完美升级版山西省蒲县高阁村煤层火灾治理工程项目施工设计总.docx
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完美升级版山西省蒲县高阁村煤层火灾治理工程项目施工设计总
山西省蒲县高阁村煤层火灾
治理工程施工组织设计
山西省第五地质工程勘察院
二〇〇九年五月
山西省蒲县高阁村煤层火灾
治理工程施工组织设计
编制：
审核：
总工程师：
院长：
山西省第五地质工程勘察院
二〇〇九年五月
第一章前言……………………………………………1
一、项目由来……………………………………………1
二、火灾区概况………………………………1
三、前期工作……………………………………………4
四、火区治理工程设计………………………………………4
第二章施工准备………………………………………7
一、组织准备………………………………………7
二、技术准备……………………………………………8
三、现场准备…………………………………………8
四、主要设备……………………………………………9
第三章施工方案………………………………………10
一、第一阶段：
准确圈定火区范围……………………10
二、第二阶段：
火区治理工程实施阶段……………11
三、第三阶段：
灭火监（检）测阶段………………13
四、火区治理工程验收………………………………13
第四章火灾治理工程的方法及技术要求……………14
一、测量工作……………………………………14
二、米测温……………………………………14
三、钻探工程……………………………………15
四、注浆……………………………………18
五、注胶………………………………………20
六、灭火效果监（检）测……………………………21
七、施工用水、用电…………………………………22
第五章安全措施………………………………………23
第六章质量保证措施……………………………………25
第七章各项工程完成时间安排………………………27
附图目录
图号图名比例尺
1山西省蒲县高阁村煤层火灾治理工程布置图1：
1000
2山西省蒲县高阁村地下煤层火灾前期米测温
等值线及火区范围图1：
2000
第一章前言
一、项目由来
蒲县高阁村一带赋存有丰富的煤炭资源，其中，山西组下部的2号煤层埋藏浅，煤质优良，开采简单。
在有水快流的年代，该地有众多的私开煤矿开采，留下了较多的废弃井口及采空巷道。
数年前在废弃的井巷中发生地下煤层火灾。
煤层燃烧既污染环境又浪费资源，而且，煤层燃烧，产生的一氧化碳等有害气体，威胁着村民的生命安全。
火区外围分布有8个煤矿企业，对煤矿企业的生产安全也构成巨大危胁。
因此，当地政府决定对该火灾进行治理，通过招标形式确定由山西省第五地质工程勘察院承担山西省蒲县高阁村煤层火灾治理工程。
二、火灾区概况
1、火区位置
火区位于蒲县太林乡高阁村周围，距蒲县县城约20Km，蒲县——克城公路从火区西侧通过，并有简易公路与高阁村相连，交通较为便利。
火区地势为北西、南东高，中间为一沟谷，地形海拔标高在1415—1520m，属低山丘陵地带。
山坡上灌木丛生，局部坡度较大。
2、地质概况
①地层与构造
火区主要出露地层为二叠系山西组和下石盒子组，沟谷中有零星的第四系复盖，山坡上常见坡积物。
山西组：
岩性为灰白色粗粒砂岩，砂质泥岩、泥岩及煤层，含煤4层，可采煤层主要为2号煤，即着火煤层。
本组平均厚35m。
下石盒子组：
岩性为灰绿、黄绿、灰色砂岩、粉砂岩、泥岩及铝土质泥岩，含薄煤线，平均厚90m。
第四系：
沟谷中出露有全新统，岩性为砂、砾石组成。
局部地段出露上更新统黄棕色、黄褐色粉质粘土、粉土等。
厚度一般5—15m。
本区着火煤层为赋存于山西组下部的2#煤层，厚度2米左右，煤层稳定，结构简单，煤层直接顶板大多为中细—中粗粒石英长石砂岩，厚10米左右，局部地段直接顶板为粉砂质泥岩，厚度2m左右。
火区西南侧可见煤层露头，火区内2号煤埋深在10—100m之间。
煤层为特低硫、中灰、高发热量焦煤，燃点在350°左右。
根据岩层露头产状及收集到的煤层底板等高线资料，火区岩层总体走向北西，倾向北东，倾角5°左右，为一单斜构造。
②水文地质条件
火区内无地表水体及河流。
在火区西南侧有一河沟，旱季无水、雨季有洪水，雨停河干或细流，属季节性河流。
火区地下含水层，主要有4个层位，即第四系和基岩风化带含水层，下石盒子组、山西组碎屑岩裂隙含水层，太原组碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水层，奥陶系中统灰岩岩溶含水层。
第四系基岩风化带含水层，由于地形起伏大，第四系厚度小，储水条件差，一般不含水。
下石盒子组、山西组碎屑岩裂隙含水层，主要为砂岩层含水，区域上富水性弱，受周围煤矿多年矿坑排水影响，该含水层处于疏干——半疏干状态，区内基本上不含水。
太原组、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水层和奥陶系中统灰岩岩溶含水层，水位低于2#煤层底板较多，对2#煤层充水无影响。
总的来说，本区水文地质条件简单，着火煤层无充水。
③火灾煤层
本区着火煤层为赋存于山西组下部的2#煤层，厚度2米左右，煤层稳定，结构简单，煤层直接顶板大多为中细—中粗粒石英长石砂岩，厚10米左右，局部地段直接顶板为粉砂质泥岩，厚度2m左右。
