头工作面打了探水钻，钻孔方位：0度，倾角：15，孔深30m无水，距迎头工作面20m位置又开钻窝继续探水（见图1）钻孔方位：0度，倾角：14，探水孔钻到45m出水水量约40m3/h。图1 钻孔位置平面图2钻孔涌水形成分析出水钻孔孔口标高为629.500, 钻孔倾角：14,孔深45m, 落差10.88m,终孔标高为629.50010.88=618.62,终孔距F10断层约50m, F10为正断层H=10m70,5井煤底板距K4石灰岩只有22m, 经以上分析2号钻孔出水应为K4石灰岩水通过F10断层导出的。3 总体方案本着可靠、快速、经济的原则，依据以往类似工程施工经验，并经过与现场充分论证，计划采用汇岩脂材料注浆加固的方法对2号出水钻孔进行直接封堵与加固，(注：汇岩脂高分子化学浆，注浆加固或钻孔孔口固管20分钟便可施工，可与探水或巷道掘进同步施工) 然后在轨道下山迎头工作面均匀布置5个探水孔(钻孔布置见图21、22)，方位、倾角和深度见表1，探水钻孔要钻完一个注一个，有水按设计要求治水，无水封孔，预防注浆时孔与孔之间串浆和孔内存留有害气体。第一次5个探水孔按设计要求注浆后，要打检查孔(钻孔布置见图3)。4化学注浆加固破碎煤岩体的机理图21 钻孔布置示意图图22 探水钻孔超前距、帮距、密度和允许掘进距离示意图图21 检查钻孔布置示意图 由上式可知，煤岩体强度的大小是由C、两个指标确定的。当集中的切向应力超过岩体的强度极限时，工作面表面的煤岩体首先破坏，产生裂隙，煤岩体原有的内应力及内摩擦角下降，围岩在一定范围内形成围岩破碎带，此破碎带内的煤岩体虽具有一定残余强度，但其抵抗工作面围岩深度变形的能力显著降低，注浆加固的目的就是通过注浆使这一区域内的破碎煤岩体的强度及整体性得到加强，如图3。 煤岩体C、值的增值大小，视注浆材料的性能及注浆工艺是否合适而有所不同，一般来讲，注浆材料本身固结强度高、稳定性能好，注浆工艺合理，能保证煤岩体裂隙充填密实，浆液与裂隙面粘结牢靠，其C、值的增值较大。通过注浆可改善岩体弱面的力学性能，即提高裂隙的粘结力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定性。u1210u1注浆岩体屈服包络线未注浆岩体屈服包络线u图3 试块在注浆前后强度变化图4.4转变破坏作用 当煤岩体中存在较大的裂隙时，切裂隙附近的煤岩体单元处于二向应力状态，而当裂隙内充满加固材料后应力发生变化，这些单元将转变成三向受力状态。煤岩体在三向受力状态下的强度极限将比在二相或单向受力时显著增大，并且脆性减弱，塑性增强，注浆加固起到了转换破坏机理和增加岩体强度的作用。连续介质（如煤岩体）内有裂隙时，在承载过程中会形成严重的应力集中，而最大的应力集中在裂隙端部，如图4所示。应力集中系数K取决于裂隙端部半径，裂隙长度C及岩体尺寸W之比。介质发生破坏就是在一定的应力条件下裂隙出现失稳扩展的结果。经过注浆加固后，裂隙内将充满加固材料，而且由于加固材料对裂隙面的粘结作用，会使裂隙端部的应力大大削弱或消失，从而可使岩体的破坏机理发生转变，由原来裂隙扩展破坏转变为在最大剪应力作用下的剪切破坏，或在垂直于最小主应力方向发生拉伸破坏等等。 CW31图4 岩石裂隙端部应力集中5注浆材料5.1注浆材料根据资料该巷道2号探水孔出水由K4石灰岩水通过F10断层导出的,涌水量40m3/h。水泥类浆液不适宜本工程，主要原因有：（）凝固时间慢；（）水泥为颗粒性浆液，对已松散的围岩体渗透性差，不能很好的胶结；（）在裂隙中，水泥浆充满后，凝固过程中会发生沉降、收缩等，要想达到理想的效果，需反复数次注浆才能达到设计注浆压力，工期长，施工环节复杂；（）其强度增长慢；（）水泥浆结石体力学特性属脆性材料，所以要求注浆材料应具有凝固速度快，固结体强度上升快，材料应有较好的韧性等，为此选用汇岩脂材料。该浆液具有较高的粘合力和较好的机械性能，与煤岩体有较好的亲和力，固结体的柔韧性能承受一定的地层变形，材料注入煤岩体后，低粘度混合物保持几秒钟，渗透进入细小的裂缝膨胀。其性能指标如下：汇岩脂材料主要性能参数：基本成分树脂催化剂25时的密度g/cm31.181.26混合比例(重量)11存储期限20(月)312阻燃性阻燃(煤安标准:MT1131995)反应特征可以调节器控反应时间及反应特征。