滕南矿区斜巷过“三灰”快速工作面预注浆的初步研究与实践(论文),工作面过断层技术研究,社会工作实践总结论文,煤矿斜巷提升过卷保护

上传时间:2012-09-08 来源:工作面注浆计价

根据中国科学院地球物理研究所资料,本区地震基本烈度为 7 度.1.1.4 矿区内其他工农... 三灰含水层:厚度平均 7.94m,裂隙不发育,水质类型为 HCO3-NaCa型.9101 工作面...

维普资讯 http:// 滕南矿区斜巷过  “ 三灰”快速  工作面预注浆的初步研究与实践  周  兴  旺  一 、 问 题 的 提 出   1 .滕 南煤 田 “ 三灰” 的特征  滕南矿区位于山 东省滕县西 南,是一个 正在开发之中的 新矿区。该煤田水文地质条件比   较复杂。石炭系太原群第三层石灰岩 ( 简称 “ 三灰”)发育稳定,是本区很好 的标 志层。

  “ 三灰 ”呈深灰色,层厚7 ~8 m,内含黑色燧石层 及结核,岩层致密 坚硬,裂. 隙发育 '含   水丰富,是煤田开发中最大水患。

“ 三灰”顼底板岩层为泥岩和砂质泥岩,裂隙不发育,隔  水性较好。

  2 .研 究斜巷过 “ 三灰” 快速工 作面预 注浆的必要性  ,   ?   “ 三灰”水的存在, ? 给矿井建设和安全生产带来严重威胁。为 了适应滕南矿区开发的需  要,有必要对 “ 三灰”水的治理问题进行研究。

  , .   ’ .   一 . ,     当“ 三灰”距可采煤层较近,需大面积揭露对,   采用疏水降压的方法治理是可行的  然  而,在建井期间,仅在局部地区有斜巷需要通过 “ 三灰”,  “ 三灰”水补给条件又较好时   【   _ 花费大量的人力物力疏水降压,在经济上是不合理的,在短期内,往往也是不能见效的。例  如,与滕南煤田相邻的井亭煤矿,在建井期闯只有西石门穿过 “ 三灰 ,采用疏水降压并注  水泥的措施。经 8 6 d 水量、水压均无变化;又如,滕南煤田中 正在建设的蒋庄矿井,其主井  井底撒煤清理斜巷 ( 以下简称蒋庄清撒斜巷)需穿过 “ 三灰”,开始在斜巷附近 三灰’ ’中   打了两个放水孔,放水 1 O 个月后,总涌水量由 2 9 6 . 8 m  / h只 降 到 1 3 0 m。

/ h 。为此,需 要  研究这种情况下治理 “ 三灰"水 的新技术和新方法。

  ?   从技术经济方面考虑,采用工作面预注浆的方法是比较合理的。但是,过去国内在斜巷  通过灰岩工作面预注浆方面,开展的工作不多,且斜巷工作面注浆一般沿用立井工作面注浆  的设备和工艺。这套方法费工费时,有时还不能获得满意的注浆效果。因此,根据滕南煤田   “ 三灰”的特征,研究斜巷过 “ 三灰”的快速工作面预注浆问题,对于滕南煤田的开发,   有  着十分重要的意义。本文结合蒋庄清撒斜巷工作面预注浆工程,就加快滕南煤田斜巷过 “ 三   灰”工作面预注浆速度的技术途径与技术措施谈几点体会。

  二、蒋庄清撒斜巷注浆段的工程条件  蒋庄清撒斜巷位于 一3 2 0 m 水平井底车场之下, 与副井重车线成立体交叉, 在斜长 7 8   O   ?   1 0 1 . 2 m 之间需通过垂厚约 7 . 5 m的 “ 三灰”。

