中央胶带大巷DF29断层破碎带预注浆加固施工措施.docx
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中央胶带大巷DF29断层破碎带预注浆加固施工措施
陕西彬长孟村矿业有限公司
中央带式输送机大巷DF29断层破碎带预注浆加固施工安全技术措施
工作面名称：
中央带式输送机大巷
编制单位：
中煤第31工程处孟村项目部
编制人：
施工负责人：
批准人：
批准日期：
2015年月日
执行日期：
2015年月日
一、工程概况
（一）工程概况
孟村煤矿中央带式输送机大巷位于四煤煤层中，沿四号煤层掘进，地面标高+869.650m；工作面标高+301.0～+375.0m。
巷道采用锚网索喷联合支护，掘进宽度为5640mm，掘进高度为4570mm，直墙半圆拱形断面，设计喷厚120mm，掘进断面积为22.3m2，净断面积为20.1m2。
该掘进工作面已施工长度为1071m，距离DF29正断层剩余15m，DF29（H=0～38m，正断层，SE∠55°，控制程度可靠，由于断层未揭露，以上为推断数据，具体见图：
《中央带式输送机大巷过断层带巷道剖面示意图》。
（二）水文地质情况及断层构造情况
根据矿方下达的《矿井地质及水文地质预测预报》结合近期地质钻孔施工情况，初步判断该施工区域位于DF29断层东侧约15～17m，探测断距为不小于40m，且存在35～40m断层破碎带。
巷道施工前方与断层应力方向斜交，受断层影响较大；煤层总厚度为23～26m，局部地段煤层倾角可能会有一定的起伏。
煤层顶板以砂质泥岩、细砂岩为主，预计厚度为3.4～11.2m，底板以铝质泥岩为主，厚度为7～8m。
过断层严格执行“预测预报，先探后掘”原则，经甲方地测部超前地质孔钻探情况分析，钻探过程中未探到含水层。
在揭露DF29断层掘进过程中，预计巷道正常涌水量在10～15m3/h。
主要充水水源为裂隙水和断层水，可能会通过顶板裂隙以及锚杆、锚索孔出水。
当巷道穿越断层期间，巷道内部围岩裂隙将二次发育并重新分布，不排除断层导通煤层顶板直接含水层的可能性，以煤层上覆延安组、直罗组砂岩裂隙含水层和洛河组砂岩含水层为主，涌水量可能会急剧增大，预计涌水量达300m3/h以上。
（见矿发水文地质图）
（三）掘进工作面现状
现工作面已施工至里程1071m，距断层15m，全煤巷，顶煤厚度为4.5m；底煤厚度16m,破碎带施工期间增加架设29#U型钢棚及进行预注浆加固加强支护，巷道顶板冒落、炸帮现象较为严重。
二、预注浆加固方案设计
（一）砼止浆墙：
砼止浆墙砌筑厚度2m，强度等级C30，浇筑砼前对止浆墙内的顶底和两帮进行开槽，深度500mm，开槽部分顶、帮及时进行锚网支护。
C30配合比=水泥：
砂：
石子=1：
1.53：
2.60。
（详见砼止浆墙开槽断面施工图）
（二）孔口管：
孔口管采用φ108mm，长度4m无缝钢管制作，端头焊接法兰盘，钢管外壁使用8#铁丝缠绕焊牢防滑，孔口管采用预埋法，预埋在止浆墙中，孔口管埋深3700mm，外露止浆墙300mm。
（三）钻孔布置：
注浆钻孔沿巷道轴向布置，设计钻孔5个，钻孔长度60m。
（详见注浆钻孔布置图）
参数
孔号
方位角
（°）
倾角
（°）
预计
孔深（m）
终孔位置
孔径
（mm）
1
270
+9
60
穿过DF29断层
113→85
2
273
+9
60
穿过DF29断层
113→85
3
267
+9
60
穿过DF29断层
113→85
4
273
水平
60
穿过DF29断层
113→85
5
267
水平
60
穿过DF29断层
113→85
（四）钻孔结构：
孔口管孔径113mm，深度4.5m；注浆孔孔径85mm。
深度60m。
（五）注浆材料及浆液浓度：
工作面正常注浆以水泥单液浆为主。
