煤礦采空區(qū)防沉陷加固設計

煤礦采空區(qū)防沉陷加固設計

山西富源集團的利益集團是一個資源整合的煤礦，由原來的8個關閉井和6個生產(chǎn)井組成。井深13.6939公里。批準開采2-11號煤層,核定生產(chǎn)能力為90萬t/a。根據(jù)地質報告,該礦工業(yè)場地下覆的2號和9+10+11煤層為采空區(qū),考慮到上部工業(yè)廣場各建筑群的穩(wěn)定性,防止因采空區(qū)引起地面下沉對建筑物的影響,對采空區(qū)進行治理,治理面積約1220m2。主要工序包括鉆孔、封孔、制漿、灌漿等,針對不同采空區(qū)類型,施工工藝流程要適當進行調整。施工時先施工邊緣帷幕孔,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行,以提高充填率。經(jīng)過公開工程招標,中標單位為中科華圣(北京)巖土工程有限公司。通過實際調查了解,該公司制定了專項施工組織設計。工業(yè)廣場內主要建筑物有辦公樓、篩分樓、聯(lián)建樓、機修車間、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)內原采煤方法為房柱式,留設有大量煤柱,回采率25%~35%左右。2集中制漿站的組成注漿系統(tǒng)由儲料場、一級攪拌池(機)、二級攪拌池(機)、稱量系統(tǒng)(臺秤)、供水系統(tǒng)、注漿管道、封孔裝置等組成,現(xiàn)場共設置兩套集中制漿站。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,應先施工邊緣帷幕孔,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行,一序次孔漿液可能擴散范圍較大,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、三序孔依次進行,每序次必須間隔一定時間,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設計圖孔進行編號,編序,編制鉆孔參數(shù)表,每個孔明確孔位坐標及每個具體的深度。鉆孔分為不取芯孔(一般帷幕孔、注漿孔)和取芯孔(包括試驗孔、先導孔和檢查孔)。(1)鉆孔流程包括注漿孔定位;鉆機就位;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)鉆孔技術要求。(3)澆筑孔口管。6攪拌時間制漿材料必須稱重,稱量誤差應不小于5%,水泥采用袋裝水泥計量法,砂采用體積計量,粉煤灰采用體積計量。各類漿液必須攪拌均勻,測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間:使用普通攪拌機時,應不少于5min;使用高速攪拌機時,應不少于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#普通或復合硅酸鹽水泥;普通生活用水;火力發(fā)電廠粉煤灰(Ⅲ級);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,注漿結束標準基本相同,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,單孔注漿量達到200m3而未注滿時,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,同時按以上注漿方式進行循環(huán)灌漿;鉆孔注漿應按煤礦采空區(qū)的底板傾斜方向,先施工采空區(qū)底板標低位置的注漿孔及構造物工點處的注漿孔,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行:(1)帷幕孔、注漿孔注漿時,均應先從低流量(≤90L/min)開始,當孔口壓力≤0.6MPa時,可逐漸提高流量。(2)當孔口壓力>1.0MPa時,要降低流量;當注漿量達到單孔平均注漿量的30%時,要求用稠漿(1∶1.3~1∶1.4)。(3)當單孔注漿量較大時,應添加速凝劑,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,應進行間歇灌漿,間歇時間≥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。(5)間歇后的注漿,不得用稀漿。間歇后注漿時,應確保注漿管(孔)通暢無阻礙。(6)注漿按一序、二序、三序孔依次進行,每序孔必須間隔一定時間,一序孔宜大間隔進行,以進一步探明采空區(qū)分布范圍。結束后對剩余鉆孔施行注漿,并檢驗一序孔注漿效果。(7)對空洞區(qū),為減少注漿量,應先灌注天然砂礫料,再灌注水泥粉煤灰漿。(8)注漿開始后,要定時觀察注漿泵的吸漿量和泵壓,測定注漿孔及周圍鄰孔的孔內水位,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)特殊情況及時上報并根據(jù)實際情況及時調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,應采用間歇式注漿,或減少泵量及時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)地標溢漿、鉆孔串漿。8治理工程質量檢測灌漿工作結束1個月后,礦方會同監(jiān)理人員進行灌漿質量的檢查,按照以下規(guī)定的各項質量檢查項目和內容進行了檢查:(1)灌漿質量檢測孔位置應布置在脫空較大、串漿孔集中,或階段性評估確定的部位,檢查孔的數(shù)量應為灌漿孔總數(shù)的5%。(2)根據(jù)國內同類項目的施工驗收經(jīng)驗,采取鉆探取芯、波速測井、孔內電視觀測和巖芯無側限抗壓強度試驗等方法進行采空區(qū)治理工程的質量檢測,質量檢測指標:注漿漿液對采空區(qū)及上伏冒落帶、裂隙帶的充填率≥75%;注漿漿液的結石率≥80%。室內做漿液結石體強度試驗,漿液結石強度達到1.0MP;注漿結束6個月后,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;鉆探檢測過程中,循環(huán)液基本不漏失;注漿前注漿孔內主要治理地段的波速測試結果,與注漿后注漿孔內主要治理地段的波速測試結果比較:縱波波速提高率應大于15%;質量檢測孔內的驗證注漿量小于該區(qū)平均注漿量的5%~10%。(3)灌漿孔灌漿和檢查孔鉆孔注漿結束后,應采用水泥砂漿將孔封填密實,并將孔口壓