徐州矿山注浆液施工方案

徐州矿山采空区注浆治理施工方案一、工程概况1.1地质条件分析徐州矿山区域主要涉及煤矿采空区治理工程，地层结构呈现典型的"砂姜粘土层-破碎基岩-采空区"三层分布特征。上部砂姜粘土层厚度8-10m，孔隙发育且透水性较强；中部基岩以变辉长岩为主，灰绿色-墨绿色，鳞片柱粒状变晶结构，节理裂隙发育；下部采空区存在巷道垮塌形成的冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，其中高角度裂隙占比达65%以上，构成浆液扩散的主要通道。区域地下水位普遍较高，水压随深度增加呈线性增长，-1200m水平静水压力可达12MPa，对注浆材料稳定性提出严苛要求。1.2工程技术难点该区域施工面临三大核心挑战：一是砂姜粘土层存在窜浆抬升风险，历史工程监测显示当注浆压力超过1.5MPa时易引发地面隆起变形；二是深部裂隙水具有高压动态特征，常规水泥浆易被冲蚀稀释；三是采空区分布不规则，传统注浆材料难以实现裂隙全充填。针对这些问题，方案采用"帷幕阻隔-分级注浆-动态调控"的综合治理策略，结合徐州本地材料资源优势，优化注浆体系设计。二、注浆材料体系设计2.1材料选型方案根据治理目标差异，建立分级材料体系：帷幕孔材料：选用双组份低碳常温注浆材料，由硅酸钠、无机酸、纳米氢氧化铝复合而成，具有1-50分钟可调凝胶时间，终凝时间≤80分钟，体积收缩率＜4%，28天抗压强度达35MPa，适用于形成高强度防渗帷幕。充填孔材料：采用水泥粉煤灰复合浆体，利用徐州地区丰富的火力发电厂粉煤灰资源，其活性SiO₂含量≥45%，可降低工程造价30%以上。特殊处理材料：针对涌水量＞30m³/h的出水点，采用BY12-VI型遇水不分散注浆料与BY12-IA型早凝早强注浆料组成双液体系，实现动态堵水。2.2浆液配比设计材料类型配比（重量比）主要性能指标适用场景低碳化学浆A液:B液=1:1初凝20min/终凝50min/抗压35MPa帷幕孔/高压裂隙水泥粉煤灰浆水泥:粉煤灰:水=1:2:0.8初凝4h/终凝8h/抗压12MPa采空区充填双液堵水浆VI型:IA型=3:2初凝3min/终凝8min/粘结强度2.5MPa集中出水点超细水泥浆水泥:水=1:1.2（掺1%速凝剂）粒径≤10μm/扩散半径1.5m微裂隙处理2.3材料性能优化流动性调控：通过添加0.5%纳米碳酸钙改善水泥粉煤灰浆的流变性能，使浆液粘度控制在50-80mPa·s，扩散系数提升20%。膨胀补偿：在化学浆中引入铝粉膨胀剂（掺量0.03%），补偿浆体收缩，提高与裂隙壁的界面咬合力。环境适配：针对徐州地区地下水pH值6.5-7.5的特点，调整无机酸组分比例，确保凝胶时间稳定性。三、施工工艺与流程3.1钻孔施工工艺采用风动潜孔锤钻进技术，钻孔直径110mm，分三序施工：一序孔：沿采空区边界布置帷幕孔，孔距2.5m，呈梅花形排列，终孔深度进入稳定基岩3m，采用套管护壁工艺，防止孔壁坍塌。二序孔：施工巷道两侧注浆孔，孔深根据采空区高度确定，一般为20-30m，采用"高风压+高水压"联合洗孔，确保孔底沉渣厚度≤50mm。三序孔：补充加密孔，根据注浆效果雷达监测结果动态调整孔位，重点处理未充填区域。3.2注浆作业流程3.2.1制浆系统建立自动化制浆站，配置：双卧轴强制式搅拌机（容量1.5m³），搅拌速度30r/min高速乳化分散机（转速1500r/min），用于化学浆制备浆液储存罐（带搅拌功能），有效容积5m³制浆流程严格执行"三检制"：检查材料配比→检测浆液密度（1.8-2.0g/cm³）→测定流动度（≥200mm/30min）。3.2.2注浆施工工序孔口管安装：采用φ108mm无缝钢管，长度3m，注浆固结后进行耐压试验（压力1.5倍设计值，稳压30min无压降）。注浆顺序：遵循"先外后内、先深后浅、间隔跳注"原则，帷幕孔施工完成后间隔48h再进行内部注浆孔施工。注浆方式：常规段：采用孔口封闭纯压式注浆涌水段：采用前进式分段注浆，段长1.5-2.0m破碎带：采用循环式注浆，反复冲洗-注浆3次3.3关键参数控制注浆压力：根据深度动态调整，浅部（＜100m）0.5-1.0MPa，中部（100-500m）1.5-2.5MPa，深部（＞500m）3.0-4.0MPa，终压为静水压力的1.5倍。