根据工程状况控制材料反应：不发泡，稍有发泡至发泡倍数38倍左右初凝时间(s)1045终凝时间 (s) 5060最大抗压强度/MPa15最大粘结强度/MPa5汇岩脂浆液由A、B两种组份组成，双组分的化学浆液在泵压的作用下，以1：1的比例注入煤岩体裂隙中，以孔口管为中心，向四周渗透和扩散，充填破碎、松散的岩体裂隙，并且在材料自身二次发泡、膨胀的推动下，渗透到围岩的深部微细裂隙内，浆材胶凝后将松散、破碎的煤岩体胶结在一起，起到挤压充填、粘接补强且具有一定塑性变形能力的作用。5.2汇岩脂堵水反应机理注浆堵水的过程也就是浆液粘度的变化过程。汇岩脂浆液在刚与水接触到浆液开始发生膨胀反应的时间范围内，粘度基本保持不变，但反应体系一旦开始发生膨胀反应，体系的粘度便急剧增大，并很快失去流动性，形成不透水的胶凝体，其变化过程大体如图5所示。材料在注浆过程中的反应分为三个阶段：遇水混合阶段、诱导反应阶段和膨胀反应阶段。 图5粘度随时间的变化过程6超前距、允许掘进距离、帮距和钻孔密度的确定6.1超前距探放水的过程中，一般情况下从探水线起钻，超前探查孔一次性揭露老空水或断层水的情况很少，根据以往经验，探放水是探水掘进探水循环进行的过程；而钻探的终孔位置应该始终保持超前掘进头一段安全距离，该距离称为超前距。超前距的选择与煤层厚度、老空水或断层水压力以及煤层强度有关，根据其他矿区的经验和本区水特征，我们认为本次探放F10导水断层的过程中应该保持20m以上的超前距为宜。不同水平的超前距依据下式计算确定：经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离，允许掘进距离主要决定于探水范围（即探水孔终孔位置）和超前距。6.2帮距为使巷道两帮与可能存在的积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道侧帮之间的距离。帮距的取值一般情况下与超前距相同。6.3钻孔密度即钻孔间距，指允许掘进距离的终点横剖面上，探水钻孔之间的距离。一般情况下该值不得超过3m，以防漏掉老空巷道。孔口管直径应该比孔径小12级。7.3开孔方位及俯角误差1。7.4孔口管固结：可采用汇岩脂化学浆固管，固管后20分钟便可钻探.8 钻探设备钻探用 TXU-250型1台、TXU-150型钻机各2台，ZBQ-5/12型风动双液注浆泵1台，结构如图7所示。1.压缩空气进口 2.进气阀 3.进气调节阀门 4.马达换向阀 5.气动马达 6.油雾器 7.出浆管8.出浆压力表 9.吸浆口A 10.吸浆口B 11.柱塞泵图4 ZBQ-5/12型注浆泵结构图该注浆泵体积小，重量轻，注浆压力大，最大注浆压力可达30MPa ，技术参数如下。型号压力比最大排量(L/min)供气压力(MPa)耗气量(m3/min)质量(kg)外型尺寸(mm)ZBQ-5/1265:1200.20.61.560900400730主要适合单液或双液注浆，当双液注浆时，两种组分可按11的体积比输出并混合。A料和B料分别通过各自的柱塞和矿用K型高压胶管，单向阀Y型三通，混合器进入封孔器，并被压注进破碎煤岩层。与注浆设备配套的进风管为25mm高压风管，出浆管规格10mm。9钻探工艺9.1探放水钻探工艺：采用94mm钻头开孔钻至9.5 m，下73孔口管15m，后采用汇岩化学浆固管，凝固时间20分钟，然后用56mm钻头扫孔到9.5m，进行压水做耐压试验，试验压力在6MPa以上，压力稳定在35分钟，试压合格，安装相配套的高压水闸阀及配套的防喷装置，继续钻进到设计位置， 9.2防喷泻水装置：为防止探水钻进过程中遭遇大水量水源或隐伏强导水体造成水害事故，要求在开钻前在孔口安装IFP（73108/4263）01型防喷装置，以便一旦孔内出水可以有效地根据排水系统能力控制出水量。9.3 注浆参数由于受F10导水断层的影响，即保证浆液尽可能充分渗透与扩散，注浆压力设计为36Mpa。 对于已形成注浆保护层的深部受注体注浆压力设计为68Mpa。10 劳动组织10.1 打钻装孔口管：班长1人，机手2人，合计每小班3人。10.2 注浆：班长1人司泵1人，跑浆处理及观察1人合计每小班3人，备注：以上人员组织中不包括工程技术人员。11计划施工工期 根据现场施工情况，采用打钻与注浆平行作业。（注：2号出水钻孔注浆工期两天完成）。12钻机安装和施工安全措施1、安装钻机前，必须根据钻场附近的围岩条件，采取有效的加强支护措施，防止探放水过程中可能发生的片帮落顶事故。