巷道頂板含水層綜合治理技術(shù)研究00021212 - 副本

1、 巷道頂板含水層綜合治理技術(shù)研究目 錄一、 課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)1二、 課題研究的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)12.1超前釋放鉆孔與錨索滯后相結(jié)合防水技術(shù)12.2 WG抗腐蝕抗裂防水劑錨噴工藝22.3全長錨固錨桿及中空注漿錨索防止支護(hù)鉆孔涌水技術(shù)22.4化學(xué)漿液用于巷道注漿堵水及加固技術(shù)22.5綜合治理后巷道單孔涌水量0.5立方/h3三、項目實(shí)施情況33.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況33.2巷道頂板淋水綜合治理措施43.2.1超前釋放鉆孔與錨索滯后相結(jié)合防水措施43.2.2WG抗腐蝕抗裂防水劑錨噴工藝73.2.3全長錨固錨桿及注漿錨索防止支護(hù)鉆孔涌水技術(shù)83.2.4化學(xué)漿液應(yīng)用于巷道注漿堵水的優(yōu)點(diǎn)133.

2、2.5綜合治理后巷道單孔涌水量0.5立方/h15四、社會經(jīng)濟(jì)效益評價15五、推廣和應(yīng)用15巷道頂板含水層綜合治理技術(shù)研究王 雷（中煤一建二處麥垛山項目部）內(nèi)容提要：在井巷工程施工中遇到水害是件最頭疼的事。它嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、施工安全及后期工程維護(hù)工作。地下水的防治是一項極其苦難和耗費(fèi)成本的工程，尤其遇到特殊水文地質(zhì)條件下，巷道大面積的出現(xiàn)淋水、滲水更難施工，以往一些傳統(tǒng)的防治水工藝，往往受到現(xiàn)場施工條件和局限性的影響，無法滿足防治水施工需要，達(dá)不到防治效果，因此尋找一種確實(shí)可行的綜合治理方法，是防治水施工中的技術(shù)重點(diǎn)和攻關(guān)項目。關(guān)鍵詞：防治水技術(shù)、綜合治理一、 課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)通過分析

3、巷道頂板含水層淋水治理困難，治理效果差等問題，研究制定解決這些問題的綜合治理措施。在麥垛山項目部組織實(shí)施綜合治理措施?？偨Y(jié)出一套完整的巷道頂板含水層綜合治理研究技術(shù)與經(jīng)驗，為今后此類地質(zhì)條件下的施工提供借鑒。二、 課題研究的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)：（1） 超前釋放鉆孔與錨索滯后相結(jié)合防水技術(shù)（2） WG 抗腐蝕抗裂防水劑錨噴工藝（3） 全長錨固錨桿及注漿錨索防止支護(hù)鉆孔涌水技術(shù)（4） 化學(xué)漿液應(yīng)用于巷道注漿的堵水與加固（5） 綜合治理后巷道單孔涌水量0.5立方/h2.1超前釋放鉆孔與錨索滯后相結(jié)合防水技術(shù) 在巷道幫部開鑿探放水硐室，施工與巷道方向平行井幫有傾角的超前鉆孔，以鉆孔直徑1

4、30mm鉆探12米后預(yù)埋11米直徑108mm止水套管，在止水套管內(nèi)以鉆探直徑75mm的鉆頭繼續(xù)朝前鉆探，超前鉆探距離為180m，鉆探預(yù)埋止水套管，止水套管安裝高壓球閥，提前對巷道施工的前方含水層進(jìn)行放水，以減少巷道施工頂板淋水。錨索滯后工作面30m，注漿錨索使用注漿材料為水泥漿，在工作面的后方與迎頭施工平行作業(yè)，以減少錨索導(dǎo)水導(dǎo)致迎頭施工困難。2.2 WG抗腐蝕抗裂防水劑錨噴工藝 主要工藝與常規(guī)錨噴相同，相應(yīng)的輔助治水工藝也簡單易行，現(xiàn)在巷道集中出水點(diǎn)預(yù)埋導(dǎo)水管，利用WG防水劑干粉搶噴1-2cm以縮小淋水面，再進(jìn)行復(fù)噴成巷，在噴漿中添加水泥用量的10%WG防水劑，即可形成對淋水整體性封閉層。2

