煤礦采空區(qū)防沉陷加固設(shè)計(jì)

煤礦采空區(qū)防沉陷加固設(shè)計(jì)

山西富源集團(tuán)的利益集團(tuán)是一個(gè)資源整合的煤礦，由原來的8個(gè)關(guān)閉井和6個(gè)生產(chǎn)井組成。井深13.6939公里。批準(zhǔn)開采2-11號(hào)煤層,核定生產(chǎn)能力為90萬t/a。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,該礦工業(yè)場(chǎng)地下覆的2號(hào)和9+10+11煤層為采空區(qū),考慮到上部工業(yè)廣場(chǎng)各建筑群的穩(wěn)定性,防止因采空區(qū)引起地面下沉對(duì)建筑物的影響,對(duì)采空區(qū)進(jìn)行治理,治理面積約1220m2。主要工序包括鉆孔、封孔、制漿、灌漿等,針對(duì)不同采空區(qū)類型,施工工藝流程要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。施工時(shí)先施工邊緣帷幕孔,以形成有效的止?jié){帷幕,阻擋漿外流,后施工中間注漿孔。注漿工作為間隔分序次進(jìn)行,以提高充填率。經(jīng)過公開工程招標(biāo),中標(biāo)單位為中科華圣(北京)巖土工程有限公司。通過實(shí)際調(diào)查了解,該公司制定了專項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)。工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)主要建筑物有辦公樓、篩分樓、聯(lián)建樓、機(jī)修車間、3.5kV變電所、原煤筒倉。1煤層厚度穩(wěn)定采空區(qū)內(nèi)主要開采2#、9+10+11#煤層,2#煤層厚度平均1.37m,煤層厚度穩(wěn)定,9+10+11#煤層厚度平均6.90m。區(qū)內(nèi)原采煤方法為房柱式,留設(shè)有大量煤柱,回采率25%~35%左右。2集中制漿站的組成注漿系統(tǒng)由儲(chǔ)料場(chǎng)、一級(jí)攪拌池(機(jī))、二級(jí)攪拌池(機(jī))、稱量系統(tǒng)(臺(tái)秤)、供水系統(tǒng)、注漿管道、封孔裝置等組成,現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置兩套集中制漿站。制漿站日制漿能力為720(m3),日平均灌漿量:22740/50=455(m3),完全滿足施工需要。3主要材料灌漿采用水泥粉煤灰漿液,注漿材料主要由水、水泥、粉煤灰、添加劑等組成。4孔注漿和灌漿注漿主要工序包括鉆孔、封孔、制漿、灌漿等。施工時(shí),應(yīng)先施工邊緣帷幕孔,以形成有效的止?jié){帷幕,阻擋漿液的外流,后施工中間注漿孔。注漿工作間隔式分序次進(jìn)行,一序次孔漿液可能擴(kuò)散范圍較大,二、三序次孔注漿將使前序次未充填的空洞得到再次充填,從而提高充填率,灌漿按一序、二序、三序孔依次進(jìn)行,每序次必須間隔一定時(shí)間,滿足漿液凝固要求。本工程采空區(qū)施工采用一次成孔,孔口封閉,一次全灌注施工方式。5注漿孔和取芯孔鉆孔工作開始施工前對(duì)設(shè)計(jì)圖孔進(jìn)行編號(hào),編序,編制鉆孔參數(shù)表,每個(gè)孔明確孔位坐標(biāo)及每個(gè)具體的深度。鉆孔分為不取芯孔(一般帷幕孔、注漿孔)和取芯孔(包括試驗(yàn)孔、先導(dǎo)孔和檢查孔)。(1)鉆孔流程包括注漿孔定位;鉆機(jī)就位;帷幕孔、注漿孔的成孔工藝:用Φ108~Φ150mm鉆頭開鉆,鉆至基巖下3m,然后變徑經(jīng)一次變徑,鉆至2#煤層、9#10#11#煤層底板以下0.5m或采空區(qū)、空洞終孔,終孔孔徑不小于89mm。(2)鉆孔技術(shù)要求。(3)澆筑孔口管。6攪拌時(shí)間制漿材料必須稱重,稱量誤差應(yīng)不小于5%,水泥采用袋裝水泥計(jì)量法,砂采用體積計(jì)量,粉煤灰采用體積計(jì)量。各類漿液必須攪拌均勻,測(cè)定漿液密度和粘滯度等參數(shù),并作好記錄。水泥粉煤灰漿液的攪拌時(shí)間:使用普通攪拌機(jī)時(shí),應(yīng)不少于5min;使用高速攪拌機(jī)時(shí),應(yīng)不少于40s。注漿材料的配制和取樣檢查:本次注漿漿液材料由水、水泥、粉煤灰組成,水泥采用325#普通或復(fù)合硅酸鹽水泥;普通生活用水;火力發(fā)電廠粉煤灰(Ⅲ級(jí));擬處理采空區(qū)范圍邊界的帷幕孔的水泥:粉煤灰固相比(重量比)2:8,漿液水固比(重量比)為0.8:1,并添加水泥重量3%的速凝劑;治理范圍內(nèi)的注漿孔的水泥:粉煤灰固相比(重量比)2:8,漿液水固比(重量比)為1:1。7孔施工工藝本工程采空區(qū)為雙層采空區(qū)兩次處理,施工采用一次成孔,孔口封閉,自下而上,一次全灌注施工方式。