地面钻孔灌浆法处理冒顶技术.doc

地面钻孔灌浆法处理冒顶技术祁 善 学（青海省能源发展集团有限责任公司鱼卡第三煤矿） 摘要：采用地面钻孔灌浆技术处理斜井筒大面积冒顶，消除了重大安全隐患，为安全生产创造了条件。通过方案实施积累了一定的实践经验，创造了良好的社会效益和经济效益。关键词: 地面钻孔 分层灌浆 冒顶充填 一、概况1、矿井基本情况鱼卡第三煤矿井田位于鱼卡煤田东部北山地区，井田中部为低山区丘陵地貌，南北侧地形较平坦，以戈壁和沙漠为主，区内最高海拔3443米。地表广为第四系沙土、砂砾石层覆盖，厚度140米左右。矿井于2011年12月10日开工建设，设计生产能力3.0Mt/a,可采储量262.76Mt,矿井服务年限64.9年，是青海省能源发展集团有限责任公司“十二五”规划的重点项目之一。2、工程概况鱼卡第三煤矿副斜井井筒设计长度1197米，巷道净断面B=5.4米，倾角22，暗槽段采用25号U型钢支架+单层钢筋网喷射混泥土支护。该工程于2012年元月开始明槽开挖，5月进入暗槽施工，井筒掘进至120.4米处时，巷道底板出现渗水，随着工作面的延深，涌水量不断增大。掘进至136米时，巷道全断面淋水，涌水量达到460m3/h。巷道迎头未见岩石出现，仍为第四系冲积砂（土）砾层，其间夹杂200500mm厚不等的松散细沙，经涌水冲刷、侵泡变软泥化，形成巷道大面积冒落，体积达到560m3。处理冒顶采用了木垛接顶、沙袋充填、“罗克休”泡沫充填等方法，由于冒顶体积过大加上涌水，均没有达到预期目的。采用前探管棚方法通过冒顶区域后，改用地面钻孔灌浆法进行冒顶充填处理，取得了良好的效果。二、施工方案经井上下对照测量，确定巷道冒顶区域在地面的相对位置，利用钻机从地面钻孔与冒顶区贯通，孔深为40米，成孔后安装127mm的钢制套管。将按设计比例的水泥、土砂混合物以0.70.8的水灰比机械拌合后，从套管口中自由落体灌入，以其坠落冲击力和较大坍塌度自行对冒落空间进行充填。充填主料由就地取材的沙土和325#普硅水泥拌合组成，考虑充填物在凝结后作用于29#U型支架背后的足够强度与整体性，充填物料分（层）次灌注，本次灌浆分阶段设计使用三个配合比：初次设计配合比为水泥：沙土=1：4（重量比），充填量为164m3；第二次灌注减少水泥量，水泥：沙土=1：10（重量比）；充填量为229m3；第三次水泥：沙土=1：10（重量比）充填量为130m3。为有效减轻充填物重量，充填料中掺加充填总量（体积比）约1/20的粉煤灰和炉渣，同时为防止充填区域淋水过大可能引起充填物水泥流失而影响砼凝结效率，在灌浆过程中人工加入水泥用量3%的速凝剂和适量减水剂，为便于灌浆料自由流动充满冒顶空间，水灰比控制在0.8左右。并采用白天连续定量充填，晚间停止作业，使浆料在不受外界扰动状态下静止凝固的方法实现分层充填，以有效减小型钢支架单位面积上的流体压强。三、施工工艺井上下测量定位钻孔（材料准备）注浆前井筒冒顶区域加固补强封闭灌浆区（留观察孔）灌浆。四、施工方法1、利用测量闭合导线定点，按设计标定钻孔井上下位置。2、汽车钻机垂直钻孔。钻孔垂直度要求在井筒走向偏差控制在300mm以内，横向偏差控制在200mm以内，确保浆液落在巷道拱顶并向冒顶区两边均匀流淌，实现预期效果。3、钻孔贯通成孔后安装127mm套管，固定牢固并使套管末端处于冒顶自然拱以下1.0米，保证充填层的设计厚度。4、充填沙土就地取材，过筛剔除30mm以上的石块，以防灌浆时堵管。5、为确保型钢支架能够承受充填压力，充填作业前先对冒顶区域内的支架进行加固，对拟充填区域下的所有支架用U型卡配合联接板固定连接、支架底部加设钢管平底梁并在底板至拱梁之间顶支带帽木点柱等方法进行区域性补强。6、井筒下端最后一副支架与迎头岩面之间的空隙用沙袋填堵密实。7、对充填区域内的巷道进行初喷封闭，防止浆液渗漏。8、灌浆作业分层进行，严格控制充填量、水灰比和主料配合比。9、充填作业同时，安排专人在井下充填区域附近对巷道承压受力、支架形变位移等情况进行不间断观察。五、经济效益比对（一）采用人工常规充填法时：1、纤维袋费用：800（t）/0.02(kg/袋)1.0(元/只)=4.0（万元） 2、人 工：40000（袋）/100（袋/工）=400(工)3、人工费用：400（工）120元/工+（1200.78）=8.54（万元）4、耗 时：400(工)/8（工/班）/3（班/天） =16.6（天）5、综 评：（人工常规充填法）发生费用（不完全统计）12.54万元，耗时16.6天（二）地面钻孔注浆法充填时：1、钻孔费用：6（万元）2、人 工：10（天）6（工/天）=60（工）3、人工费用：60（工）80元/工+（800.56）=7488（元）4、耗 时：10（天）/2 = 5(天)5、综 评：（地面钻孔注浆法充填）发生费用（不完全统计）6.7488万元，耗时5天六、结束语工程于2012年11月5日开始定位打孔，12月17日灌浆结束（其间因各种原因影响停钻7天）。共计充填混凝土523m3，灌浆重量约800吨。实践证明，灌浆方案设计合理，效果明显，实地观察充填料接帮、接顶严密，支架无变形位移现象，达到预期目的。此次地面钻孔灌浆法处理冒顶技术的实施成功，与常规方法同比，节约建设投资1/2，由于打孔、灌浆可与井筒掘进平行作业，缩短施工时间2/3，经济效果明显，同时也为今后安全生产积累了经验：1、为类似的大面积冒顶充填处理，提供可行科学依据与技术参数。2、可通过地面钻孔，敷设井下排水管路，可简化排水系统，缩短排水管路，并减小井筒中管道占用面积。有利于安全生产和实现矿井标准化。3、