5、.3全長錨固錨桿及中空注漿錨索防止支護(hù)鉆孔涌水技術(shù) 巷道直接頂為泥巖（厚度1m左右），沿6美頂板掘進(jìn)，巷道淋水主要通過原端頭支護(hù)的錨桿、錨索孔導(dǎo)出，將原設(shè)計錨桿端頭錨固變更為全長錨固，錨索變更為注漿錨索，采用樹脂藥卷端頭錨固其余部分采用注漿封堵。2.4化學(xué)漿液用于巷道注漿堵水及加固技術(shù)高分子化學(xué)注漿加固技術(shù)是一項具有很強(qiáng)實(shí)用性且應(yīng)用范圍廣的工程技術(shù)，其利用液壓、氣壓原理，把高分子化學(xué)漿液均勻地注入到具有孔隙、裂隙、節(jié)理等軟弱結(jié)構(gòu)的煤巖體中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，將煤巖體膠結(jié)成一個整體，使得煤巖體形成強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，從而改善煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高其整體性和強(qiáng)度

6、。2.5綜合治理后巷道單孔涌水量0.5立方/h 通過多種措施綜合治理，可實(shí)現(xiàn)巷道單孔涌水量0.5立方/h，徹底解決頂板淋水對巷道施工的影響。三、項目實(shí)施情況巷道頂板淋水綜合治理的例子有很多，本文簡述下寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦西翼主水平帶式輸送機(jī)石門頂板淋水綜合治理施工過程。3.1工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況我單位現(xiàn)在掘進(jìn)的巷道地層多由延安組砂巖、泥巖及煤層組成，主要含水層為細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖，含裂隙、孔隙、承壓水等。地質(zhì)條件復(fù)雜，巷道掘進(jìn)前方容易揭露地質(zhì)構(gòu)造使之導(dǎo)通第含水層。主水平帶式輸送機(jī)石門西側(cè)已掘進(jìn)至采區(qū)邊界并已揭露采區(qū)邊界背斜的西翼，煤巖層產(chǎn)狀為2301015，受背斜影響，工作面煤巖層裂隙較發(fā)

7、育。該段水文地質(zhì)情況為構(gòu)造裂隙水及頂板26煤()下段的中粒砂巖弱含水層中的孔隙水（與主水平回風(fēng)大巷為同一水源），由于裂隙較為發(fā)育的原因，易導(dǎo)通26煤()下段中粒砂巖弱含水層，因此會有裂隙水，造成工作面涌水增大，預(yù)計工作面正常涌水量10m/h-30 m/h。由于背斜構(gòu)造而引起的張性裂隙及6煤頂板弱含水層的影響，巷道會出現(xiàn)滲水及涌水現(xiàn)象。3.2巷道頂板淋水綜合治理措施3.2.1超前釋放鉆孔與錨索滯后相結(jié)合防水措施施工方案： 1.設(shè)計依據(jù)1.1根據(jù)煤礦防治水規(guī)定第八十九條： 水文地質(zhì)條件復(fù)雜、極復(fù)雜礦井，在地面無法查明礦井水文地質(zhì)條件和充水因素時，應(yīng)當(dāng)堅持有疑必探的原則，加強(qiáng)探放水工作。1.2跟據(jù)煤

8、礦防治水規(guī)定第九十八條第二款： 沿巖層探放含水層、斷層和陷落柱等含水體時，按下表確定探水鉆孔超前距離和止水套管長度。巖層中探水鉆孔超前鉆距和止水套管長度水壓（MPa）鉆孔超前鉆距（m）止水套管長（m）1.01051.0-2.015102.0-3.020153.025202.鉆孔位置及施工順序2.1主水平帶式輸送機(jī)石門（西側(cè)）調(diào)車硐室共布置4個鉆孔，單孔打鉆深度180m。2.2第一組中眼，考慮當(dāng)前工作面情況，在調(diào)車硐室左側(cè)拱基線下450mm與硐室中間位置布置1#、2#鉆孔，鉆孔沿巷道掘進(jìn)方向鉆進(jìn)，鉆孔參數(shù)分別為方位角237，傾角8、0，終孔位置距打鉆開口180m，以探明巷道正前方以及頂板的水文地

