晉城市某煤業(yè)采空區(qū)治理方案.doc

山西山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)四明山煤業(yè)有限公司主斜井井筒下部采空區(qū)治理工程施工方案 施工單位： 山西華晉太工礦山工程有限公司 編制日期: 2014.04.09 第一章 概 況第一節(jié) 工程概況一 工程概況山西山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)四明山煤業(yè)有限公司位于晉城市西北5km的坡底村。距晉煤集團(tuán)約20km。行政區(qū)劃隸屬晉城城區(qū)西上莊鄉(xiāng)管轄。井田距晉城市西環(huán)路約2km, 有簡(jiǎn)易公路與之相連，距太焦線晉城北站10km，距晉焦高速公路約20km，交通較為便利。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆探驗(yàn)證以后確定，在擬建主斜井區(qū)域地下存在采空區(qū)，特別是明槽段與暗槽段相鄰處30米長(zhǎng)度范圍內(nèi)采空區(qū)在井筒底板以下且距離較近，該段采空區(qū)埋深于自然地表以下約2533米，對(duì)主斜井井筒影響較大，急需進(jìn)行治理。經(jīng)調(diào)查，該區(qū)域曾進(jìn)行過(guò)小窯開(kāi)采，煤層開(kāi)采及井下巷道分布情況不明。在鉆探驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，我單位進(jìn)行了采空區(qū)治理方案的編制。二 氣象及主要水系治理區(qū)為暖溫帶濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干燥多風(fēng)夏季炎熱多雨，秋季溫和涼爽，冬季寒冷少雨。井田內(nèi)河流不發(fā)育，大小沖溝平時(shí)基本干枯無(wú)水，只有雨季時(shí)才有短暫洪流沿溝谷由西向東、東北，由中西部向南排出井田后，匯入白水河及其支流，白水河向東南注入丹河，丹河一路向南在河南省與沁河匯合，向東注入黃河。三 地形地貌 井田地處太行山脈南段，沁水盆地的南緣，地貌上屬侵蝕山地，地形起伏不大，以低山丘陵為主。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，黃土大面積覆蓋。最高點(diǎn)為礦區(qū)東南部邊界，海拔+938m，最低點(diǎn)位于礦區(qū)北部，海拔+788m，最大相對(duì)高差150m。四 施工條件 交通：擬建場(chǎng)地距晉城市西環(huán)路約2km,，交通便利。通訊：項(xiàng)目部配備多部手機(jī)，通訊方便。居住條件：已解決。施工用電：已解決。施工用水：已解決。第二節(jié) 場(chǎng)區(qū)工程及水文地質(zhì)條件一、地層井田位于沁水煤田晉城煤炭國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)東南部。井田內(nèi)地層由老至新為奧陶系中統(tǒng)峰峰組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組廣泛被第四系黃土覆蓋。根據(jù)以往地質(zhì)資料，對(duì)相關(guān)地層簡(jiǎn)述如下：（1）奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）為含煤地層之基底，巖性為深灰、青灰色厚層狀石灰?guī)r，夾灰黃色、黑灰色泥灰?guī)r、含次生石膏及侵染狀黃鐵礦，下部裂隙巖溶發(fā)育，并為方解石脈充填，局部為角礫狀石灰?guī)r，厚度一般大于100m。井田東部出露于較多，西部偶有出露。（2）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）厚3.2417.37m，一般厚13.94m。巖性主要由灰白色或蘭灰色鋁質(zhì)泥巖、灰色薄層狀粉砂巖組成，與下伏地層呈平行不整合接觸關(guān)系。二、構(gòu)造井田位于太行山復(fù)背斜西翼，晉獲褶斷帶晉城段。本井田位于白馬寺逆斷層的西側(cè)，區(qū)內(nèi)地層總體走向NE-SW，傾角8-12，東部靠近白馬寺逆斷層地段和西部局部地段變化較大，傾角約為30。受區(qū)域構(gòu)造影響，井田構(gòu)造特點(diǎn)以褶曲為主，斷層不發(fā)育。褶曲構(gòu)造構(gòu)造線以北東南西向?yàn)橹?。褶曲?gòu)造由東掩五門(mén)向斜組成。三、水文地質(zhì)井田地處太行山脈南端西側(cè)、沁水盆地的東南緣，地貌類型屬低山丘陵區(qū),井田內(nèi)總的地勢(shì)為東南部較高，最大相對(duì)高差150m。地表水系白水河屬黃河流域沁河水系丹河支流，井田內(nèi)無(wú)常年性河流和大的地表水體，地表水排泄條件較好。井口及工業(yè)廣場(chǎng)周邊標(biāo)高均高于歷史最高洪水位，雨季雨水不會(huì)通過(guò)井筒進(jìn)入巷道。