掘进探水注浆施工方案

掘进工作面探水注浆施工综合方案一、工程概况本工程为煤矿井下1203运输巷掘进工作面探水注浆工程，巷道设计长度860m，沿煤层走向布置，煤层平均厚度2.8m，倾角15°-20°。巷道采用锚网索+喷浆联合支护，净断面规格4.2m×3.5m，设计掘进坡度+3°-+5°，预计日进度8-10m。根据前期地质勘探资料，工作面北侧300m范围内存在已封闭的老空区，历史采空面积约12000㎡，初步估算积水量约2.4×10⁴m³，水压预计1.2-1.8MPa。巷道掘进将穿越F3断层（落差5-8m），该断层可能与太原组灰岩含水层存在水力联系，含水层富水性中等，单位涌水量0.8-1.5L/(s·m)。二、地质及水文地质条件2.1地质概况工程区域位于石炭系太原群地层，主要岩性由10层灰岩（三灰~十下灰）、黑~黑灰色泥岩、砂质泥岩、灰~灰白色中砂岩、细砂岩及9层煤组成。可采煤层为12下煤、16煤、17煤，平均厚度2.8m。灰岩多含硅质结核，致密坚硬；砂岩以钙质、铁质胶结为主，节理发育段完整性较差；泥岩及砂质泥岩松软~半坚硬，遇水易软化。岩层产状为走向20°±10°，倾角15°-25°。2.2水文地质特征2.2.1主要含水层老空水：北侧老空区积水已形成稳定水位，水压随埋藏深度递增，存在突水风险。积水区边界距工作面最近距离300m，积水量约2.4×10⁴m³，水压1.2-1.8MPa。断层水：F3断层破碎带可能成为导水通道，太原组灰岩水可能通过断层突入工作面，该含水层富水性中等，单位涌水量0.8-1.5L/(s·m)。孔隙裂隙水：煤层顶底板砂岩含水层富水性较弱，但节理发育段可能出现淋涌水，预计正常涌水量5-10m³/h。2.2.2水害威胁程度根据《煤矿防治水细则》分类标准，本工作面水害威胁等级为Ⅱ级（中等），主要风险来自老空水和断层水。其中老空水具有突发性强、水量大的特点，断层水可能伴随瓦斯等有害气体涌出，需重点防范。三、施工总体设计3.1设计依据与原则3.1.1主要设计依据《煤矿安全规程》（2022版）第259-265条《煤矿防治水细则》（2018版）第四章《井下探放水技术规范》（KA/T1-2023）矿井地质报告及水文地质补充勘探成果相邻工作面探放水工程实践数据3.1.2探放水原则预测预报：采用物探先行、钻探验证综合手段，每月提交水情分析报告有疑必探：距探水线50m时启动超前探放，遇异常出水征兆立即停掘先探后掘：坚持探三掘一循环作业，超前距不小于20m，帮距不小于15m先治后采：探获水体后必须彻底疏放，经效果检验确认安全后方可掘进综合治理：建立探、防、堵、截、排"五位一体"防治水体系3.2探水线与警戒线圈定积水线：以老空区实际调查边界为基准，坐标范围（X：38520.0-38750.0，Y：16420.0-16680.0）探水线：沿积水线外推80m，考虑断层影响额外增加20m安全距离警戒线：探水线外推50m，进入该区域后加密水文观测频次至每班2次3.3排水系统设计建立三级排水体系，总排水能力150m³/h：一级排水：工作面设置临时水仓（容积50m³），安装2台200D-43×3型离心式水泵（一用一备），扬程129m，流量150m³/h二级排水：采区水仓（容量500m³），配备3台MD250-65×4型水泵三级排水：中央水仓（容量3000m³），安装4台MD450-60×6型水泵排水管路采用Φ200mm无缝钢管，法兰连接，每100m设置伸缩节，耐压等级2.5MPa。四、探水钻孔设计4.1钻孔布置参数采用三花眼扇形布置，每组设计5个钻孔，具体参数如下：孔号方位角倾角孔深(m)终孔直径(mm)控制范围1#（中心孔）0°-3°6075控制正前方及底板2#（左上孔）-15°+2°5575控制左上方及顶板3#（右上孔）+15°+2°5575控制右上方及顶板4#（左下孔）-10°-8°5075控制左下方及底板5#（右下孔）+10°-8°5075控制右下方及底板4.2安全距离参数超前距：20m（按水压1.8MPa计算：L=10√(P/K)=10√(1.8/0.9)=14.14m，取20m安全值）帮距：15m（按巷道跨度4.2m计