矿用高固水材料施工方案

矿用高固水材料施工方案一、材料特性与技术参数（一）材料组成及适用范围矿用高固水材料为双组分无机胶凝材料，由甲、乙两种粉料按1:1重量比混合使用，主要成分为铝酸盐水泥、石膏及复合外加剂，适用于煤矿井下巷旁充填支护、采空区堵漏灭火、井壁加固等工程场景。材料符合煤炭行业标准要求，固化后形成含水率80%-90%的充填体，水固比范围2-3:1，1立方米空间材料用量300-400kg，金属矿山尾砂固化场景中用量可低至85-150g/m³。（二）核心性能指标凝结特性：甲乙浆液混合后初凝时间5-30分钟，可通过缓凝剂调整至120分钟；单组分浆液可泵时间超过24小时，无沉淀分层现象。力学性能：固化体1天抗压强度≥2.0MPa，3天≥3.0MPa，28天≥4.0MPa，具有“恒阻”特性，能适应围岩蠕变变形。施工适应性：浆液密度1.35-1.55g/cm³，漏斗黏度25-40s，可泵性优异；固化后渗透系数≤1×10⁻⁶cm/s，耐酸碱腐蚀（pH=2-13环境下50年强度损失＜10%）。环保与安全：无毒无害，阻燃性能达不燃级别，游离甲醛含量＜0.1mg/m³，符合煤矿井下环保要求。二、施工总体部署（一）施工准备技术准备编制专项施工方案，明确充填范围、厚度、强度等设计参数，绘制孔位布置图（孔距2.5-3.0m，排距2.0m，梅花形布设）。进行现场勘察，核实施工区域围岩条件（裂隙发育密度、溶洞分布等），测定环境温度（5-35℃）、风速（≥0.25m/s）等参数，低于5℃时需采取预热措施（严禁明火直接加热）。设备与材料准备设备清单：双液注浆泵（工作压力10MPa，排量0-100L/min）、甲/乙组分搅拌机（容量2m³，搅拌功率5.5kW）、注浆管路（高压胶管耐压≥15MPa）、混合器（静态螺旋式）、钻孔设备（ZLJ-350坑道钻机，钻孔直径91mm）。材料储备：甲、乙粉料采用防潮袋包装（每袋50kg），存储于干燥通风仓库，离地高度≥30cm，码放不超过10层，保质期6个月；受潮或超期材料需重新检测配比。人员配置施工班组设班长1人、技术员1人、操作工4人（含2名注浆工）、安全员1人，均需经培训合格上岗，熟悉材料MSDS及应急处理流程。三、施工工艺与操作流程（一）制浆工艺配比设计：按水固比2.5:1（重量比）制备单组分浆液，即每50kg粉料加水125kg；如需调整强度，可通过增减水灰比（范围2-3:1）实现。搅拌流程：甲、乙组分分别在专用搅拌机中制备：先加入定量水，启动搅拌（转速300r/min），缓慢加入粉料，持续搅拌5分钟至无结块；浆液经1.2mm滤网过滤后泵入储浆桶，保持低速搅拌（30r/min）防止沉淀，储浆时间不超过4小时。（二）钻孔施工开孔与护壁：采用110mm钻头钻进至基岩面，下入108mm护壁套管（长度≥2m），管口安装止浆环（膨胀压力≥2MPa）。终孔参数：基岩段换用91mm钻头，控制钻进速度（软岩1.5-2m/min，硬岩0.5-1m/min），每5m测斜一次，孔斜偏差≤1°/100m；终孔深度超设计充填体边界1.5m。清孔作业：钻孔完成后，用3MPa高压水冲洗20分钟，直至回水含砂率＜1%，并测量孔内积水高度（超过30cm时需用压缩空气吹干）。（三）注浆施工注浆系统连接甲、乙浆液分别通过独立管路输送至混合器，管路长度≤50m，转弯处采用曲率半径≥30cm的弯头；注浆泵出口安装压力表（量程0-16MPa，精度1.5级）和安全阀（整定压力4.0MPa），混合器出口连接注浆管（φ38mm双层管，内管注浆液，外管注速凝剂）。