9、質(zhì)情況。實(shí)際施工過程中根據(jù)硐室布置、鉆機(jī)型號、鉆孔涌水量及工作面排水能力可及時調(diào)整鉆孔深度。2.3第二組斜眼，在2#鉆孔右側(cè)布置3#、4#鉆孔，鉆孔開口位置控制在2#鉆孔右側(cè)1m，鉆孔斜長深度均為180m。由于巷道正在開拓，考慮防止鉆孔穿過正在開拓的帶式輸送機(jī)石門，3#鉆孔以方位角245、傾角為0；4#鉆孔方位角250、傾角為0方向鉆進(jìn)，以探明巷道右側(cè)水文地質(zhì)情況。（附：鉆孔布置段、剖面圖）實(shí)際施工過程中根據(jù)硐室布置、鉆機(jī)型號、鉆孔涌水量及工作面排水能力可及時調(diào)整鉆孔深度及位置。2.4施工順序，1#鉆孔2#鉆孔3#鉆孔4#鉆孔孔號方位角傾角鉆孔長度(m)1#237+81802#23701803

10、#24501804#25001803.孔口管安裝工作面布置四個探水孔進(jìn)行探水工作（考慮工作面情況，鉆孔布置在拱基線下450mm，如圖所示），三孔開口用133mm鉆頭施工22m，防止突水安裝108mm孔口管、止水閘閥，孔口管加固采用注漿（注漿機(jī)型號：2TGZ-60/210）。開口施工完后，采用75mm鉆頭繼續(xù)向前施工直至終孔位置。3.1孔口安全套管的參數(shù)：鉆孔開口直徑133mm；開口深度22m，套管用21根型號為108mm8mm1000mm的無縫鋼管。3.2用高壓水將孔口管孔內(nèi)雜物清掃干凈。 3.3將加工好的孔口管放置在打好的鉆孔內(nèi)（用鉆機(jī)將孔口管壓入鉆孔內(nèi)），孔口周圍用水泥漿封住并用鐵楔子（或

11、道釘）背緊孔口管外露長度為100150mm。注漿方式水泥漿封孔固定；水泥標(biāo)號為P.HSR42.5，水灰比1：1。套管安全閥門的聯(lián)結(jié)方式高壓法蘭盤（DN100-6.4MPa）聯(lián)結(jié)。安全閥門安裝直通高壓閘閥，閘閥選用4寸高壓閘閥，最大承受壓力應(yīng)超過20MPa。3.4使用注漿機(jī)向孔口管內(nèi)壁注漿，充填巖壁與管壁縫隙，現(xiàn)場拌料（水泥：速凝劑=1：0.1）用注漿機(jī)對空隙處進(jìn)行充填(孔口管選用108mm鋼管），壁厚8mm，一端焊接4寸法蘭盤，孔口管共計21m)。再采用75mm鉆頭鉆進(jìn)21m，用注漿機(jī)向孔口管內(nèi)注入清水洗孔做耐壓試驗，只有注漿機(jī)壓力達(dá)到2倍靜水壓力6Mpa，耐壓30min壓力無變化后方可正常鉆

12、進(jìn)，否則重新注漿封堵充填直至達(dá)到要求為止。 3.5在孔口管兩側(cè)用長度為2200mm的錨桿固定。每根錨桿用2支Z2370樹脂藥卷固定。3.6注漿完畢后對孔口管進(jìn)行掃眼，清除雜物。鉆進(jìn)時必須安裝直通高壓閘閥，閘閥選用4寸高壓閘閥，最大承受壓力應(yīng)超過20Mpa。再采用75mm鉆頭繼續(xù)向前施工直至終孔位置。4由于巷道頂板淋水較大，采取錨索滯后迎頭的施工方案，錨索采用注漿錨索，滯后迎頭距離為30米，在施工中采取迎頭與后巷錨索平行施工的方案，有效的控制頂板淋水對巷道的影響。3.2.2WG抗腐蝕抗裂防水劑錨噴工藝 主要工藝與常規(guī)錨噴相同，相應(yīng)的輔助治水工藝也簡單易行，現(xiàn)在巷道集中出水點(diǎn)預(yù)埋導(dǎo)水管，利用WG防

