采空區(qū)注漿方案

1、1、治理方案選擇依據(jù)礦山開采沉陷學(xué)理論及煤礦“三下”采煤經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)多個采空區(qū)治理工程實踐，通常采用條帶式注漿法和全膠結(jié)注漿法。條帶式注漿法是在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，在采空區(qū)形成類似煤炭系統(tǒng)的“保安煤柱”，起著支撐采空區(qū)及上覆巖層的作用，該方法材料用量較小，但施工相對復(fù)雜。全膠結(jié)注漿法是在采空區(qū)影響范圍內(nèi)，按一定孔距和排列方式，布設(shè)足量的注漿孔，用鉆機成孔，通過注漿泵、注漿管，將水泥粉煤灰漿注入采空區(qū)及上覆巖體裂隙中，漿液經(jīng)過固化，膠結(jié)巖層裂隙帶，同時采空區(qū)的漿液形成的結(jié)石體對其上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層的進(jìn)一步冒落塌陷。全膠結(jié)注漿法已在國內(nèi)多個采空區(qū)治理工程中取得了成功的經(jīng)驗，該方法施

2、工相對簡單，安全性高，施工工藝成熟，施工易于管理，但缺點是材料用量較大。兩種方法比較，本次注漿采用全膠結(jié)法。2、采空區(qū)注漿治理范圍2.1采空區(qū)治理長度治理長度為鐵路路線走向上采空區(qū)（空洞）實際分布長度。當(dāng)采空區(qū)煤層較厚，地表變形破壞嚴(yán)重，采空區(qū)治理長度應(yīng)考慮增加覆巖移動角影響范圍內(nèi)的治理長度。2.2采空區(qū)治理寬度采空區(qū)治理寬度可按如下公式計算：傾斜巖層時路線與巖層走向平行或者斜交：L=D+2B+（2h ctg+H下ctg+ H上 ctg）水平巖層時：L=D+2B+2（h ctg+H ctg）式中：L垂直鐵路中線的水平方向?qū)挾龋╩）；D鐵路路基底面寬度（m）；B路基維護(hù)帶一側(cè)的寬度（一般為10m

3、）；h上覆松散層厚度（m）；H采空區(qū)上覆基基巖厚度（m）；松散移動角（°），一般取45°；走向方向采空區(qū)上覆基巖移動角（°）；下山方向采空區(qū)上覆基巖移動角（°）；上山方向采空區(qū)上覆基巖移動角（°）；2.3采空區(qū)治理深度采空區(qū)治理深度一般不小于采空區(qū)底板深度。4、采空區(qū)注漿體積與注漿量采空區(qū)空隙體積為擬處理采空區(qū)范圍內(nèi)的礦層體積乘以回采率，并扣除采空區(qū)因頂板冒落已經(jīng)產(chǎn)生的變形。全膠結(jié)注漿治理的實質(zhì)就是以水泥粉煤灰漿液對采空區(qū)空隙體積進(jìn)行充填和固結(jié)。總注漿量可按下式估算： 式中：-采空區(qū)總注漿量（m3）； -采空區(qū)治理面積（m2）； -采空區(qū)煤層厚

4、度（m）； -采空區(qū)剩余空隙體積率，即煤層被采出后，原空間經(jīng)塌陷冒落巖塊充填后剩余的空隙率，其取值在0.21之間； -煤層采出率，參照采掘平面圖經(jīng)礦山調(diào)查選?。?-漿液損耗系數(shù)，經(jīng)驗值取1.1 1.5； -注漿充填率，經(jīng)驗值取0.9； -漿液結(jié)石率，取0.9；5、采空區(qū)注漿設(shè)計5.1 注漿材料及配比注漿材料選用水泥粉煤灰漿液，其水固比1：1.01：1.4，水泥含量占固相的30%，粉煤灰占固相的70%，帷幕孔根據(jù)具體情況采取較稠的漿液或在漿液中摻加水泥質(zhì)量的2%速凝劑（水玻璃，模數(shù)2.43.4，濃度30ºBe40ºBe），使注入采空區(qū)的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液流失。

