回风斜井穿过流砂层注化学浆技术措施1.

xxx煤矿回风斜井
穿过流砂层注化学浆施工安全技术措施
一、工程概况
xxx煤矿位于宁夏盐池县冯记沟乡,工程建设规模0.9Mt/a。

该矿井采用斜井开拓方式,由中煤国际工程集团武汉设计研究院设计。

布臵主、副、风三条斜井,回风斜井古近系段坡度24°。

二、地质情况
xxx煤矿的回风斜井穿越第四系表土层、古近系地层和侏罗系延安组等地层。

其中第四系主要为风积砂;古近系地层主要由浅红色呈半固结状态细砂、粘土组成;侏罗系延安组地层主要由各粒级砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成,煤岩层的力学性能极软弱。

且穿越地层存在三个主要含水层组,即第四系、古近系及基岩风化带孔隙~裂隙含水层组(I、侏罗系中统延安组12煤以上砂岩裂隙~孔隙承压含水层组(III 及侏罗系中统延安组12~18煤砂岩裂隙~孔隙承压含水层组(IV,特别是古近系地层主要是粘土与砂层互层组成,而砂层若含水则极易形成流砂层。

在井筒掘进过程中若遇到较厚的含水砂层(流砂层时,若处理不当将使斜井井筒围岩难于控制,极易出现冒顶、涌水、冒砂等严重事故。

三、施工现状
回风斜井现已施工至斜长146.5m位臵(垂深59m,迎头已揭露含水砂层(平均高度为2.0m。

根据11月3日夜班施工的前探钻孔探明,该含水砂层未揭露厚度为
6.5m,且钻杆撤出后孔内有涌水冒砂现象(持续时间十分钟左右。

现迎头上部尚有粘土,顶板较为稳定,但随着工作面的向前推进,砂层将很快上至顶板,届时按常规方法将无法满足安全施工的需要。

为此,经我方与建设
单位会议研究决定采用注化学浆的方法穿过该流砂层。

根据目前工作面实际情况,结合便于钻孔施工的原则,沿工作面第一架棚向前方砂层内打入带孔管棚,并通过管棚向砂层内注入起充填胶结作用的脲醛树脂化学浆液,待浆液扩散、凝结、硬化后,减少流砂层孔隙率,增加流砂层的密实度,使浆液在流砂层中起骨架作用或浆液与土体凝结成一个壳体,即在斜井井筒周边形成一定厚度的注浆加固帷幕,减小流砂层的渗透性,提高了流砂层的物理强度,达到流砂层加固和堵水的目的,起着止水防砂及承受地层荷载的作用。

四、施工方案
流砂冲入巷道的危险根源在于水,砂层中含水量越大,压力越高,流砂涌入巷道的危险就越大。

因此,经与建设单位协商制定李家坝煤矿回风斜井过流砂层的施工方案:回风斜井井筒过流砂层超前管棚注浆加固技术方案
1、为工作面注浆施工安全及注浆效果,在工作面注浆前先对迎头往后10m 范
围内的巷道进行注浆充填加固。

(措施已编
2、先将浇注混凝土墙位臵周边挖300mm宽的槽,挖宽长度为1000mm做混凝土止浆墙,在浇筑止浆墙前将孔口管固定预埋。

止浆墙砼标号为C30,孔口管采用直径108mm无缝钢管制作,一端焊接法兰盘,管身焊接钢筋倒刺。

3、孔口管预埋时要按线操作,孔口管的外插角为2°,外露长度为800mm。

4、根据迎头实际情况,布臵注浆孔22个,注浆孔拱顶间距0.5 m,帮部间距0.6 m,底板间距550mm;管棚长度为21.8 m(暂定,后期根据钻孔施工情况作适当调整,如果钻孔无法施工至设计长度则可适当缩短,直径为φ52 mm,外插角为2°,钻孔直径为
φ60 mm,管棚布臵断面图及布臵详图如图1、图2、图3所示。