注漿流程及要求:帷幕孔和注漿孔施工工藝,注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)基本相同,不同的是施工先后順序,孔距、添加劑等;帷幕孔采用間歇式注漿,單孔注漿量達(dá)到200m3而未注滿時(shí),在孔口加漏斗狀投料器,用漿液將砂或粒徑不大于0.5的礦渣帶入孔內(nèi),同時(shí)按以上注漿方式進(jìn)行循環(huán)灌漿;鉆孔注漿應(yīng)按煤礦采空區(qū)的底板傾斜方向,先施工采空區(qū)底板標(biāo)低位置的注漿孔及構(gòu)造物工點(diǎn)處的注漿孔,再沿傾斜方向由低向高、由邊部向中心展開施工。7.1礦渣粗料注漿及灌漿注漿一般按下述程序進(jìn)行:(1)帷幕孔、注漿孔注漿時(shí),均應(yīng)先從低流量(≤90L/min)開始,當(dāng)孔口壓力≤0.6MPa時(shí),可逐漸提高流量。(2)當(dāng)孔口壓力>1.0MPa時(shí),要降低流量;當(dāng)注漿量達(dá)到單孔平均注漿量的30%時(shí),要求用稠漿(1∶1.3~1∶1.4)。(3)當(dāng)單孔注漿量較大時(shí),應(yīng)添加速凝劑,添加速凝劑后,注漿量超過單孔平均注漿量的150%,孔口壓力≤0.6MPa,注漿泵量≥90L/min時(shí),應(yīng)進(jìn)行間歇灌漿,間歇時(shí)間≥12h。(4)間歇過程中,在孔口加入一漏斗狀的投砂器,用漿液將礦渣粗料帶入孔內(nèi)。(5)間歇后的注漿,不得用稀漿。間歇后注漿時(shí),應(yīng)確保注漿管(孔)通暢無阻礙。(6)注漿按一序、二序、三序孔依次進(jìn)行,每序孔必須間隔一定時(shí)間,一序孔宜大間隔進(jìn)行,以進(jìn)一步探明采空區(qū)分布范圍。結(jié)束后對(duì)剩余鉆孔施行注漿,并檢驗(yàn)一序孔注漿效果。(7)對(duì)空洞區(qū),為減少注漿量,應(yīng)先灌注天然砂礫料,再灌注水泥粉煤灰漿。(8)注漿開始后,要定時(shí)觀察注漿泵的吸漿量和泵壓,測(cè)定注漿孔及周圍鄰孔的孔內(nèi)水位,記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象、收集原始數(shù)據(jù),出現(xiàn)特殊情況及時(shí)上報(bào)并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整注漿量和漿液濃度。(9)注漿過程中如出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時(shí),應(yīng)采用間歇式注漿,或減少泵量及時(shí)采取地表回填裂隙的措施,阻止?jié){液從地面大量流失。7.2終止注漿階段(1)孔口管壓力升至1.5MPa以上,穩(wěn)定15min,即可終止注漿。(2)注漿過程中,孔口壓力<1.5MPa,吃漿量≤75L/min,穩(wěn)定15min,即可終止注漿。(3)地標(biāo)溢漿、鉆孔串漿。8治理工程質(zhì)量檢測(cè)灌漿工作結(jié)束1個(gè)月后,礦方會(huì)同監(jiān)理人員進(jìn)行灌漿質(zhì)量的檢查,按照以下規(guī)定的各項(xiàng)質(zhì)量檢查項(xiàng)目和內(nèi)容進(jìn)行了檢查:(1)灌漿質(zhì)量檢測(cè)孔位置應(yīng)布置在脫空較大、串漿孔集中,或階段性評(píng)估確定的部位,檢查孔的數(shù)量應(yīng)為灌漿孔總數(shù)的5%。(2)根據(jù)國(guó)內(nèi)同類項(xiàng)目的施工驗(yàn)收經(jīng)驗(yàn),采取鉆探取芯、波速測(cè)井、孔內(nèi)電視觀測(cè)和巖芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等方法進(jìn)行采空區(qū)治理工程的質(zhì)量檢測(cè),質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo):注漿漿液對(duì)采空區(qū)及上伏冒落帶、裂隙帶的充填率≥75%;注漿漿液的結(jié)石率≥80%。室內(nèi)做漿液結(jié)石體強(qiáng)度試驗(yàn),漿液結(jié)石強(qiáng)度達(dá)到1.0MP;注漿結(jié)束6個(gè)月后,檢查孔取芯檢查冒落巖石中漿液充填情況,取芯率為80%以上;鉆探檢測(cè)過程中,循環(huán)液基本不漏失;注漿前注漿孔內(nèi)主要治理地段的波速測(cè)試結(jié)果,與注漿后注漿孔內(nèi)主要治理地段的波速測(cè)試結(jié)果比較:縱波波速提高率應(yīng)大于15%;質(zhì)量檢測(cè)孔內(nèi)的驗(yàn)證注漿量小于該區(qū)平均注漿量的5%~10%。(3)灌漿孔灌漿和檢查孔鉆孔注漿結(jié)束后,應(yīng)采用水泥砂漿將孔封填密實(shí),并將孔口壓