5、5.2 注漿孔（帷幕孔）設(shè)計1）鉆孔布設(shè)注漿孔設(shè)計的深度為地面至采空區(qū)煤層底板以下1.5m，注漿孔的主要灌注長度為采空區(qū)最上部巖層頂面以下5m至采空區(qū)底板，孔口管長度為地面上0.5m至基巖下5m變徑處的深度。為了防止在壓力注漿過程中漿液的四處蔓延，為此設(shè)計了帷幕孔。帷幕孔布在處理區(qū)周邊，孔距根據(jù)經(jīng)驗可選擇1820m。注漿孔在采空區(qū)治理范圍內(nèi)梅花型布置，注漿孔孔距1020m，排距1020m。為檢查施工質(zhì)量，通常按灌漿孔的25設(shè)置檢查孔數(shù)量，檢查孔可隨機布置。檢查孔長度應(yīng)為原地面至采孔區(qū)底板的深度。2）鉆孔結(jié)構(gòu)(1)孔 深 采空區(qū)注漿孔(帷幕孔)設(shè)計深度為 m，實際以揭穿采空區(qū)底板0.30.5m處

6、為準(zhǔn)。 (2)孔 徑 鉆孔開孔直徑宜在 130-150mm，進(jìn)入完整基巖5m后變徑，終孔直徑不小于91mm。 (3)取 芯 取芯孔數(shù)量應(yīng)占總孔數(shù)的5%。采空區(qū)段和巖層破碎段巖芯采取率不低于30%，其它部位不低于 60%。 (4)止 漿 可采用似法蘭盤簡易止?jié){法完成止?jié){。6、采空區(qū)注漿施工工藝及質(zhì)量控制6.1 工藝流程概述采空區(qū)治理工藝流程是采空區(qū)治理工程的核心內(nèi)容，是關(guān)系到采空區(qū)治理工程質(zhì)量和效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括成孔工藝、制漿工藝、注漿工藝等一系列前后連續(xù)、配合緊密的工藝流程。采空區(qū)治理工藝流程內(nèi)各環(huán)節(jié)的相互關(guān)系如下圖所示：定點成孔及下套管tontaoguan下注漿管、澆注孔口管注漿終止注漿t

7、ontaoguan備料拌制漿液 tontaoguan觀察注漿情況，抽樣試驗圖6.1 采空區(qū)治理工藝流程圖6.2 成孔工藝1）定點注漿孔應(yīng)用經(jīng)緯儀、皮尺進(jìn)行實地測量放樣，鉆孔實際位置原則上不應(yīng)超過設(shè)計位置0.5m，當(dāng)因地面影響，鉆機不能就于設(shè)計位置時，可視具體情況進(jìn)行調(diào)整。2）成孔工藝及技術(shù)要求（1）成孔工藝鉆進(jìn)初始階段，各采空區(qū)治理區(qū)域內(nèi)分別布設(shè)23個取芯鉆孔，對地層情況進(jìn)行勘測和驗證，確定和指示周邊鉆孔的鉆進(jìn)層位，其余鉆孔可參照取芯鉆孔的鉆進(jìn)情況實施不取芯鉆進(jìn)。為保證按時完成治理施工任務(wù)，須采用相應(yīng)的施工工藝和施工設(shè)備。在施工工藝方面，土層及強風(fēng)化基巖選用合金鉆頭鉆進(jìn)，泥漿或套管護(hù)壁；中等及

8、微風(fēng)化基巖選用復(fù)合體鉆頭鉆進(jìn)。施工設(shè)備需采用10臺以上的工程地質(zhì)鉆機，并配備大功率空氣壓縮機實施潛孔錘鉆進(jìn)。成孔工藝簡述如下：用130mm鉆頭開孔，鉆進(jìn)至基巖面下5m后，下入127mm套管護(hù)壁，然后變徑89mm。用89mm鉆頭，鉆進(jìn)至采空區(qū)中的塌陷冒落或煤層底板0.30.5m終孔。鉆孔經(jīng)鉆探技術(shù)員及現(xiàn)場監(jiān)理驗收同意后，澆鑄注漿管。（2）技術(shù)要求鉆孔位置要與測量所定孔位一致，偏差不應(yīng)超過0.5m，如因地形影響鉆機不能就位時，報技術(shù)部視具體情況，請示監(jiān)理工程師變更孔位，不得擅自改變孔位。鉆孔測斜頻率：在終孔前測量一次孔斜（頂角、方位角），要求終孔孔斜2°。鉆進(jìn)時必須采用一定的導(dǎo)向措施，以