井田主要含水層：（1）、松散巖孔隙含水巖組（孔隙水）區(qū)內(nèi)第四系分布廣泛，巖性主要為黃色亞砂土及紅色亞砂土，含水層的厚度、水位埋深及其富水性差別較大，地表地勢(shì)較高地段一般無(wú)水，而于地形低凹處賦存地下水，地下水動(dòng)態(tài)變化較大，而地下水的補(bǔ)給、排泄條件及水質(zhì)類型與前述相應(yīng)的區(qū)域含水層組的情況基本一致。水質(zhì)類型為HCO3SO4-Ca型水。（2）、碎屑巖裂隙含水巖組（裂隙水）該含水巖組主要指二疊系砂巖裂隙含水巖組，砂巖裂隙較發(fā)育，砂巖含水層的富水性取決于砂巖的裂隙發(fā)育程度。石盒子組、山西組地層含水層主要為粗粒砂巖及中細(xì)粒砂巖，局部為粉砂巖，裂隙較發(fā)育，是3號(hào)煤的主要充水來(lái)源，直接接受大氣降水補(bǔ)給。水質(zhì)類型屬HCO3-Ca型水。根據(jù)山西省第三地質(zhì)工程勘察院提交了山西省晉城市城區(qū)西上莊坡底煤業(yè)有限公司礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，山西組含水層單位涌水量為0.0120.024L/s.m，滲透系數(shù)為0.032m/d。第二章 采空區(qū)治理施工方案的編制第一節(jié) 編制目的及依據(jù)一 編制目的本場(chǎng)地采空區(qū)治理施工方案編制的目的是要指導(dǎo)治理工程的實(shí)施，使治理后的場(chǎng)地成為適宜進(jìn)行工程建設(shè)的場(chǎng)地，滿足上部井筒的場(chǎng)地穩(wěn)定性要求。二 編制依據(jù)根據(jù)以往的治理經(jīng)驗(yàn)，采用膠結(jié)注漿法治理，即在地表打孔，通過(guò)注漿泵、注漿管，將水泥粉煤灰漿液注入采空區(qū)及其上覆巖體裂隙中，漿液固化后膠結(jié)巖層裂隙帶，同時(shí)采空區(qū)內(nèi)的漿液形成的結(jié)石體對(duì)其上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層的進(jìn)一步冒落，防止地面因冒落而引起的沉陷變形，保證擬建井筒的穩(wěn)定。所依據(jù)和參考的主要技術(shù)文件有：1. 甲方提供的資料2. 國(guó)家和行業(yè)頒布的現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。第二節(jié) 治理方案依據(jù)礦山開(kāi)采沉陷學(xué)理論及煤礦“三下”采煤經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)多個(gè)采空區(qū)治理工程實(shí)踐，通常采用全膠結(jié)注漿法。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(jī)成孔，通過(guò)注漿泵、注漿管，將水泥粉煤灰漿液注入采空區(qū)及上覆巖體裂隙中，漿液經(jīng)過(guò)固化，膠結(jié)巖層裂隙帶，同時(shí)采空區(qū)的漿液形成的結(jié)石體對(duì)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(guó)內(nèi)多個(gè)采空區(qū)治理工程中取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，該方法施工相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性高，施工工藝成熟，施工易于管理。第三節(jié) 采空區(qū)治理范圍及深度一 采空區(qū)治理范圍根據(jù)井筒施工圖及鉆探資料，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況，本次采空區(qū)治理面積約1080m2，范圍從明槽段與暗槽段臨界線(開(kāi)挖邊線)向井筒縱深方向延伸30米，寬度為井筒中心線以西16米，井筒中心線以東20米，二 采空區(qū)治理深度要求治理深度不得小于采空區(qū)底板，并宜適當(dāng)加深。根據(jù)采空區(qū)鉆探驗(yàn)證得知，治理深度約30米。第四節(jié) 采空區(qū)空隙體積與估算注漿量采空區(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(shí)質(zhì)就是以水泥粉煤灰漿液對(duì)采空區(qū)空隙體積進(jìn)行充填和固結(jié)?？