注浆水泥选用P.C32.5R复合硅酸盐水泥,单液水泥浆水灰比在2:
1～0.75:
1之间。
水玻璃选用浓度为35～42波美度、模数为2.4～3.0的水玻璃，水泥浆与水玻璃体积比为1:
1。
（六）钻注设备：
钻孔设备采用ZDY-3200LP型钻机，配Φ113mm钻头（用于开孔）、Φ85mm钻头和Φ73mm钻杆。
采用ZBY2.1/21/22型电动注浆泵进行注浆。
搅拌桶、清水桶、储浆桶各一个。
（七）注浆压力：
止浆墙注浆加固终压2MPa，断层带注浆终压为5MPa。
（八）一次注浆段长30m，加固段长60m。
（九）浆液注入量：
Q=Aπ（R+r）2HnB/m
式中：
A----浆液消耗系数，取1.2～1.5；
R----浆液有效扩散距离（m）；
r----注浆孔布置圈半径（m）；
H----注浆段高（m）
n----岩层平均裂隙率；
B----浆液充填系数，取0.9～0.95；
m----浆液结石率，取0.85。
单孔浆液量Q=1.5×3.14×（5+2.45）2×10×0.03×0.95/0.85=87.6m3
现场共布置5孔，所需浆液量为87.6×5=438m3。
三、钻注施工
（一）施工准备
1、施工前，应组织相关作业人员培训学习，贯彻措施并签字记录。
2、注浆泵及搅拌桶应检修完好，并在地面试运转，保证设备完好。
3、利用胶轮车将注浆设备及材料自副井入井运至工作面。
4、迎头支护到位，综掘机退机至工作面10m外，清理巷道浮煤，平整底板。
5、钻机、注浆泵及配套设施提前到位，检修完好，物料码放整齐。
6、打钻前供水管路及排水管路必须形成且完善。
（二）止浆墙施工
1、开槽
由技术人员确定止浆墙施工位置，清理止浆墙位置内的杂物，采用EBZ-200综掘机对迎头2m范围进行开槽，开槽后断面尺寸为：
荒宽6.64m，荒高5.57m。
开槽后，及时按原设计对该段进行锚网索加固支护。
2、立模
根据止浆墙设计位置和厚度，采用Φ48mm钢管作为支撑及工作台支架，模板选用20#槽钢，长度1500mm。
钢管采用Φ22×2500mm锚杆固定在巷道两帮，按间距1200mm依次布置钢管竖撑和横撑（采用扣件联接），确保立模牢固，不变形。
3、浇筑砼
严格按照C30配合比拌制混凝土，自下而上依次浇筑，分层捣实，最后于顶板合茬处采用C25喷射混凝土喷设密实。
浇筑砼时要保持连续不得中断，且要振捣密实，确保混凝土施工质量。
4、加固止浆墙预埋管及预埋孔口管
按照止浆墙加固布孔及孔口管预埋位置要求，利用浇筑止浆墙期间预埋加固管及孔口管，首先由测量人员在工作面给出预埋管设计方位及角度，工作面指定位置采用钻机打预埋孔，插入预埋管并固定后浇筑混凝土。
外露预埋管与槽钢模板接缝处，使用木楔进行封堵。
注意浇筑砼时应防止加固管与孔口管位移或偏斜。
加固管规格为Φ25mm×2500mm，预埋管呈扇形布置，外露300mm。
预埋管外露处车丝50mm，用于连接阀门。
（见孔口管断面、剖面图）
（三）止浆墙加固注浆
止浆墙凝固48小时后，利用预埋的加固管对止浆墙进行加固。
采用水泥-水玻璃双液浆进行加固注浆，水泥浆与水玻璃体积比为1:
1。
工作面止浆墙跑浆时用棉纱或木楔封死堵牢跑浆处，然后采取加大浆液浓度或间歇注浆等方法进行封堵，注浆终压为2MPa。
（四）注浆孔施工
孔口管埋设浇筑完毕及止浆墙加固后，钻机根据孔口管位置调整好方位倾角后固定钻机，钻机使用自身地锚和液压支柱固定牢靠，4根液压支柱顶牢巷道顶板。
使用Φ85mm钻头配Φ73mm钻杆套孔钻进，设计终孔深度为60m，要求钻至30m处，停钻注浆，共分两次钻注。
每孔终孔停钻后，应加大水量冲孔，冲孔时间一般为30min左右，直到孔内煤粉基本排净为止。
带阀清水钻进，井下连续供水，一旦水量变小或中断应立即停钻或提钻，检查原因，恢复正常供水后，再继续钻进。
（五）注浆
1、注浆孔的布置