图1 回风斜井超前管棚布置断面图
图2 回风斜井超前管棚布置剖面图(暂定
(a拱顶(b帮部
图3 回风斜井超前管棚布置详图
5、超前管棚注浆加固技术设计参数
(1布孔
在井筒过流砂层段紧靠迎头一架棚布臵1排超前管棚共32个,拱顶间距0.5 m,帮部及底板间距0.6 m;对管棚进行标号为1~32。

回风斜井静压注浆孔布置标号
(2管棚参数的选取
①管棚的层数
回风斜井井筒过本段砂层采用单层管棚布臵。

②管棚的直径
根据管棚注浆加固技术特点的要求,为满足施工现场的要求,选取管棚直径为 52 mm。

③管棚的长度
管棚支护长度越长,越能节省辅助支护时间,提高施工效率。

根据回风斜井井筒过流砂层斜长、混凝土止浆墙厚度1.0 m和外露长度0.8 m初步确定每段管棚长度为22.8m。

④管棚的间距
从地质钻孔及工作面钻探的情况看,本层砂层含水量低,因此确定拱顶管棚
间距为0.5 m,帮部和底板管棚间距0.6 m。

⑤加固范围
针对流砂层特殊地质条件,确定加固范围为井筒拱顶和两侧墙部分,以便形成止水防砂注浆加固帷幕,在其保护下进行斜井井筒的掘进与支护,保证斜井井筒的施工安全。

(3注浆材料
考虑到浆液的可注性、浆液凝胶体强度、浆液的凝聚时间、材料来源、和使用安全结合矿大的方案推荐采用改性脲醛树脂类浆液,加浓度为2%的草酸溶液作为固化剂,脲醛树脂溶液和草酸溶液配比为10:2~10:3(体积比。

(4注浆压力
注浆压力是浆液在地层裂隙中扩散、充填、压实脱水的动能,是注浆设计和施工中的主要注浆参数之一,对提高注浆质量和保证注浆效果起到较大的影响作用。

超前预注浆的目的主要是堵水和加固;以地层压力为计算根据,主要目的是浆液能够扩散。

因此综合以上两种因素,确定注浆压力第一段为2.0 MPa;第二段和第三段注浆终压为3.0MPa。

(5注浆量
在计算注浆量时应考虑注浆类型、岩土体的孔隙率和裂隙度、浆液充填情况等等,渗透注浆的好坏取决于渗透半径内岩土体的孔隙充填程度,充填率越高,注浆效果越好。

本工程采用脲醛树脂类浆液,综合工程类比、理论计算,确定单孔注浆量为2.0 t。

五、施工工艺
超前管棚施工时分为三段依次进行,施工时只浇筑一次砼止浆墙。

第一段沿孔口管钻进6m(含止浆墙厚度,进行第一次注浆(同时加固止浆墙。

第二段对
第一注浆段进行扫孔钻进,累计钻进深度为11m(含止浆墙厚度,进行第二次注浆。

第三段继续扫孔钻进并一次钻进至设计深度,进入下部稳定粘土层不少于1.0m,钻孔结束后迅速的下管注浆。

以上三段注浆皆为钻一孔注一孔。

(1管棚的加工制作
管棚管身设溢浆孔,孔径为φ8 mm;孔距为0.5 m,按梅花形排列;前端0.2 m范围不设溢浆孔,并加工成尖锥形并予以封焊严实;后端1.0 m范围不设溢浆孔,管尾设一加箍环(采用φ8 mm钢筋焊接,管棚加工示意图如图5所示;并要求管身顺直;为防止溢浆孔堵塞,可以在开口孔眼外包一圈橡皮环。