9、保證成孔質(zhì)量?；鶐r面5m以下必須采取清水鉆進(jìn)，回水池巖粉要及時清理干凈。采空區(qū)底板巖芯必須取芯并拍照。鉆孔施工過程中，要做好鉆探原始記錄，尤其是采空區(qū)塌陷冒落帶。鉆探記錄要使用藍(lán)、黑色鋼筆填寫，記錄要整齊、清晰、真實、規(guī)范，地層分界、巖性鑒定要準(zhǔn)確，并有施鉆和記錄人員簽字。鉆孔施工過程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、漏風(fēng)、掉鉆、埋鉆、卡鉆等異?，F(xiàn)象要詳細(xì)記錄其深度、層位和耗水量、耗風(fēng)量，并通知技術(shù)部。鉆孔施工過程中和終孔后，要進(jìn)行水位觀測，并記錄。鉆進(jìn)過程中要及時觀察并記錄鉆孔耗水量。終孔后經(jīng)技術(shù)人員檢查鉆探原始記錄和巖芯編錄后，報監(jiān)理驗收并簽發(fā)終孔通知書后，方可轉(zhuǎn)入下一道工序。3）澆鑄孔口管鉆孔結(jié)束后，采用

10、50mm鋼管，在管子前端2030cm處焊接一圓形法蘭托盤（托盤直徑120130mm之間），下入孔內(nèi)變徑處，松動原127mm護(hù)壁管，再灌入水灰比為11.5-11.2的稠水泥漿，澆鑄長度為46m，然后起拔護(hù)壁管。澆鑄質(zhì)量要求達(dá)到注漿過程中將液不會從孔口管外溢出。水泥漿液中應(yīng)加入水泥重量2%的速凝劑，快速將注漿管與孔壁固結(jié)。50mm鋼管要高出地面0.5m，并在管口安裝堵頭。6.3制漿工藝1) 注漿材料要求注漿材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝劑等組成，水為甲方提供，參照混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)（JTJ-89），其SO4-2含量<1.0%，PH>5；水泥采用質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)號為P·O

11、 32.5的普通硅酸鹽水泥；粉煤灰質(zhì)量等級為二級三級，SIO2、AL2O3和Fe2O3的總含量大于70%，SO3含量不大于3%，其它方面應(yīng)符合注漿工程的要求；速凝劑可選用水玻璃，水玻璃模數(shù)2.43.0，濃度30ºBe40ºBe；砂、碎石可就近取材。2）注漿材料的配制漿液配制應(yīng)按設(shè)計配合比進(jìn)行，并隨機抽查漿液的各項指標(biāo)。原材料：水用水表或定量容器計量；水泥按袋計量；粉煤灰用容器計量，并要求用磅稱抽查水泥、粉煤灰的數(shù)量;漿液拌制過程如下圖所示：水泥一級攪拌機（池）（池）tontaoguan二級攪拌機（池）混合攪拌注漿泵鉆孔tontaoguan清水粉煤灰一級攪拌機（池）（池）to

12、ntaoguan清水速凝劑圖6.2 漿液拌制過程攪拌過程配制漿液時，水泥與粉煤灰準(zhǔn)確計量后混入一級攪拌池中攪拌，然后經(jīng)過濾網(wǎng)注入二級攪拌池攪拌。每次攪拌時間不得低于10分鐘，待漿液攪拌均勻后，通過注漿泵注入采空區(qū)。注漿開始后，要定時觀測泵的吸漿量和泵壓，及時記錄灌漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，完成現(xiàn)場測試和原始數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)實際情況及時調(diào)整漿液配比和注漿方法。6.4 注漿工藝1) 注漿系統(tǒng)配置（1）注漿系統(tǒng)構(gòu)成注漿系統(tǒng)由：料場、一級攪拌池（機）、二級攪拌池（機）、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。注漿系統(tǒng)的平面布置如下圖所示: 圖6.3 注漿系統(tǒng)平面布置示意圖 圖6.4 注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