布置5个注浆孔。
（见注浆孔布置图）
2、注浆孔施工顺序
注浆孔施工顺序为：
1#～2#～3#～4#～5#。
3、浆液制作
注浆泵设在钻机后方10m处，敷设Φ25mm高压注浆胶管，工作面正常注浆以水泥单液浆为主。
注浆水泥选用P.C32.5R复合硅酸盐水泥,单液水泥浆水灰比在2:
1～0.75:
1级配之间。
水玻璃选用浓度为35～42波美度、模数为2.4～3.0的水玻璃，水泥浆与水玻璃体积比为1:
1。
单液水泥浆现场配制表
水灰比
水泥（袋）
水（kg）
制成浆量（ｍ3）
2：
1
9
900
1.000
1：
1
15
750
1.000
0.75:
1
20
750
1.000
5、注浆施工
（1）每次钻注施工前，先打开孔口压盖，对将钻注的孔口管安装孔口阀门，连接牢固，钻一孔，注一孔，采用对称注浆，每孔均达到设计终压5MPa。
各钻孔施工完毕后，再分别选择钻孔进行效果检查钻注。
（2）注浆前对注浆设备、混合器和管路系统进行试运转和压力试验，看其能否满足最大压力，最大流量，调节装置是否灵活，以保证浆液按比例正常注浆。
（3）注浆程序：
工作面注浆前，将清水笼头打开，启动注浆泵电机，调节注浆泵档位，看压力是否正常后，打开孔口管后端进浆阀门，关闭混合器前端放浆阀门，开始压注清水，10～20分钟内无异常现象，可将吸浆笼头移至泥浆桶，吸注双液浆，当浆液在裂隙中沉析，充填阶段连续注浆一定时间（30～50分钟），压力不升，进浆量不减时，应逐级加大浆液浓度或是添加外加剂，（并逐步调整其配比，加快凝固时间）。
注浆升压过程应为循序渐进过程，从低压到高压，若压力突然升高应采取卸压或泻浆措施，保证安全和注浆质量。
注浆结束后，先关闭吸浆笼头打开清水池笼头，吸注适量清水，然后打开混合器前端放浆阀门，关闭孔口管后端进浆阀门，继续压入清水，冲洗管路，直至混合器放浆阀门喷出清水，方可关闭电机，停止注浆。
（4）注浆工艺流程
水泥+水—→水泥浆（水泥、水玻璃双液浆）—→储浆桶—→注浆泵—→输浆管—→注浆孔
（六）注浆结束标准
每孔每段注浆压力均达到设计终压值5MPa，且孔深达到设计深度时，注浆量接近预算量时，加固注浆完成。
四、掘进施工
1、注浆加固完毕后，用综掘机将止浆墙切割清除后及时进行架棚支护，并将金属棚背实，喷砼封闭。
超前锚杆施工：
自现迎头位置（里程1071m）注浆加固后在巷道拱部以上按间距700mm，打设Φ22×2500mm超前锚杆，超前锚杆角度超出巷道掘进坡度+3°。
掘进前，每2100m打设一排超前锚杆，间距700mm，每排13根，依次顺序通过断层破碎带。
（见超前锚杆断面、剖面图）
2、巷道掘进：
采用综掘机械化施工，短掘短支，断层带掘进期间及时进行架设29U型钢棚支护。
第三部分、安全技术措施
一、注浆施工安全技术措施
1、当注浆机压力达到设计压力或出现注浆压力不正常后，及时调整注浆泵的转速并与工作面进行联系，了解现场实际情况。
2、井下工作面人员随时观察注浆压力表压力情况，当出现注浆压力达到设计注浆压力、止浆墙与巷帮出现跑浆、注浆压力不正常等情况，应立即停止注浆，对其进行卸压，并通知注浆人员。
3、注浆时必须设专人观察巷帮有无涨裂跑浆，发现问题及时汇报处理。
4、注浆泵等设备必须在使用前进行检修、试运转，保证无问题后方开机使用。
5、注浆管在注浆机逆止阀处、孔口管处用板卡固定牢固。
6、注浆管路要连接牢固、可靠。
7、注浆开泵前要检查机泵是否正常，周围是否有障碍，人员是否都站在安全地点，认为无问题后方可开泵注浆。
8、注浆期间，泵工及维修工要监守岗位，认真负责，不得脱岗。
9、压力表使用前必须检验，合格后方可使用。
10、井上下所有人员都认真负责，观察周围动态，发现问题及时汇报处理。
11、司泵、司钻人员应严格按照泵、钻操作规程进行作业。
12、所有人员必须执行现场交接班制度。