算：B=0.5×巷宽+5=0.5×4.2+5=7.1m，取15m安全值）孔间距：3m（控制煤层全厚度及顶底板3m范围）允许掘进距离：每次探水后允许掘进30m（钻孔深度50m-超前距20m）4.3孔口安全装置止水套管：采用Φ108×6mm无缝钢管，下入深度12m，管周焊接6道扶正肋骨片（间距1.5m）注浆加固：套管外壁采用水泥-水玻璃双液浆注浆，水灰比1:1，注浆压力2.5MPa耐压试验：注浆完成后进行30min耐压试验，试验压力2.0MPa，压降≤0.1MPa为合格防喷装置：安装ZFS-Ⅱ型防喷器组（含闸板阀、逆止阀、压力表），额定工作压力3.0MPa控制阀门：配置DN50高压闸阀2台（工作阀+备用阀），压力表量程0-4.0MPa五、注浆设计5.1注浆材料选择水泥浆：采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比1:1~4:1，当孔内涌水量＜5m³/h时使用水泥-水玻璃双液浆：水泥浆与水玻璃体积比1:0.5，水玻璃浓度35Be'，模数2.4-3.0，用于涌水量＞5m³/h或需要快速凝固的场合添加剂：水泥质量0.5%的氯化钠（早强剂）和0.05%的三乙醇胺（速凝剂）5.2注浆参数确定注浆压力：终压为静水压力的2-2.5倍，设计注浆终压2.5-3.0MPa浆液扩散半径：根据岩层裂隙发育程度，取3-5m注浆段高：原则上注浆起始深度应超过含水层顶板隔水层10m，终孔位置应深入底板泥岩隔水层10m，本次设计注浆段高3.5m注浆量计算：Q=πR²Hηβλ/m，其中：R为浆液扩散半径（3m）H为含水层段高（3.5m）η为岩层裂隙率（取2%）β为有效充填系数（0.8）λ为浆液损失系数（1.5）m为结石率（0.8）计算得Q=15×1.5×3.14×3²×3.5×0.02×0.8/0.8≈118m³5.3注浆孔布置风井周圈布置注浆孔14个，中间布置检查孔1个，共计15个。钻孔终孔圈径17.27m，孔口距井筒净径距离0.4m，孔间距：顶部1.44m，底部3.2m，终孔间距＜4m（扩散半径）。六、施工组织设计6.1施工准备6.1.1巷道预处理工作面10m范围内采用一梁三柱加强支护，迎头架设2道拦水墙（厚500mm）清理巷道杂物，开挖临时排水沟（断面300mm×400mm），铺设Φ200mm排水管路在巷道低洼处设置临时水仓（容积50m³），安装2台200D-43×3型离心式水泵6.1.2设备配置设备名称型号规格数量主要参数探水钻机ZLJ-4000D1台额定扭矩4000Nm，钻进深度150m注浆泵2JGZ-60/2102台流量60m³/h，工作压力21MPa钻杆Φ73×6m30根高强度地质钻杆，接头强度120MPa钻头Φ94/75mm各5个金刚石复合片钻头排水泵200D-43×32台流量150m³/h，扬程129m瓦斯检测仪CJG102台测量范围0-4%CH₄防爆电话KTH151部本安型，防爆等级ExibI6.2施工工艺流程测量放线：使用全站仪标定钻孔位置，误差控制在50mm内钻机安装：采用地锚+压梁固定钻机，水平度偏差≤1°开孔作业：先用Φ94mm钻头开孔至12m，安装止水套管并注浆耐压试验：按设计压力进行套管试压，合格后安装防喷装置正式钻进：更换Φ75mm钻头，采用清水钻进+岩芯取样工艺，每5m测斜一次参数记录：详细记录钻速、返水量、岩性变化及出水征兆，绘制钻孔柱状图终孔验收：达到设计深度后进行孔斜测量，偏斜率不得超过1/100m6.3注浆工艺流程注浆准备：检查注浆泵、管路及仪表，进行管路耐压试验（压力为设计终压的1.2倍）浆液制备：按设计配比拌制水泥浆，水泥浆搅拌时间不少于3min注浆作业：先压水试验，再从稀浆开始注浆，逐步调整浓度，遵循"稀浆—浓浆—稀浆"原则压力控制：注浆压力从初始压力缓慢升至终压，升压速率控制在0.1MPa/min结束标准：达到设计终压后，维持最小吸浆量（50-60L/min）稳定20-30min管路清洗：注浆结束后立即用清水冲洗注浆泵及管路，防止浆液凝固堵塞效果检查：采用钻检查孔和物探方法检验注浆效果，检查孔涌水量＜1m³/h为合格七、施工质量控