13、水劑干粉搶噴1-2cm以縮小淋水面，在噴漿中水泥：黃砂：石子=1：2：2添加水泥用量的10%WG防水劑水灰比控制在0.5-0.56之間，支護(hù)厚度120mm，即可形成對淋水整體性封閉層，同時也起到巷道圍巖穩(wěn)定，防水、防潮的效果。3.2.3全長錨固錨桿及注漿錨索防止支護(hù)鉆孔涌水技術(shù) 1.錨桿全長錨固施工方案及支護(hù)工藝要求1.1 錨桿采用202200mm左旋無縱筋井下專用錨桿，錨固方式為樹脂全長錨固，每根錨桿配2支Z2370型樹脂藥卷，間排距800mm800mm,三花布置，錨桿托板規(guī)格15015010mm。1.2錨桿支護(hù)施工工藝和要求 敲幫問頂 臨時支護(hù) 打錨桿眼 安裝錨桿1.2.1定錨桿眼位 檢查

14、巷道規(guī)格尺寸是否符合設(shè)計要求，若不符合，必須先處理至符合設(shè)計要求后，按照錨桿布置要求將頂錨桿眼位定在網(wǎng)片孔位置，幫錨桿按設(shè)計要求確定并標(biāo)記。1.2.2打錨桿眼 拱部錨桿采用氣動錨桿機(jī)施工，用19mm六方鉆桿與28mm鉆頭配合施工頂板錨桿孔，鉆孔過程中必須是短、長釬桿相結(jié)合進(jìn)行施工，避免長釬桿施工時斷釬傷人；幫部錨桿采用煤電鉆、風(fēng)鉆施工，用28mm麻花鉆桿與28mm鉆頭施工幫部錨桿孔。嚴(yán)格控制錨桿鉆孔深度，誤差控制在0+50mm，錨桿鉆孔要清理干凈，確保樹脂錨固劑充分發(fā)揮作用，使錨桿錨固力達(dá)到設(shè)計要求。1.2.3錨桿安裝(1) 作業(yè)人員進(jìn)入掘進(jìn)工作面前，應(yīng)進(jìn)行安全檢查、設(shè)備檢查與維護(hù)、物料準(zhǔn)備等

15、工作。(2) 每循環(huán)截割后，首先進(jìn)行敲幫問頂，及時進(jìn)行臨時支護(hù)，確保頂板臨時支護(hù)可靠。(3) 檢查錨桿的規(guī)格尺寸是否符合設(shè)計要求：左旋無縱筋井下專用錨桿（斜切45角）是否合格，桿體有無氧化生銹現(xiàn)象，若有必須擦刷干凈；錨固劑有無過期結(jié)塊變質(zhì)，包裝袋有無破裂損壞，影響正常使用的必須更換。(4) 檢查錨桿眼的眼位、角度、深度是否符合設(shè)計要求(用待安裝錨桿伸入錨桿眼孔檢查)，若不合格必須重新打眼。(5) 錨桿安裝工藝流程：確定巷道頂板錨桿孔位置 裝樹脂錨固劑 裝全套錨桿 攪拌藥卷 停2030s 上緊螺母 依次完成其它的頂板錨桿 用14#鉛絲將金屬網(wǎng)扣扣相聯(lián)；確定巷道巷幫錨桿孔位置 裝樹脂錨固劑 裝全套