13、圖（2）注漿系統(tǒng)技術(shù)要求料場：堆放材料的料場場地要平整，運料車輛能正常通行，且緊鄰攪拌機，使材料便于運輸、搬運；要求設(shè)有防潮、防雨措施。攪拌機：要求能滿足正常施工要求，攪拌后的漿液應(yīng)均勻，符合設(shè)計要求，一次攪拌量應(yīng)1.5m3。攪拌池：修建的攪拌池應(yīng)滿足正常施工要求，池為圓柱體，中間設(shè)置攪拌系統(tǒng)，使得攪拌后的漿液均勻，符合要求，一次攪拌量應(yīng)1.5m3。蓄水池：制漿站應(yīng)根據(jù)施工注漿總量需要，建立數(shù)個蓄水池，以保證正常施工，蓄水池建筑規(guī)模及要求視工地具體情況而定。注漿泵：宜采用變量泵，其額定排漿量不小于200L/min，注漿泵壓力應(yīng)大于注漿最大設(shè)計壓力的1.5倍。壓力表：注漿孔壓力表最大指數(shù)應(yīng)大于2

14、.0MPa。帷幕孔壓力表最大指數(shù)應(yīng)大于5.0MPa。封孔裝置：注漿孔采用50mm鋼管，在管子前端2030cm處焊接一圓形法蘭托盤（托盤直徑120125mm之間），下入孔內(nèi)變徑處。封孔裝置也可采用球形止?jié){塞，封孔位置在基巖內(nèi)510m處，或采空區(qū)上方1020m處。該封孔裝置具體封孔位置由現(xiàn)場試驗來定。 注漿管：采用50mm鋼管，絲扣連接。2)注漿工藝及其有關(guān)參數(shù)(1)施工順序：先施工帷幕孔，再施工注漿孔，注漿分二序次進(jìn)行。按煤層傾斜方向，先施工采空區(qū)低的鉆孔，后施工采空區(qū)高的鉆孔。(2)注漿在注漿施工的開始階段，注意搜集整理各地段各種配比漿液的灌注充填情況，獲取更為合理的注漿施工參數(shù)。注漿采用漿液

15、濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，要定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況及時調(diào)整注漿量和漿液濃度。注漿設(shè)備宜采用灰漿泵。當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)空隙較小時，可采用水灰比1:1.01:1.2的水泥粉煤灰漿，水泥為固體總重的30%，粉煤灰為固體總重的70%。制漿材料中增添水泥重量25%的速凝劑。當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)空洞體積較大或向場區(qū)外側(cè)滲漏漿液時，可于孔口處增設(shè)一漏斗狀的投砂器，用漿液將砂或石粉帶入孔內(nèi)。防止?jié){液向場區(qū)外側(cè)滲漏是實現(xiàn)本期采空區(qū)治理工程經(jīng)濟性的個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需密切觀測場區(qū)邊緣帷幕孔及接近邊緣注漿孔的灌注情況，必要時及時增加漿液中砂或石粉的投送數(shù)量。(3) 單孔注漿孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)在注漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵量小于70L/min時，孔口管壓力在1.0MPa以上穩(wěn)定1015分鐘后，或注漿孔周圍有冒漿等現(xiàn)象出現(xiàn)時，可報監(jiān)理工程師同意后結(jié)束該孔的注漿施工。7 注漿質(zhì)量檢驗7.1 檢驗方法采空區(qū)治理工程結(jié)束后，可委托第三方進(jìn)行注漿質(zhì)量檢測。根據(jù)以往經(jīng)驗，建議采用下列方法進(jìn)行注漿質(zhì)量檢測：1.鉆探：注漿施工結(jié)束6個月后，進(jìn)行鉆孔檢驗。通過孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，巖芯無側(cè)限抗壓強度0.3MPa，并