傋{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；據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，這里取0.4； -煤層采出率，取0.9； -漿液損耗系數(shù)，據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本場(chǎng)地實(shí)際情況，這里取1.8； -注漿充填率，據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，這里取0.9； -漿液結(jié)石率，取0.9；經(jīng)計(jì)算，場(chǎng)地內(nèi)采空區(qū)治理注漿量如下表所示： 采空區(qū)治理注漿量 表2.1治 理面 積（m2）煤層平均厚度(m)煤 層采出率剩 余空隙率漿 液損耗系數(shù)注 漿充填率漿 液結(jié)石率注漿量估 算 (m3)10806.00.90.41.80.90.94199.04 上述計(jì)算過(guò)程已考慮了在注漿過(guò)程中，漿液向注漿孔孔壁周?chē)?、采空區(qū)下伏、舊巷道、上覆巖層裂隙的滲透損失以及向空洞上部巖層冒落坍塌后堆積而成的空隙滲透填充的漿液損失等。第五節(jié) 鉆孔布設(shè)根據(jù)場(chǎng)地采空區(qū)治理范圍，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，本工程分別于井筒中心線西側(cè)14.0米、東側(cè)18.0米處及南北兩端布置帷幕孔，孔距3.0m，共38個(gè)帷幕孔，于井筒中心線兩側(cè)2.0米、6.0米、10.0米和東側(cè)14.0米處布置7列注漿孔，孔距4.0m，列距4.0m，每列6個(gè)孔，共42個(gè)注漿孔，于治理區(qū)域范圍內(nèi)平均布置3個(gè)檢查孔，以檢查注漿施工質(zhì)量，檢查孔兼做注漿孔，檢查過(guò)后進(jìn)行注漿。孔位布置見(jiàn)附圖，具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定。帷幕孔、注漿孔、檢查孔設(shè)計(jì)的深度約為30米左右，盡可能鉆進(jìn)至采空區(qū)煤層底板，具體根據(jù)鉆進(jìn)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以監(jiān)理工程師的指令作為終孔依據(jù)。按照上述原則進(jìn)行孔位布置，場(chǎng)地內(nèi)采空區(qū)治理鉆探工作量如下表所示： 場(chǎng)地內(nèi)采空區(qū)治理鉆探工作量 表2.2平 均孔 深(m)帷幕孔數(shù) 量（個(gè)）帷幕孔鉆探工作量(m)注漿孔數(shù) 量（個(gè)）注 漿 孔鉆探工作量(m)檢查孔數(shù) 量（個(gè)）檢 查 孔鉆探工作量(m)鉆 探總工作量 (m)30.0381140421260.0390.02490.0第三章 采空區(qū)治理工藝流程及質(zhì)量控制第一節(jié) 采空區(qū)治理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。第二節(jié) 成孔工藝一 測(cè)量放線注漿孔應(yīng)用鋼卷尺進(jìn)行實(shí)地測(cè)量放樣，鉆孔實(shí)際孔位誤差原則上不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)位置0.5m，當(dāng)因地面影響，鉆機(jī)不能就位于設(shè)計(jì)位置時(shí)，可視具體情況進(jìn)行調(diào)整。二 成孔工藝及技術(shù)要求1.成孔工藝鉆進(jìn)根據(jù)具體地質(zhì)條件確定取芯鉆進(jìn)或者全面鉆進(jìn)。為保證按時(shí)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(qiáng)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34臺(tái)工程地質(zhì)鉆機(jī)。成孔工藝簡(jiǎn)述如下：用91mm鉆頭開(kāi)孔，如果鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化基巖面下2m后，可以變徑為65mm，也可以繼續(xù)鉆進(jìn)。用65mm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)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收同意后，澆筑孔內(nèi)注漿管。2.技術(shù)要求鉆孔位置要與測(cè)量所定孔位一致，偏差不應(yīng)超過(guò)0.5m，如因地形影響鉆機(jī)不能就位時(shí)，視具體情況，請(qǐng)示監(jiān)理工程師或甲方負(fù)責(zé)人同意變更孔位后，由技術(shù)人員重新確定孔位，不得擅自改變孔位。鉆進(jìn)時(shí)必須采用一定的導(dǎo)向措施，以保證成孔質(zhì)量，水池巖粉要及時(shí)清理干凈。鉆孔施工過(guò)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(xiě)，記錄要整齊、清晰、真實(shí)、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(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、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，并通知技術(shù)部。