13、司钻、司泵人员在开机前必须确认其他人员已离开机器转动部分，否则，不得开机。
14、在钻注工作全过程中，必须保证排水系统正常运转，随时排出井下涌水。
15、注浆时，管路必须连接牢固，压力表必须反应灵敏。
且要备足易损物件和检修工具。
注浆压力应严格控制，不得超过设计值。
处理堵管时，管口不得对人。
16、注浆过程中需换档时，必须先停电，待泵停第一阶段：
对巷道进行清淤、排水工作。
17、注浆压力应严格控制，不得超过设计值。
处理堵管时，管口不得对人。
18、注浆时，要设专人观察止浆墙情况，若发现止浆墙开裂、漏浆等问题时应及时处理。
19、注浆司机注意事项
开泵后要思想集中，时刻注意压力表的升降变化情况，及时调整档位，发现异常马上停泵处理。
听到观察人员停机信号，要马上停泵，待处理后方能开机注浆。
如果停泵时间过长，特别是注双液浆时，停泵后立即冲洗管路，特别是混合器前端部分不得凝固。
在处理堵管停泵时，要特别注意带压力的管路不能对人，打开时人员要站在开口的侧面，避免压力浆液喷出伤人。
20、注浆人员必须严格遵守本措施施工，不得擅自施工。
21、注浆泵等设备必须在下井前进行检修，试运转，保证无问题后方能下井，尤其是保证卸压阀的灵敏可靠。
压力表使用前必须检验，合格后方可使用
22、注浆开泵前要检查机泵是否有问题，周围是否有障碍，人员是否都站在安全地点，认为都无问题后方可注浆。
23、注浆管路连结要认真，丝扣上满不留后患，高压管路按规定来连接。
24、注浆开始时，要先吸注清水，认为无问题后方能吸注浆液。
25、施工人员应戴护眼镜，防止浆液溅入眼中，若浆液不慎溅入眼中时，应立即用清水冲洗。
26、注浆期间，井下所有人员都要认真负责，观察周围动态，发现问题后及时汇报处理。
二、掘进施工安全技术措施
1、断层带带掘进施工坚持先注浆加固再掘进的原则，确保顶板完整。
2、施工棚梁上要用背板接顶背实。
3、U型钢棚之间的拉杆及附件必须齐全。
4、为了防止支架钻底，每个钢棚柱腿下必须按规定焊接柱鞋（150*150*100钢板）。
5、过断层期间，严格执行开工前和工作中的敲帮问顶制度，及时找掉顶帮危岩、活矸，以免掉落伤人。
6、敲帮问顶制度必须一人进行、一人监护，并坚持由外向内的顺序进行。
7、锚网支护要严格按要求进行，不得擅自扩大锚杆间排距、更改支护参数。
8、人工搬运支架等重物时应有专人统一指挥，动作一致。
9、架棚过程中，所有施工人员必须做好自主保安，避开棚子倒落可能波及的范围。
10、如果出现倒棚，必须按照由外向里的顺序逐架扶设。
三、过断层安全防护预案
1、预防冒顶安全预案
（1）、制定注浆作业专项设计，保证注浆加固效果，及时有效加固控制顶板，避免断层面失稳。
（2）、在掘进支护过程中坚持短掘短砌的原则，确保顶板完整稳定。
（3）、要保持支架的稳定性，底板松软时，支架（支柱）必须穿鞋或浇注混凝土底。
（4）、U”型钢棚背帮背顶要严实，除拉杆连锁外，还要用锚杆将支架固定到巷帮。
（5）、作业过程中要严格执行“敲帮问顶”制度，及时清理危岩活石。
（6）、所有作业人员要熟知冒顶预兆，发现有掉渣、响声、顶板出新的裂缝，并有不断扩大的趋势、脱层、漏顶，顶板淋水增大，锚杆拉断、锚索受力变形，支架变形，顶板下沉等异常情况，要及时向班组长和跟班人员反映，有冒顶危险时要及时撤离至安全区域。
（7）、所有施工人员必须熟悉避灾路线，一旦发生事故，要迅速就近撤至安全区域。
避水路线如下：
中央带式输送机大巷（工作面）→一辅运2#联络巷→一辅运→副井底车场七号交岔点→副井→地面
其他未尽事宜按照《煤矿安全规程》、《中央带式输送机大巷掘进作业规程》及《中央带式输送机大巷过断层施工安全技术措施》有关规定执行。
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