16、錨桿 攪拌藥卷 停2030s 上緊螺母 依次完成其它的巷幫錨桿 用14#鉛絲將金屬網(wǎng)扣扣相聯(lián)。(6) 錨桿施工順序：由巷道拱頂向兩墻施工。(7) 樹脂錨固劑的攪拌時間約為2030s，此后停機(jī)，但不能縮下鉆機(jī)，還應(yīng)保持鉆機(jī)較大的推力。(8) 緊固螺母：停機(jī)后緩慢降下錨桿機(jī)（退出煤電鉆），調(diào)整鋼托板位置至設(shè)計要求，再用扭力扳手將錨桿螺母擰緊，托板與金屬網(wǎng)緊貼巖面，保證錨桿具有較大的初錨力。1.2.4錨桿必須定期或定量做錨固力檢驗，由施工隊技術(shù)人員到現(xiàn)場做錨固力抽查，抽查方法是每300根錨桿為一組，每組測試不少于3根，測試結(jié)果及時匯報相關(guān)部門，錨固力測試采用錨桿拉力計進(jìn)行。1.2.5錨桿的安裝質(zhì)量必

17、須達(dá)到要求。錨桿的預(yù)緊力必須達(dá)到100NM，錨固力必須達(dá)到50KN以上（壓力表指針指示在15Mpa以上）；1.2.6拱部錨桿緊跟工作面迎頭，幫部錨桿滯后工作面迎頭不超過10m。2.中空注漿錨索施工工藝2.1中空注漿錨索支護(hù)參數(shù)2.1.1中空注漿錨索規(guī)格為227300mm，沿巷道中心線兩側(cè)布置，間排距3m2m。每套錨索包括桿體、規(guī)格25014mm的托盤、規(guī)格為22mm的索具、規(guī)格為23150mm的止?jié){塞（白色塑膠管）、23300mm的止?jié){塞（黑色橡膠管）各一節(jié)。2.1.2每根錨索配2節(jié)Z2370型樹脂藥卷，錨索孔應(yīng)采用32mm合金鋼鉆頭施工，中空注漿管規(guī)格：內(nèi)徑6mm，外徑10mm，空口設(shè)置止?jié){

18、塞。2.1.3中空注漿錨索安裝方式與普通錨索相同，張緊后進(jìn)行注漿，漿液水灰比為1:2（質(zhì)量比），水泥為R42.5普通硅酸鹽水泥，同時加入ACG注漿添加劑（為水泥重量8）。2.2中空注漿錨索運(yùn)輸要求22.1在裝卸車過程中，應(yīng)小心輕放，以免損壞錨索尾部螺紋。2.2.2在運(yùn)輸過程中應(yīng)保持錨索表面清潔，避免錨索粘滿泥、灰、煤粉、油和水影響錨索與樹脂和注漿液體的粘結(jié)效果。2.2.3錨索可以適當(dāng)彎曲，但彎曲半徑不能小于500mm，彎曲半徑太小容易造成錨索注漿管折曲、變形，在注漿過程中形成大的阻力。2.3. 鉆注漿錨索孔2.3.1使用單體頂板錨桿鉆機(jī)或者支腿式幫錨桿鉆機(jī)按設(shè)計位置鉆頂板和幫錨索孔。2.3.2

19、頂板巖石孔應(yīng)采用32金剛石鉆頭、鉆兩幫錨索孔應(yīng)采用32合金鉆頭。鉆孔按打樹脂錨索孔施工技術(shù)要求進(jìn)行。鉆孔深度小于注漿錨索長度5cm。2.3.3鉆孔時應(yīng)注意：幫或頂較破碎的地方，要將碎體放下來，清理出打孔位置，同時也便于封孔和控制打孔深度。2.4. 安裝注漿錨索及封孔2.4.1錨索安裝前，應(yīng)先安裝止?jié){塞到錨索尾部，當(dāng)孔口破碎成喇叭口形狀時應(yīng)適當(dāng)?shù)乩p繞棉紗。2.4.2用中空注漿錨索把2卷Z2370樹脂錨固劑推入鉆孔，邊推進(jìn)邊攪拌，按兗礦煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范安裝樹脂錨索的技術(shù)要求進(jìn)行安裝。2.4.3檢查封孔質(zhì)量，如果止?jié){塞周圍存在空隙，用棉紗塞緊，根據(jù)封孔位置距巷道面的距離選用 合適長度的505的鋼