“ 三灰”静水压力 3 . 9 M P a 。“ 三 灰”走 向   约1 5 。

,倾向 约1 0 5 。

,倾角约6 . -  ̄ 7 。

,硬度系数 f = 8 - -  ̄ 1 0 ,并含两层厚 约3 0 0 a r m的 坚硬 燧   1 7   维普资讯 http:// 石。灰岩中,既有开度大于 4 5 mm 的大裂隙,也有开度 O ~0 . 5 am 的细小裂隙,且多为 高  r 角度,裂隙发育,但分布不均匀。

“ 三灰”上为黑色泥岩,下为砂质泥岩,顶底板岩层的富  水性和导水性较差,仅有细小裂隙存在。

  为使斜巷安全通过 “ 三灰”,起初试图用探放水的措施强行通过 。并于 1 9 8 5 年1 2 月在   斜巷 “ 三灰力段上方的副井重车线 施 工 了两个 “ 三 灰”放 水 孔 ( 垂 直 钻 孔,孔 径 ≯ 7 6   mm)。由于 “ 三灰”水压高,水量大,两个放水孔均未穿透灰岩,2   放 水. 孔仅伸入 “ 三   灰”0 . 6 m,涌水即达 1 6 0 m。

/ h ,被迫停钻。经过 1 O 个月放水后,两个孔总涌水量仍稳定在  1 3 0 m。

/ h 。由于该矿急需出煤,清撒斜巷又是并下生产系统的关键工程之一,故决定进行斜   巷工作面预注浆。

  根据有关资料,  “ 三灰”顶板安全岩柱厚度,一般情况下要求不小于 1 3 m,为此,清撤  斜巷掘至斜长 4 2 m 时,停止掘进,改用预注浆施工。斜巷注浆段长 度 为 6 5 m,即 “ 三灰”   2 3 . 2 m, “ 三灰”上泥岩 3 6 m, “ 三灰”下砂质泥岩 5 . 8 m。

  三、加快斜巷工作面预注浆速度的途径与措施  ?   l   .采用长段注浆,缩短注掘交替所占的工期   - -‘ 如何选择注浆段数和分段长度,对斜巷施工速度有很大影响。每减少一个分段,就可减  少一次注 ( 浆)、掘 ( 进)循环,从而节约 j   0 ~1 5 d因注掘交替所 占 的 工 期 ( 表1 )。因   此,采用长段注浆,减少注浆分段数,是缩短斛巷注浆工期的一条途径。当然,并非一次注  浆段越长越好, 因为注浆段过长, 就会因深孔钻进效率低, 孔斜难以控制, 注浆质量难以保证而  欲速不达。笔者认为,根据目前国内注浆施工技术水平,当滕南煤 田斜巷通过 “ 三灰”的巷  遭注浆段长度在5 O , - - , 7 0 m 之内时,采用全长一段注浆方法, 既可缩短工期,注浆质量也易于  保证。

  每减少一个注浆分段所节约的工期   :

  项   安装与拆除钻注设备的工时   相邻分段之间 预留 止浆岩帽中的重复钻注工对和孔口管埋设工时   袭1   节 约( 工 d )  期  2 ~‘   8 一l l   目   蒋庄清撒斜巷注浆 中,采用了 6 5 m 全长一段注浆方案,收到了很好的效果,与过 去 传  统的做法—— 以 3 0  ̄ - , 4 0 m 为一段,分两段注浆相 比,缩短巷道施工期 1   O ~1 5 d 。

  l   长段注浆的注浆质量,取决于该段深部的注浆质量。为提高长段注浆的注浆效果,可采   取下列技术措施。

  ’   ① 将长段注浆孔分成上下两部分施工  先钻注上段孔,使之成为较好的 “ 输浆管路”,即在设计的注浆终压下,浆液不会或很  少向 上段孔围岩裂隙中 扩散,然后再钻注下段孔,保证下部孔段的 浆液注入 量。

为达此 目   的,要求上段孔注浆的结束标准为:

注浆压力不小于设计注 浆终压 ( 终孔注浆结束压力) ,   且稳 定2 o ~ 3 o m i n ; 浆 液结 束 浓 度( 水灰比 ) 不 小 于 设 计的 终 孔 结束 浓 度 , 结束 注 浆的 泵 量   不大于设计的终孔泵量。蒋庄清撒斜巷长段注浆中,采用这种方法,以 “ 三灰”前 斜 长 5 m   处为界, ’ 将注浆孔分成上下两部分,分别钻注,取得了良好注浆效果  1 8   维普资讯 http:// 滕南矿区斜巷长段注浆中.采用上述措施,比用止浆塞分隔注浆要简单 易 行得 多。前  者 ,由于 “ 三灰’ ’ 顶板——泥岩的裂隙率和含水性与 “ 三灰”比相差很远,注入少量浆液,   即 可形成 “ 输浆管路”,从而为加强下段孔的注浆堵水质量创造了条件。

  ② 减小钻孔倾斜,防止或避免钻孔超偏  ’一 ? ’   般来说,注浆孔越深,孔斜越大。

为保证在巷道周围形成较好的隔水帷幕,应合理地  布置和施工注浆孔。为此,除应做到保证钻机稳固、选用刚性较大钻杆和严格按规定角度及  方位开孔外,还应在先行钻孔施工中,注意收集钻探资料 ( 如软硬岩界面位置和钻孔偏斜情  况等),合理布置和调节后续孔。

  关系,根据以往钻探经验,这种关系如表 2 所示。

  钻孔傻斜与避屡角韵关系   遇层角( ’ )   <l   5 ,  ̄2 0   钻 孔 偏 斜 方 层 跑’   向     ’ .   一 表 2   在由 软变硬的岩层中钻进,钻孔偏斜与遇层角 ( 钻孔中心线与硬岩层面夹角)有很大的  。

颓 >3 0   2 0 - -  ̄ 3 0   一 顶 尚 无 层 避  规 律  ,/   , 如前所述,蒋庄清撒斜巷注浆段 “ 三灰”硬, 交大,其上为强度较低的厚层泥岩,而斜巷  与“ 三灰”层面的夹角又在 2 0 - - , 2 5 。

之阎,因此,如何布置注浆孔,使钻孔既不发生 “ 顺 层  跑",又使钻孔落点不要偏移巷道太远,尚无规律可循。清撒斜巷设计 注 浆 孔 6 个,施 工  中,收集 了 前期 3 个孔 ( 1   、2   、3 。

孑 L )的有关资料 ( 表3 )。考虑到 2   孔未 见 灰 岩,可  能出现注浆帷幕缺 口的情况,对后续孑 L 的 开孔位置、 倾角和方位均作了调整,取得了理想效  .   卜 一     一   ~   果,后续 3 个孔都没发生 “ 顺层跑",从而做  了既不增加孔数,又保证了注浆质量。

  蒋窑请撒斜巷前羯注 孔钻探资料  钻孔饭 角 ( 。

)   钻 孔 偏 斜 方 向   备   襄5   注   <2 I   >2 5   .   颓 层 跑   。

顶 屡 选  2   孔钻 进 料长 6 8 . 1   1 m 未见 灰 岩   如l # .3   孔 ,   ③ 根据压力变化,调节注浆参数  施工中,根据注浆压力一 时间曲线的变化,   及时分析判断注浆 效 果,合 理 调 节 注 浆 参  数。在室内试验研究和整理大量注浆施工资料  的基础上,我们将每次注浆的压力一 时间 蓝 线  t   P   l   j   ’   l   /   /   /   ,   归纳为四种类型 ( 图1 ),以此指导施工。

  L   L ,   L …   一 t   L . . .   ,  直升型在初注阶段因注入量达不到设计要  求,注浆效果差,要采取措施 ( 如 预 处 理 注  {   o L一 一一 — — — 。