为便于施工管棚加工成3m一段,每段之间用螺纹连接。

超前管棚加工示意图
(2管棚施工工艺
①在流砂层地段注浆前首先做止浆墙,浇筑止浆墙前先预埋孔口管,为防止流砂及浆液返流到工作面内,所有孔口管均加工堵口板。

在工作面开挖揭露流砂层处向井筒掘进荒断面四周扩挖0.3 m,采用C30混凝土浇筑厚度为1000 mm
的止浆墙。

止浆墙施工结束养护48 小时后才可打管棚钻孔施工,止浆墙如下图所示。

止浆墙横断面
止浆墙剖断面
止浆墙结构示意图
②布孔口管,根据井筒的中、腰线以及紧贴工作面第一架棚进行布管,并以插钎作为标记控制孔口管的间距。

③钻孔,第一步钻机就位:搭设钻机平台,钻机平台用架杆搭设;钻机平台支撑要着实地,连接要牢固、稳定,防止在施钻孔时钻机产生下沉、摆动、位移等,影响钻孔质量;移动钻机到钻孔部位,调节钻机高度,要求钻机与已设定好的孔口管方向一致,精确核定钻机位臵。

用经纬仪、挂线和钻杆导向等相结合的方法,反复调整,确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

第二步钻孔:经仪器量测,在钻杆方向和角度满足设计要求后方可开钻;钻孔开始时选用低档,待钻到1.0 m左右时,可根据地质情况逐渐调整钻速;在钻孔过程中,要始终注意钻杆角度的变化,并保证钻机不移位,要复合钻孔的角度是否正确,以保证钻孔方向。

第三步钻孔偏斜纠正:若钻孔向下偏斜过大
时,在偏斜部分填充水泥浆,等水泥浆凝结固化后,再从偏斜外开始继续钻进;若钻孔向上偏斜过大时,可采用特殊合金钻头再次钻进。

第四步清孔、验孔:可用地质岩芯钻杆配合钻头进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求。

具体来说,首先架设方向架,确定打孔方向、位臵,管棚的外插角为2°;针对流砂层特殊地层条件,采用导轨式钻机钻进成孔;若在钻进过程中出现塌孔,此时要停止钻进将钻机退出,往钻孔内注水泥浆液,待浆液凝结固化后重新进行钻孔,保证钻孔钻至设计深度;孔方向要求顺直,不得弯曲和塌孔等。

钻孔按左右对称跳孔施工。

④插管,安设管棚时应对准管孔的方向和角度,必要时使液压或风动推进器将管棚推入,下管要及时、快速,以保证在钻孔稳定时将管棚送到孔底。

每钻
完一孔便顶进一根管棚,管棚每节之间采用丝扣连接。

⑤注浆,采用ZG-60/210化学注浆计量泵进行注浆作业,为确保注浆质量、防止串浆,在施工过程中采取钻一孔注一孔的施工方法。

具体来说,注浆顺序为先注帮部超前管棚(按左右对称施工,然后在注拱顶超前管棚,按从下向上、先两边后中间对称施工顺序。

注浆结束控制标准:一是定压控制法,岩土体注浆加固,一方面靠注进岩土体的浆液起作用,另一方面靠浆体对岩土体的挤压作用使得岩土体的力学指标提高,反过来岩土体的密实度增加又使浆体的强度充分发挥,形成共同承载体。

因此,注浆终压对加固效果起主要作用,设计注浆终压为2.0~3.0 MPa;浆液总量控制法,当注浆扩散半径确定后,注浆总量就确定了,在地层均匀无空洞的条件下,调整注浆压力,使得总注浆量达到设计值,设计单孔注浆量为2.0 t。

(3化学注浆施工工艺流程图
超前管棚注浆施工工艺示意
六、打钻安全技术措施
1、钻机安装时,保证垫木平整牢固,钻机与垫木之间的螺栓上紧,确保钻机平稳牢固,以防打钻时产生位移。

2、钻工要持证上岗,严禁带手套操作钻机。

3、钻孔开孔位臵及钻孔参数由专业技术人员现场标定。

4、每班开钻前,设专人检查钻机是否安全稳固,安全设施、防水、防电、防火、通风设施等是否齐全完好。

钻机安装牢固,钻机电器设备完好,风、水供应正常后方可开钻。

5、打钻时“三不下”(丝扣不合格不下、钻具磨损严重不下、钻杆弯曲严重不下,钻进时,操作人员必须做到“三看”(看钻机压力表、看进尺情况、看孔口返水情
况,“两听”(听机器运转声、听孔内震动声、“一及时”(发现异常情况及时处理。