注浆控制参数压力分级：初始压力0.8-1.2MPa（裂隙填充阶段）→升压至2.5-3.5MPa（劈裂扩散阶段）→稳压3.0MPa（持续15分钟）；流量调节：砂层段15-20L/min，灰岩段25-30L/min，避免压力骤升导致管涌；结束标准：注浆量达理论计算值120%，或压力达设计值且流量＜5L/min持续20分钟，或孔口返浆浓度≥80%原浆浓度。特殊情况处理跑浆：当压力突然下降＞0.5MPa时，立即改注双液浆（高固水浆液:水玻璃=1:0.8），同时在跑浆点周边3m内补打止浆孔（深3-5m）；溶洞填充：先投入级配砂石（粒径5-20mm）至孔口返砂，再注入低浓度浆液（水灰比3:1），采用间歇注浆法（注30min停10min）促进沉实。（四）封孔与设备清洗封孔工艺：采用“三段式封孔法”，下部2m用掺加速凝剂（初凝15min）的高固水浆液，中部3m用微膨胀水泥砂浆（膨胀率0.3%），孔口0.5m用环氧树脂锚固剂，确保与围岩紧密结合。设备清洗：施工结束后，立即用清水冲洗搅拌机、注浆泵及管路（冲洗时间≥30分钟），关键部件（混合器、止浆塞）拆卸用5%磷酸溶液浸泡除锈，晾干后涂抹防锈油。四、质量控制与验收标准（一）过程控制措施材料检验：每批次材料进场时查验合格证、检测报告，抽样检测细度（≥400㎡/kg）、初凝时间等指标，不合格材料严禁使用。参数监测：实时记录注浆压力、流量、累计注浆量，绘制Q-t、P-t曲线，当压力骤升＞0.5MPa/min时自动停机检查。旁站监理：关键工序（如压力达设计值阶段）实行24小时旁站，每孔填写《注浆过程记录表》，附压力流量曲线打印件及影像资料。（二）验收标准取芯检测：按总孔数5%布设检查孔，钻探取芯观察结石体完整性，要求连续结石体长度≥80%孔段，28天抗压强度≥4.0MPa。物探验证：采用地质雷达（250MHz天线）扫描充填区域，反射波振幅降低率≥60%，判定为有效加固。压水试验：检查孔内分段进行压水试验，稳定渗透系数≤5×10⁻⁶cm/s，单孔透水率q≤1Lu。五、安全与环保措施（一）安全防护高压作业安全注浆泵、管路连接处采用防脱卡扣，操作人员佩戴防冲击面罩、胶鞋、胶皮手套；管路试验压力为工作压力的1.5倍，保压30分钟无泄漏。电气设备接地电阻≤4Ω，设置漏电保护器（动作电流30mA/0.1s），潮湿环境使用防爆型配电箱。应急准备配备应急注浆装置（含速凝剂备用罐200L）、洗眼器（距施工点≤15m）、灭火器（4kg干粉灭火器2台）；制定突水、跑浆应急预案，每月演练1次。（二）环保措施废水处理：设置三级沉淀池（总容积50m³），施工废水经pH中和（投加石灰至pH=7-8）、混凝沉淀（PAC投加量50mg/L）后回用，回用率≥85%。固废处置：废弃浆液、破损包装袋集中装桶升井，交由有资质单位处理；清洗废水严禁直接排放至采空区。职业健康：施工人员佩戴防尘口罩（KN95级别），作业时间≤4小时/班，现场设置有毒气体检测仪（CO＜24ppm，O₂≥19.5%）。六、施工进度计划与保障（一）进度计划准备阶段（5天）：设备安装、材料进场、孔位放线；钻孔阶段（10天）：日均完成30-35孔，采用2台钻机平行作业；注浆阶段（20天）：单孔注浆时间40-60分钟，日均完成40-50孔；验收与收尾（5天）：质量检测、设备回撤、场地清理。（二）保障措施设备保障：备用注浆泵1台、搅拌机2台，易损件（密封圈、压力表等）储备量满足3天更换需求；材料保障：甲、乙粉料储备量为设计用量的1.2倍，设置防潮预警系统