( d )   t   浆、降低浆液浓度和高压注浆等)以增加浆液  注入量l 复注阶段及后续孔注浆中。

, 在注入量和   图 1 注浆压力一时间曲线   a 一直升型   一平缓型; c 一平一 升型 ; d 一平一 升降一 平一 升型.   1 g   维普资讯 http:// 浆液浓度已达设计要求时,注浆质量较好。

  在注稀浆时出现平缓型曲线要改用浓浆注入;注浓浆时出现要用分次注浆或双液注浆等   方式,逐步提高注浆效果,减少材料消耗。

  平一 升型和平一 升降一 平一 升型在保证注入盈鸵条件下注浆效果好。

  图2 、图. 3 分别为蒋庄清撒斜巷注浆中,先行孔和后续孔妁注浆压力一 时间曲 线。先 行   孔 ( 3   孔)揭露了大裂隙,该孔涌水量 1 5 0 m。

/ h 。第一次注浆近 4 h ,注 入 水 泥 2 9 . 7 t ,压   力一 时间曲线为平缓型,按图 1 ,采用了浓浆  次注入的措施,使大中裂隙逐步被 充 填,注   浆压力逐次明显上升,因而注浆效果不断提高。在前 3 次注浆的基础上,最后一次注浆使用   稀浆高压注入,使大中裂隙充填得更加饱满,一些小裂隙也得到了封堵,因而注浆质量是好  的。在各先行孔注浆后,一般来说,注浆段内大中裂隙已被充填,或部分充填,因而后续孔   注浆时,浆液注入量少, 施工速度快。如图 3 ,   宝  }   刊一 竺   ~ 一  ~ ( a)   i     一4 …   I   ㈡  后续孔 ( 5   孔)是在前 4 个孔钻注 结 束 后 施   工的,压力一 时问曲线为平一 升型,一次注浆就  获得了较好的效果。

  2 .   利 用岩 帽注浆, 节省止 浆墙施 工工时   ~ 一 丁— — 广 妻 2 l 一~ /  兰 :1 f   差占 一一 — r — — —   — ——  — — — 丁 一   ( 1 ) )   1 . j 1   L   h   利用岩帽注浆,就是在含水层上方预留的   岩橱中,直接固结孔口 管,对含水 层 进 行 注   1 2   2 . 1 o   翻 6   萎8   7   4   2   ——。

:—一 — 。

一   2 }   注浆时向 ( h )   图2  3   孔各次注浆压力一 时间蓝线   ( a  . c 、 d 分别对应于第 1 、 2、 3 、 4次注浆)   网3  5 # 孔注浆压力一 时间曲线   浆。利用岩帽注浆,取消了混凝土止浆墙,节省了止浆墙的施工费用和工时 ( 表4 ),这对  于加快斜巷工作面预注浆施工速度和节约工程费用具有重要的意义。

  岩帽注浆比浇筑混凝主土浆墙所获效益   项  缩短注浆施工期  目   单  位  d   数  5 ~7   最  表4   综合经济效益  力兀  . 3   7   在泥岩中固结孔口管和形成止浆岩帽,过去在煤矿预注浆工程中尚无经验。为缩短斜巷   通过 “ 三灰, , 工作面预注浆的工期,我们在 蒋庄清撒斜巷预注浆中 ,对利用泥 岩岩帽注 浆 进   维普资讯 http:// 行了探讨,取得 了 理想的效果, 泥岩岩帽经受 了高压注浆的考验,   在注浆压力 达 1 O ~1 5 1  ̄  ̄ P a   时,仍完整无损。实践证明,在见水不软化 不解体且完整性较好的泥岩中,选用适当的孔  口 管结构和固管方式及适宜的固管深度,采用岩幅注浆不仅经济上合理,而且技术上也是可  行的。因此,在条件相宜时,应优先选用。