制7.1钻孔施工质量标准开孔位置偏差：平面≤100mm，高程≤50mm钻孔倾角偏差：≤0.5°/100m孔深误差：≤0.5m（终孔验收时测量）岩芯采取率：完整岩层≥85%，破碎带≥60%孔斜要求：每50m测斜一次，偏斜率≤1°/100m7.2注浆质量控制浆液配比：严格控制水灰比，误差范围±5%，双液浆凝胶时间控制在30-60s注浆压力：实时监测注浆压力，波动范围控制在±0.2MPa内注浆量：单孔注浆量与设计值偏差不超过10%结束标准：同时满足三个条件：①达到设计终压；②吸浆量≤50L/min；③稳定时间≥20min效果检查：注浆后施工检查孔，单孔涌水量＜1m³/h，总涌水量＜5m³/h为合格7.3过程控制措施技术交底：施工前组织专项交底，签署技术交底卡（留存备查）跟班制度：技术员全程跟班指导，及时处理施工异常情况质量检查：每道工序实行"三检制"（自检、互检、专检），合格后方可进入下道工序资料管理：详细记录钻孔参数、注浆数据、岩芯特征等，每小班提交施工报表八、安全技术措施8.1防突水安全措施超前探测：每循环施工前采用YCS400矿用本安型瞬变电磁仪进行超前探测，探测距离50m水压监测：孔口安装智能压力传感器，实时传输数据至地面监控中心，预警值设为1.5MPa放水控制：采用分级降压放水法，初始放水量控制在30m³/h以内，每小时记录流量变化加固措施：断层破碎带采用Φ25mm注浆锚杆（长度6m）加固，间排距800×800mm突水应急：当钻孔突水时，立即启动"停钻-关阀-汇报"程序，当水量＞50m³/h时启用备用排水系统8.2通风与瓦斯管理工作面配风量不低于250m³/min，采用双风筒供风（Φ800mm阻燃风筒）配备专职瓦斯检查员，实行"一炮三检"和"三人连锁放炮"制度安装KJ90X型瓦斯监控系统，T₁传感器（迎头）报警值1.0%，T₂传感器（回风）报警值0.8%探水作业时必须携带便携式瓦斯检测仪，每20min检测一次，CH₄浓度≥1%时停止作业8.3钻探作业安全措施开钻前检查钻机固定情况，各部件连接必须牢固可靠，操作手柄灵活钻进过程中认真检查每根钻杆连接螺纹部分，凡不符合规格或磨损严重的钻杆必须更换钻进时发现孔内涌水量、水压突然变化或出现顶钻、吸钻等现象，立即停钻并关闭孔口阀处理卡钻、埋钻事故时，采用反转解卡+注浆固结方法，严禁强力起拔孔内钻具长度必须丈量准确，记录清晰，杜绝错记、漏记8.4注浆作业安全措施注浆人员必须佩戴防护眼镜、乳胶手套，谨防浆液对人造成伤害注浆管路连接必须牢固，各螺丝扣的连接必须拧紧，采用标准"U"型卡固定放浆时人员避开放浆阀门，防止高压浆液、水、砂等突然喷出伤人注浆期间设专人观察注浆管、井壁周围等处是否有跑浆现象，发现问题及时处理当注浆泵压力表发生突降、突升，不吸浆或吸浆量迅速减少、吐浆等情况时，立即停机检查8.5避灾路线与应急措施避灾路线：1203运输巷→东翼大巷→副井→地面（全程设置反光标识，间距50m）信号联络：工作面安设声光信号装置（间距100m），配备2套独立通讯系统（有线+无线）应急演练：每月组织1次水灾应急演练，考核人员撤离速度（要求15min到达安全区域）物资储备：在距工作面50m处设置应急物资库，储备自救器（20台）、防水服（10套）、急救箱等紧急撤离：当出现以下情况时立即撤离人员：①孔内突水且水量＞50m³/h；②CH₄浓度≥1.5%；③井壁出现明显变形或裂纹九、劳动组织及工期安排9.1劳动组织采用"三八"作业制，设立3个专业施工班组，每组配备：班组长1人（兼安全员）钻工3人注浆工2人水泵工1人信号工1人记录员1人另设专业技术人员2名（负责技术指导和质量监督），机电维修工2名（负责设备维护）。9.2工期安排准备阶段：5天（含设备安装、管路铺设、安全设施完善）探水阶段：3天/循环（5个钻孔）注浆阶段：5天/循环（含注浆、扫孔、效果检查）掘进阶段：3天/循环（掘进30m）总工期按巷道设计长度860m计算，预计总工期120天，其中探水注浆占65天，纯掘进占55天。十、注浆效果检验10.1检验标准注浆结束标准：维持注浆终压和最小吸浆量（≤50L/min）的时间为15-20分钟质量