鉆孔施工過(guò)程中和終孔后，要進(jìn)行水位觀測(cè)，并記錄。鉆進(jìn)過(guò)程中要及時(shí)觀察并記錄鉆孔耗水量。終孔后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收并簽發(fā)終孔通知書(shū)后，方可轉(zhuǎn)入下一道工序。三 安放注漿管及封孔鉆孔結(jié)束后，采用25mm鍍鋅鋼管作為注漿管，在管口端30cm處焊接一托架，防止注漿管墜入孔內(nèi)，23m處焊接一托盤(pán)，以便于進(jìn)行封孔，注漿管長(zhǎng)度4米，兩端加工絲扣備用，孔口段23m灌入水灰比為11.5-11.2的稠水泥砂漿或碎石混凝土進(jìn)行封孔，澆筑長(zhǎng)度為23m。澆筑質(zhì)量要求達(dá)到注漿過(guò)程中漿液不會(huì)溢出。必要時(shí)加入水泥重量2%的速凝劑，快速將注漿管與孔壁固結(jié)。25mm鍍鋅鋼管要高出地面0.3m，并在管口安裝銅球閥或堵頭作為止?jié){裝置。第三節(jié) 制漿工藝一 漿液材料及配合比1. 漿液材料注漿材料主要由水、水泥、粉煤灰、 速凝劑等組成，水泥采用質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)號(hào)為PO 42.5的普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用袋裝粉煤灰，細(xì)度應(yīng)符合注漿要求，速凝劑可選用水玻璃，水玻璃模數(shù)2.43.0，濃度30Be40Be；封孔用的砂、碎石可就近取材。2.漿液配合比參照以往采空區(qū)治理工程的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況，結(jié)合工程實(shí)際，確定漿液為水泥粉煤灰漿液，配合比為水泥：粉煤灰：水=1：2：3，漿液稠稀隨注漿情況進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)注漿量過(guò)大同時(shí)壓力過(guò)小的情況出現(xiàn)時(shí)，可能是漿液壓入了舊巷道，這時(shí)應(yīng)該停泵，然后進(jìn)行間歇注漿，適當(dāng)調(diào)高漿液稠度，或在漿液中摻加水泥重量25速凝劑，使灌入采空區(qū)內(nèi)較遠(yuǎn)處和壓入舊巷道的漿液盡快凝固，以形成帷幕，防止?jié){液過(guò)多流失。二 注漿材料的配制1.漿液配制應(yīng)按配合比進(jìn)行，并留取試塊抽查漿液的各項(xiàng)指標(biāo)。2.原材料：水用水表或定量容器計(jì)量；水泥、粉煤灰按袋計(jì)量；3.攪拌過(guò)程配制漿液時(shí)，水泥、粉煤灰與水準(zhǔn)確計(jì)量后混入攪拌機(jī)中攪拌均勻，然后經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)倒入儲(chǔ)漿池中。每次攪拌時(shí)間不得低于5分鐘，通過(guò)注漿泵注入孔內(nèi)。注漿開(kāi)始后，要定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓，及時(shí)記錄灌漿過(guò)程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和原始數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整漿液配比和注漿方法。第四節(jié) 注漿工藝一 注漿系統(tǒng)配置1.注漿系統(tǒng)構(gòu)成注漿系統(tǒng)由：料場(chǎng)、攪拌池（機(jī)）、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。2.注漿系統(tǒng)技術(shù)要求料場(chǎng)：堆放材料的料場(chǎng)場(chǎng)地要平整，運(yùn)料車(chē)輛能正常通行，且緊鄰攪拌機(jī)，使材料便于運(yùn)輸、搬運(yùn)；要求設(shè)有防潮、防雨措施。攪拌機(jī)：要求能滿足正常施工要求，攪拌后的漿液應(yīng)均勻。儲(chǔ)漿池：儲(chǔ)漿池的容量應(yīng)能滿足正常施工要求。蓄水池：制漿站應(yīng)根據(jù)施工注漿總量需要，建立1個(gè)蓄水池，以保證正常施工用水需要。注漿泵：宜采用變量泵，注漿泵額定壓力應(yīng)大于1.5MPa。壓力表：注漿孔壓力表最大指數(shù)應(yīng)大于1.0MPa。封孔裝置：水泥砂漿或混凝土封孔。注漿管：采用25mm鍍鋅鋼管，絲扣連接。二 注漿工藝及其有關(guān)參數(shù)1.施工順序：注漿施工順序采取先施工帷幕孔，后施工注漿孔，再施工檢查孔的三次序施工順序，沿井筒軸線方向由淺至深依次進(jìn)行。2.注漿注漿采用漿液濃度先稀后稠的方