  。

  。 蒋庄清撒斜巷工作面预注浆中,注浆孔 口管固结深度为 6 m,固管段孔径为 1 3 0 am; r   孔口管采用  1   0 8 am 无缝钢管,外壁每隔 1 r m 镶焊 3 条厚 1   0 am、 r   宽1 5 am 的同心肋 筋, r ?   以提高承受注浆压力的能力;固管段钻到规定深度后,先给水冲净孔内岩粉 再压风吹去孔  内积水,然后将一定量的速凝水泥浆 ( 水灰比=0 . 4 ~0 . 5 )倒入孔中,随后迅速将孔口管插  入孔内,经 2 4 h养护后,即可使用。

  3 .快速封堵跑浆通道,保证注浆施工顺利造行  .   . 当注浆工作面出现裂隙或在其他地方出现跑浆通道时,应立即将其封堵,否则,不但浪  费了材料,而且因跑浆造成注浆无效而严重影响注浆工期。蒋庄清撒斜巷注浆施工中,创造  了压缩木快速堵漏新技术,仅花 5 h就将出水 1   0 O m。

/ n以上的 2   放水孔封得滴水 不 漏,较  用其他方法 ( 如注锯末或孔内下塞孔外浇筑混凝土、现浇混凝土固结大直径二次套管等)缩  短封堵工期 2 N3 d 。

  压缩木快速堵漏,就是利用压缩木遇水迅速膨胀的原理,将压缩木压入出水通道中,待  其一膨胀就可将通道堵住。压缩木见水膨胀速度是很快的。在 2   放水孔堵漏中,从  压 缩 木  入孔到将水封住,仅用 1   0 ai r n , 绝大部分时间用予拆除轨道、清除碎石等工作上。

  4 .选择适 当的钻孔机具,加快施工速度  注浆孔的施工速度,是影响注浆工期的主要因素之一。一般情况下,打钻工时占钻注总  工期的 6 5 ~8 0 %,因此,选择适当的斜巷预注浆钻孔机具,对加快斜巷预注浆速度 有 重 要  的意义。

  。

  ●  在蒋庄清撒斜巷注浆中,选用了两台西安地质勘探研究分院生产的 Q MK 一1 5 0 B型全液  压坑道钻机,该种钻机较适合于斜巷工作面打钻施工。其机架为双立柱式,主机可沿立柱上  下移动和转动 3 6 0   o 这使钻机移动和固定工作量减少一半 。Q M K 一1 5 0 B型全液压坑道钻机  的技术参数见表 5。

  要提高钻孔施工速度,除选用理想的钻机并正确操作外,还应根据具体施工条件,选择  Q MK一 1   5 0 1 3 型全液压坑蠹钻机技术参数  项  目   单 位  数  据  项  目   单 位  数  表 5   据  钻孔深度   开孔直径  钻孔倾角  起拔能力  m   mm   N  l   5 0   l l 0   0~3 6 0   2 9 4 0 0  ( 4 3 l 2 0 )   钻杆直径   终孔直径  给进行程  给进能力  m m   mm   mm   N   4 2 或5 0 ( 外平)   7 5   8 0 O   4 3 I 2 0( 2 9 4 0 0 )   起拔速度   主 轴 回转速 度  m / S   r / ml i i   0 . 4 5 ( O . 3 I )   高速 0 ~3 5 0   给进速度   回 转 扭 距  m / s   N m  0 . 3 1 ( 0 . 4 5 )   高档 低档 3 3 3   7 8 4   低 速 0~ l 4 0   主机外形尺寸  mm   长×宽x高 =1 8 4 0 ×6 2 0 ×( 1   3 8 0  ̄2 2 0 0 )   备   注  钻机解体住强, 解, 术 部件最大重量<l 2 o k g   2 1   维普资讯 http:// 相应的破岩刀具。蒋庄清撒斜巷注浆施工中,起初用硬质合金钻头钻进 “ 三灰”中的坚硬燧   石,’ 2 ~3 d内无进尺, . 改用金刚石钻头后,钻进顺利进行,   一层燧石一个小班即可钻透。