6、正常钻进时,无关人员一律撤离现场。

7、在工作面的挖一个泵窝,利用供水管供打钻用水至工作面,并在泵窝里放风泵一台,保证打钻循环水能全部排至地面。

8、钻孔距孔底0.5m时,应开水冲孔,待孔口返水后,才能钻进,不准钻干孔。

孔内岩粉多时,应加大水量,延长开水时间,冲净孔底岩粉后方可开孔。

9、临时停钻时,要将钻头退离孔底一定距离,防止岩粉卡死钻头及钻杆。

10、钻进过程中要密切观察钻机运行状况,发现异常应立即停止钻进,查找原因及时处理。

11、钻进过程中发现有片帮、来压,特别是钻孔出现大量涌水时,
就立即停止钻进,但不得拔出钻杆,同时停止作业,撤出人员,并迅速向有关部门汇报,采取安全合理措施后,方可继续钻进。

12、司钻人员要正确填写班报表,做到字迹工整、清晰,记录详细,所取岩芯要按顺序摆放整齐,地质人员及时到钻孔施工现场鉴定岩性。

下钻前及提钻后要丈量钻具长度,校正孔深。

13、在钻进中,要正确掌握钻机钻速和钻压的关系,严防钻孔偏斜。

14、所有施工人员必须戴安全帽,工作服要穿戴整齐,佩戴矿灯和自救器,并能熟练使用。

入井前严禁饮酒及穿化纤衣服,严禁携带烟火等各种引火火源。

15、建立以项目经理为第一安全责任者的各级安全生产岗位责任制,建立健全安全监督体系,充分发挥安检员、安全网员的安全监督作用,做到层层落实,实现下级
对上级负责,逐级联保制,对施工现场24小时不失控,对施工中出现的安全质量问题,及时采取防范措施,杜绝安全事故的发生。

16、停电时,在开关上需挂上“有人工作,不准送电”的停电牌并加锁。

17、施工地点要安设专用电话或其他信号装臵,以便及时联系,向调度所汇报。

18、钻机下井前,必须进行防爆及检漏的检查,不合格的严禁下井。

电器设备必须有煤矿防爆合格证,贴入矿防爆标签后方准下井。

安装完毕经检查后,方可送电,严禁电器设备失爆失保。

19、初次钻进时要密切观察机器运转情况,遇情况异常要立即停机检查。

20、升降转具时,必须检查垫叉是否卡牢,一切无误才准卸接钻杆。

21、钻进中遇松散、破碎的地层时,应适当降低转速,减小泵量,并限制进尺时间和进尺长度。

22、升降转具前,必须认真检查机器的制动及离合装臵,检查拧卸工具及垫叉等,确保性能可靠。

23、升降转具时,操作要稳,精力集中,禁止调整手把或做其它工作,并不准双手同时离开手把。

24、钻机上、下井必须由专人负责拴牢绑好,悬吊钻机的钢丝绳套的卡子一定要上紧,起吊前必须经检查确认安全无误后方可起吊,钻机上面严禁挂有其它工具及小物品,并且所有设备、设施、机具、材料等运送时,提升绞车必须慢速行驶。