在打钻前必须在钻场附近按设计规定配备必要的排水设备，并及时排水。2、打钻地点必须要安设电话，以便及时汇报。3、严格执行停送电制度。4、钻进时、必须备好供水、供风系统，供水管上必须安装水压表，水压小于0.3MPa时，严禁开钻。在供风阀门处安装风压表，供风压力不得小于0.4Mpa，严禁无水钻进。5、钻窝施工完毕经验受合格施工单位钻探设计技术人员和测量人员必须现场放线。6、探水前必须按设计安好孔口管和控制闸阀，进行耐压实验，达到设计承受的压力后，方准钻进。钻探前施工人员，必须检查孔口管和控制闸阀完好以及是否配套，并在钻进中保护好，确保正常使用。7、探水钻孔钻探施工结束后要及时封孔，若封孔后钻孔出水， 必须进行处理或重新进行封孔。8、采用水压钻进时要挖坑、用铁桶采用循环水，要防止水四处乱流。9、钻进时，如发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员及时目测水量，立即向本单位值班和调度及指挥部门报告。如发现情况危机时，必须立即撤出临近所有受水威胁地区的人员，调度和指挥部门负责通知撤出所有受水威胁地区的人员。10、为预防瓦斯超限和异常涌出，通风部门必须在钻机钻窝处安设瓦斯探头，安装瓦斯、电闭锁装置，一旦瓦斯超限立即切断该区域内所有电器设备电源，探头安装位置距距迎头1.0米，高度距钻机1.0米左右，并在钻窝处设瓦斯检查点。11、钻探工必须携带瓦斯检测仪，及时检查孔口及钻窝处的瓦斯浓度，当工作地点瓦斯浓度超过1.0%，必须停止工作，切断电源，撤出人员并报告调度室、和区值班，待瓦斯浓度低于0.75%时，方可正常钻进。当工作地点瓦斯浓度小于1.0%，距孔口0.5米范围内瓦斯浓度超过1.2%时，必须切断电源，停止钻进，待瓦斯浓度低于1.0%时，方可正常钻进。12、在打钻过程中，钻探工必须认真观测瓦斯涌出情况，如发现瓦斯喷孔，异常涌出等情况时及时停止钻进，切断电源，向调度室、通风区和区值班汇报。通风区及时派专业人员观测瓦斯情况，如瓦斯浓度超过规定时，必须及时撤出人员。13、调度部门必须安装专用电话，以便及时汇报。通风部门安排专职瓦斯员检查空气成分。14、瓦斯、煤层或其它有害气体异常突出时，严禁使用铁锤、铁板手，施工人员必须使用铜锤、铜扳手，严禁硬敲硬砸防止人为产生机械火花。15、在钻探时，为防止瓦斯喷出伤人，必须在孔口安装防喷装置，用1.5*1米胶带中间打孔穿钻杆，四周固定在巷道锚网支护上，固定要牢固。在有煤层突出时，在孔口和钻机间必须设置防突墙。距孔口0.8-1米位置打点柱，间距0.5米，点柱上钉木板（或胶带）留有观察孔。16、在煤层中钻进时，每班都要及时撒水清除钻孔附近煤粉和煤尘。17、严禁靠近孔口闻味道，严防中毒，严防气体以及气体携带物喷出伤人，尽量远距离操作，在进风流（新鲜风流）侧操作。18、钻机及其电器设备电源必须接在瓦斯闭锁保护内，接线必须符合规程规定， 严禁带电检修，杜绝失爆。19、在煤层钻进时，开孔、扫孔和正常钻进过程中，每班必须派专人观测钻孔排粉情况，发现异常必须立即进行处理。20、钻进时，必须采用轻压慢进，边进边退，反复掏空，掏空前进，确保排粉正常。当出现排粉不畅通异常时，必须将钻具后退拔出，直至孔内压风和排粉畅通时才能钻进，严禁强打、硬拔、蛮进。倒杆和拔杆过程中必须加水脑袋开压风排粉，将孔内积聚煤粉排除干净。21、钻进时要严格执行班报表制度，认真填写钻探记录，严格执行原始记录的交接班制度。注意判别煤、岩层厚度变化，并记录换层深度。一般每钻进10m或更换钻具时，要丈量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一次，以防止孔深差错造成水害事故。22、钻进中发现孔内显著变软或沿钻杆流水，都是钻孔接近或进入积水区的象征，此时应立即停钻检查，如孔内水压很大，应将钻杆固定并记录其深度。在提出钻杆前必须提前检查和加固有关设备和支护，并打开三通泄水阀，边钻进边推入钻具，使钻头超过原始孔深1m以上，先把附近积存的淤泥碎石排出孔外，而后再提出钻杆，以利安全放水。23、当出现堵钻和孔内出现塌孔夹杆、埋钻时，严禁强打、硬拔、蛮进，严禁连续带转处理，防止热能积聚发生烧钻。处理时可采用转、停相结合办法，连续带转处理不得超过3分钟，然后卸下提引器（风、水脑袋），查看孔内情况，两次处理间隔时间不小于20分钟。当发现孔内情况异常时，立即采用防止烧钻措施处理（向孔内注水），查看时严禁靠近孔口闻味道