  四、蒋庄清撒斜巷快速工1 _ 乍面预注浆的施工速度与注浆效果  、   施 工速度    , r   .   如前所述,在 “ 三灰”含水层中注浆有其固有的难度,同时由于注浆施工队伍是第一次   进行工作面预注浆,又是第一次使用 Q M K一 1 5 O B型钻机,因而,注浆施工任务是比较艰 巨   的, ’ 但采用了上述措施后,预注浆施工仍取得了较高的速度 ( 表6 ),为蒋庄矿按时移交生   产创造了条件。

  蒋庄清擞锚巷颓注浆速度    . ’   表 6   .   t ●   纯 钻 注 工 期 ( d )   _     I 注 浆 段 长 ( m )   6 5   预注浆施工速度( m / d )   1 . 1 6     !   . .  5 6   ,     r ●   '   2 .注 浆效果  ’ . ;‘ 蒋庄清撒斜巷注浆段注后掘进实测资料证明,采用上述快速工作面注浆技 术,注浆效果   ●   蒋庄清擞斜譬预茳浆效果及经济效益  . 是很理想的 ,     :

( 表   7)。

f ‘     表7   节约排水电费   注前巷道预计涌水置   注后实测剩余水量   堵 水 率   ?   ( 丘s / h )   2l 9. 5 0   ( 皿  h )   0. 5   ( 嘶 )   99. 77   ( 万元/ 年)   44. 6 7 6   2 2   维普资讯 http:// PREL I MI NARY  RES EARC H  AND  PRAC TI C E  FOR  PASS I NG THR0UGH  亡   L I ME  S TONE  OF  A  I NCL I NE D  DRI F T   BY  HI GH S P EED PREGROU- -   TI N  G  AT   W ORKI NG  F ACE   Zhou   Xi n gwa n g   Ab s L r a C t   T he   c 0 a l  b e a r i n g  s e a r i e s  a t  T e n g n a n  c o a l  f i e l d  ha v e  3 t h  l i me s t o n e   s t r a t a  wi t h  d e v e I o p e d  f r a c t u r e  a n d  f i s s u r e   a n d  r i c h  wa t e r  i n s i d e .   Mi n e   c o n s t r u c t i o n   a n d   s a ly f - p r e d u c t i o n   o f  c o a l  m i n e  ha v e   i mp e r i l l e d  di r e c t l y   b y   t he   wa t e r   f r o m  3 t h   l i me s t o n e   s t r a t a.   I n   o r d e r   t o   o p e n   t hi s   c o a l   f i e l d   a n d   s t u dy   a   n e w  wa y   t o  c o n t r o l  g r o u n d   wa t e r ,  a   hi g h   s p e e d   p r e g r o u t i n g   t e c h ni q u e   a t   wo r k i n g   f a c e   f o r   p a s s ng i   t hr 0 1 】 g h   3 t h   l i me s t o n e   s t r a t a   ha v e   b e e n   d e v e l o p e d.   T h i s   p a p e r   t a k e s   a   p r e g r o u t i n g   e n g i n e e r i n g   a S   e x a mp l e   wh i c h   a   i n c l i n e d   d r i f t   w a s   c o n s t r u c t e d   a t   t h e   b o t t o m   o f   ma i n   s h a f t   o f   J i a n g z h u a n g   c o a l   mme ,   t o   i n t r o d u c e  i t ' s  a c hi e v e me n t  i n  d e - t a i l  i n c l u d i n g  t he  t e c h n i c   c o n t e n t   a n d   t e c h n o l o g y   me t ho d.   Th e   e n g i n e e r i n g   p r a ti c c e   ha s   b e e n  s :

h e wn  t ha t  t hi s  t e c h n o l o g y  m e t ho d   ha v e   a d v a n t a g e   o f   hi g h   s p e e d  c o n s t r u c t i o n ,  e x c e l l e n t   g r o u t i n g   e f f i c i e n c y  a n d   e c n o mi c   b e n e f i t .     ?

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