25、井下使用的润滑油、棉纱、布头和纸等,存放在盖严的铁桶内。

用过的棉纱、布头和纸,必须放入盖严的铁桶内,由专人带到地面。

严禁将滑油、液压油泼洒在井筒内。

26、必须建立瓦斯、二氧化碳和其它有害气体的检查制度,严格遵守《煤矿安全规程》的有关规定。

27、井筒内的打钻积水必须及时排出,积水不得漫过孔口沿。

28、钻孔施工地点必须悬挂便携仪,并保证灵敏可靠,由专职瓦斯检查员对井筒和钻孔内瓦斯含量进行检测,发现异常情况,向矿调度所及有关部门汇报。

29、要加强工作面的通风、瓦斯检查和防爆器材的管理工作,制定明确的岗位责任制,严禁违反《煤矿安全规程》的有关规定。

30、钻孔施工时要严格执行《钻机操作规程》的有关规定。

31、加强对风机和风筒的管理工作,任何人员不准随意停风机,风筒吊挂垂直,减少漏风,风筒漏风要及时修补或更换。

32、每班要有专人负责观察工作面安全情况,确保施工安全。

33、若在井下遇到紧急危险情况,可以迅速沿井筒撤离至地面安全地带。

(见避灾路线图
七、注浆安全技术措施
1、注浆前,应对注浆泵、输送管路系统、注浆孔进行检查,接头要牢靠、严密、有效,并作耐压试验,且形成泄压装臵,达到设计要求后方可注浆施工。

注浆时司泵工必须按操作规程认真操作,并随时注意压力、流量、油温、声响的变化,发现异常及时处理,确保注浆安全。

2、注浆期间要注意观察钻孔附近工作面是否有跑浆及围岩松动情况,发现问题及时采取措施。

3、注浆人员应严格执行注浆泵操作规程,搅拌人员严格掌握浆液浓度,严防水泥袋及其它杂物进入搅拌桶。

4、注浆前,用清水以0.5Mpa压力对注浆管路系统进行试压,合格后方可进行注浆。

5、注浆压力不得超过终压。

注浆时,一旦发现异常情况,应立即停泵处理。

6、注浆泵、注浆孔压力表要经常检查,坏表及时更换。

7、所有耐压试验、注浆结束后,都要立即关闭注浆阀门,对注浆泵、输送管路系统进行泄压,泄压后及时冲洗设备及管路。

8、严格保证注浆管孔的设计间距。

9、浆液配比和注浆压力应满足设计要求。

10、注浆作业应组成专门施工队伍，注浆人员要经过培训，考核合格后才能上岗。

注浆机器应由专人负责，有专人观察压力表，注浆时要加强联系，保证注、停浆及时、反映快速。

11、注浆期间，在所操作范围内，非注浆人员严禁在现场逗留，在注浆管下方或前方严禁站人。

注浆工作人员应佩戴好劳保用品。

12、泄压时，操作人员严禁站在注浆孔对侧，以防浆液喷出伤人。

13、要严格执行岗位责任制，目标责任明确，做到安全、优质、高效的完成施工任务。

14、施工时，必须有一名跟班队长负责施工与现场的安全管理，且专职安检员现场指导、监督并跟班，每班向调度室及项目部汇报施工情况。

15、加强注浆作业的检查监督由于注浆作业有其特殊性，质量的好坏隐蔽性强，因此，质量控制的日常管理工作尤为重要，要求认真进行井壁的变形观测，掌握好注浆时间及注浆质量，注浆作业必须按照编号顺序注浆，认真记录每孔的浆液配比、注浆压力及注浆量，每班完工后，要根据注浆记录及时分析注浆参数是否合理，以评估注浆效果，确保每个注浆孔浆液扩散范围相互交叉。

16、施工前应对施工人员进行安全技术教育，做好自主保安和相互保安，熟悉现场环境，井下路线及避灾路线。

17、注浆必须要严守操作规程，注浆期间，如需处理泵和管路时，需停机卸压后在做处理。

18、所有开关必须上架并挂牌管理，电缆必须吊挂整齐。

19、制浆处及跑浆处的废料及时清理装车，巷道及时清理。

七、安全文明施工 16
1、风水管、风筒、电缆等管线必须按有关规定，整齐地吊挂在巷道的两帮。

风筒要逢环必挂，风筒接头要严密，不得跑漏风，损坏或残破的风筒要及时更换。

2、巷道内保持无杂物、无淤泥、无积水。

3、各类图板必须按规定悬挂，内容要完备、清晰、正确。

4、各种设备、机械挂设标志牌及维修责任牌包机到人，始终处于完好状态。

八、避灾路线 1、工作面——斜井井筒——地面本措施未尽事宜请严格按照《煤矿安全规程》《宁夏鲁能李家坝矿、井回风斜井掘砌工程施工组织设计》一并贯彻执行。

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