20、管，用錨索托盤壓住，上緊錨索螺母，施加不低于120kN的預(yù)緊力矩。2.4.4最后檢查錨索托盤是否緊貼巖面，如果錨索螺紋緊固到底但托盤仍沒有緊貼巖面須在托盤內(nèi)加墊木托盤。2.5. 設(shè)備安裝2.5.1 注漿設(shè)備到最遠(yuǎn)處注漿錨索的位置應(yīng)在10米以內(nèi)。2.5.2將注漿泵和攪拌器裝配起來，連接風(fēng)、水管路和注漿器。用清水將攪拌桶沖洗干凈，嚴(yán)禁桶內(nèi)有雜物、硬塊等。2.5.3油壺內(nèi)加滿油，向攪拌桶內(nèi)加入少量水，并慢慢開風(fēng)，對攪拌器和注漿泵進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。2.5.4在確保攪拌器和注漿泵正常運(yùn)行，注漿泵注出的水有足夠的壓力，且各種管路和開關(guān)連接無誤的情況下，可以進(jìn)行攪拌注漿液。2.6.配料及注漿2.6.1向攪拌桶內(nèi)注

21、入清水，根據(jù)一次注漿孔的數(shù)量確定水量，水灰比為1:2加入水泥，同時加水泥8%的ACZI注漿添加劑。2.6.2開動攪拌機(jī)，開始時速度較慢，向桶內(nèi)加入R42.5普通硅酸鹽水泥，邊加入邊攪拌。水泥須慢慢加入，并不斷攪拌，避免大量水泥到入桶內(nèi)，影響攪拌質(zhì)量和效果。2.6.3若出現(xiàn)攪拌機(jī)攪不動的情況，此時可關(guān)閉攪拌機(jī)，把大的水泥塊破碎，然后再開攪拌機(jī)。注意：攪拌機(jī)工作期間，不得將手伸入桶內(nèi)，以免受傷。2.6.4按規(guī)定的水灰比配好漿液，攪拌均勻，使水泥水化后即可注漿。2.6.5根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況配料，避免出現(xiàn)注漿孔還未注滿就沒料或者配料過多而用不完等情況發(fā)生。 2.6.6卸下錨索尾部的絲堵，連接注漿器到錨索

22、尾部內(nèi)螺紋上，慢慢扭緊注漿器，檢查與注漿泵連接的注漿管是否暢通。2.6.7啟動注漿泵進(jìn)行注漿，開始速度要慢些，并邊攪拌邊注漿，注漿時攪拌速度可慢一些。2.6.8在注漿過程中，當(dāng)聽到注漿泵發(fā)出一種沉悶聲音時，表明注漿泵壓力已達(dá)到最大（7MPa），可關(guān)閉注漿泵，等待23分鐘再注漿。2.6.9當(dāng)錨索托盤周圍出漿或錨索周圍的裂隙、錨桿孔出漿時，表明已注滿，停止注漿。2.6.10注漿過程中每個鉆孔應(yīng)一次性注滿，若中途停滯時間超過2分鐘，將會堵塞注漿管。2.6.11卸下注漿器，擰緊錨索尾部絲堵。連接下一錨索，重復(fù)以上過程。3.2.4化學(xué)漿液應(yīng)用于巷道注漿堵水的優(yōu)點(diǎn)1.1 馬麗散E的性能 馬麗散E是一種低粘度，雙組份合成高分子聚亞膠脂材料，用高壓灌注進(jìn)行加固時，樹脂和催化劑混合后進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)它被高壓推擠，注入到煤巖層或混凝土裂縫（在高壓作用下可以使煤巖層的閉合裂隙張開），可沿煤巖層或混凝土裂縫延瞻直到將所有裂隙（包括肉眼難以覺察的裂隙及在高壓作用下重新張開的裂隙）充填滿。已達(dá)到使松散破碎的圍巖粘結(jié)成一體。其良好的柔韌性能承受隨后的地層運(yùn)動,能提高地層支撐力，機(jī)械阻力高，因該材料具有抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度大并具有一定的延伸率等特性，因而有效地增加巷道圍巖的自身強(qiáng)度，從而提高其穩(wěn)定性。馬麗散E技術(shù)數(shù)據(jù)1、基本成份樹脂催化劑20時的密度（g/cm3）1.031.2320時的粘度（mPa.s）2002