注浆量：按采空区体积的1.2倍计算，单孔注入量Q=πr²hβ（r为扩散半径，h为孔深，β为充填系数1.1-1.3）。结束标准：满足下列条件之一即可终止：注浆压力达到设计终压并稳定30min注入量达到计算值的90%以上吸浆量＜5L/min持续1h四、设备选型与配置4.1主要施工设备设备名称型号规格技术参数数量气动注浆泵ZBQ25/5工作压力5MPa，流量25L/min6台双液注浆泵KFNQS-11/10混合比4:1或1:1可调3台风动钻机ZJ20钻孔深度50m，孔径110mm4台高速制浆机JS1500功率15kW，搅拌效率1.5m³/h2台超声波流量计TDS-100测量范围0-100m³/h3台4.2监测设备系统地面监测：布设全站仪监测网，监测点间距50m，精度±2mm，实时监测地面沉降/抬升。井下监测：在关键断面安装测斜仪和应力传感器，量程0-50MPa，采样频率1Hz。浆液监测：配置流动度测定仪、粘度计、压力传感器组成闭环控制系统，实现注浆参数实时调控。五、质量控制体系5.1施工质量控制材料检验：每批次水泥进行3天、28天强度检测，粉煤灰需测定烧失量（≤8%）和细度（45μm筛余≤12%）。工序控制：实行"三检制"，每孔施工记录包含：孔位偏差（≤100mm）、孔深（±50mm）、洗孔压力（≥0.8MPa）等参数。注浆效果：采用地质雷达（分辨率≤2cm）进行注浆前后对比检测，未充填区域面积应＜5%。5.2地面抬升控制措施针对徐州贾汪区曾出现的注浆抬升问题，采取：分级压力控制：初始压力按设计值的60%施加，每30min提升10%，直至达到设计值。间歇注浆工艺：注30min停15min，使浆液充分扩散，减少压力集中。动态监测预警：当监测到地面抬升速率＞2mm/h时，立即降低注浆压力20%，并分析原因。5.3验收标准主控项目：注浆后采空区残余空洞率＜3%，帷幕体渗透系数＜1×10⁻⁷cm/s。一般项目：钻孔垂直度偏差≤1%，浆液损失率＜8%，施工记录完整率100%。六、安全与环保措施6.1安全防护体系瓦斯管理：配备便携式瓦斯检测仪（量程0-4%），当浓度＞0.5%时停止作业，采用防爆型注浆设备。高压作业：注浆管路系统设置安全阀（整定压力1.2倍设计压力），操作人员佩戴防冲击面罩。应急准备：每作业面配置2台应急注浆泵，储备200kg速凝剂，制定突水突泥应急预案并每月演练。6.2环保控制措施废水处理：设置三级沉淀池（总容积50m³），废水经处理后回用率达80%以上。粉尘控制：钻孔作业采用湿式除尘，粉尘浓度控制在2mg/m³以下。固废处理：废浆液经脱水后运至指定填埋场，干渣含水率＜30%，符合《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》。七、施工组织计划7.1施工部署采用"四班三运转"作业制，按三个施工段平行作业：帷幕施工段：配置2台钻机，工期45天，完成边界帷幕孔施工。充填施工段：配置3台钻机，工期60天，完成内部采空区充填。补强施工段：根据检测结果动态调整，工期30天，处理局部缺陷。7.2进度计划施工阶段工作内容工期（天）关键节点准备阶段设备进场、场地平整7制浆站调试完成帷幕施工边界孔钻进及注浆45帷幕形成检测合格主体施工内部注浆孔施工60完成总量80%检测补强雷达检测及补注浆30残余空洞＜3%验收撤离竣工验收、设备退场8提交竣工资料7.3资源配置人员：项目经理1人，技术负责人1人，安全员2人，施工班组12个（每班组6人）。材料：水泥3000t，粉煤灰6000t，化学浆材500t，水玻璃150t。资金：总造价约1200万元，其中材料费用占比65%，设备租赁占比20%，人工及其他占比15%。八、应急预案8.1常见问题处置窜浆处理：立即停止该孔注浆，启用备用孔注浆，采用低浓度水玻璃溶液（波美度20°Bé）进行封堵。压力骤降：分析是否存在大裂隙通道，可掺入锯末（掺量5%）或采用双液注浆快速充填。设备故障：备用泵启动时间＜10min，同时关闭孔口闸阀，防止浆液回流。8.2重大风险应对针对可能发生的大面积冒顶、突水等事故，建立三级应急响应机制：一级响应：当涌水量＞50m³/h时，启动双液注浆系统，同时调集备用设备，2小时内控制险情