火区西南侧可见煤层露头，火区内2号煤埋深在10—100m之间。
煤层为特低硫、中灰、高发热量焦煤，燃点在350°左右。
④火区现状
2008年4月山西省第五地质工程勘察院工程技术人员对火区现场勘踏时，在高阁村东见有一废弃的竖井井口冒着数余米高的火焰，距该井筒200余米的另一井筒可嗅到刺鼻难闻的煤层着火的气味，河沟中地面裂隙处可见地下冒出的热气，当地居民反映，贮菜窑中的的温度太高，无法正常储存蔬菜。
三、前期工作
2008年6月——8月，山西省第五地质工程勘察院受当地政府的委托完成了火区前期探测。
采用米测温法初步圈定出火区3个，总面积35847平方米，其中，Ⅰ号火区分布于高阁村及其周围，面积最大为31886平方米，Ⅱ号火区位于高阁村西北侧，面积2476平方米，Ⅲ号火区位于高阁村西部，面积1565平方米。
此外，尚有两处高温异常区，分布于火区西北侧，总面积16096平方米。
采用瞬变电磁法和天然电场选频法探测了着火区一带，采空破坏情况，认为着火区除了有记录的采空区外，尚有较大面积的小窑开采破坏区。
为火区治理设计提供了依据。
四、火区治理工程设计
在火区探测的基础上，当地政府委托山西省地勘局二一二地质队编制了《山西省蒲县高阁村煤层火灾治理工程初步设计》。
根据前期火区勘探报告，火区主要分布于蒲县如意沟煤矿矿界范围内，处于如意沟煤矿现采区的西侧，距现运输巷道、工作面约700米，推测距其他煤矿的工作面至少在1000米。
据如意沟煤矿有关人员反映，矿井下尙未检测出C0。
火区周围为私开煤矿采空区或破坏区，推测该火区着火原因，可能是私开煤矿井下工人取暖引发的煤层火灾。
初步设计以山西省第五地质工程勘察院提交的《山西省蒲县太林乡高阁村一带煤矿火区及采空区勘查物探勘测报告》为依据。
以熄灭蒲县高阁村煤层火灾，恢复当地居民的正常生活和火区周围的环境，使火区灾害彻底治理为目的。
选择打孔注浆法对火区治理工程进行了设计。
治理工程总体施工方案为准确圈定火区范围、火区治理工程实施、灭火监（检）测三个阶段。
明确了各项治理工程的方法和技术要求。
设计工程量及费用概算见下表。
灭火工程量及经费概算表
项目
单位
工作量
单价
（元）
金额（元）
说明
工
程
费
用
1、火区测定
次
2
200000
400000
施工前、结束后6个月两次、包括测量费用
2、井温检测
100000
包括CO、CO2、O2检测
3、钻探
m
5214
180
938520
130个孔
4、注浆费
m3
43016
50
5、注胶费
m3
3000
50
150000
60个孔平均50m3/孔
6、临时建设
100000
仓库、水站、水池等
小计
材
料
费
1、注浆管
m
2000m
50
100000
2、水泥
t
6237
340
每方需要水泥145公斤
3、粉煤灰
t
25035
80
每方需要粉煤灰582公斤
4、石粉
m3
360
80
28800
约36孔平均10m3/孔
5、水玻璃
t
100
800
80000
6、碳铵
t
140
400
56000
小计
工程费用合计
说明：
总费用中不包括占地青苗赔偿及水费、
第二章施工准备
包括项目组织机构的组建，设备、人员、材料的调遣进场，工地生产生活设施的建设，水电管线的接通，占地占林的协调，修建施工便道，平整场地，以及工程设计的熟悉等。
一、组织准备
根据治理工程初步设计的总体部署，完成治理工程要组建项目部，下设4个作业组，具体人员组成及其职能如下：
1.项目部：
共4人。
其中，项目经理1人，项目副经理2人，技术负责1人。
项目经理是工程的指挥、协调、调度中心。
负责工程施工的技术、质量、安全、进度、财务及外部协调等全面管理工作。
项目副经理2人协助项目经理分别管理钻探和灌浆工程，负责安排钻机和灌浆任务。
技术负责协助项目经理制定施工方案，全面贯彻施工设计，确定各分项工程的工艺流程，掌握生产进度，严把施工质量。
2.技术组：
共6人。
负责完成火区准确圈定、钻孔布置和编录、灌浆记录、灭火检测等技术工作。
3.钻探组:
共16人，四台钻机编制。
负责完成工程的钻探任务，并负责各自钻机的修理。
4.灌浆组：
共16人，一个灌浆站两个班。
负责完成工程的灌浆任务。
5.安全协调组：
共2人，负责制定灭火期间的各项措施，负责灭火期间火区周围煤矿生产安全协调，高阁村居民住房内外一氧化碳的检测和协调，负责施工的安全检查，召开安全例会。
6.后勤供应组：
共7人。
负责工程的材料供应、管材加工、水电设施的修理；负责生活供给，搞好饮食卫生。
施工中材料的运输、施工便道的修筑等，根据需要在雇佣。
二、技术准备
1.技术负责组织有关技术人员进行现场踏勘、学习设计、熟悉施工图纸、有关规范，准备各种记录表格和设计技术交底。
2.编制单项工程施工方案和关键工序作业指导书，针对工程特点，进行技术培训。
3.编制设备、材料的质检计划。
三、现场准备
1.场地准备
根据实地情况，初步选定机械设备、材料停放地和临设处，修建临时设施，并清理施工障碍物，平整施工场地，进行临时排水系统施工。
2.道路准备
根据道路布置，修筑临时施工主便道，确保道路畅通，尽量减少二次搬运。
3.水电准备
工程用水电已接至工地，各单项工程根据需要按规定分别接至各个工点。
4.临建设施
包括生产性临时设施和生活性临时设施。
各种施工、生产、生活需用的建筑物等，包括搅拌站、材料库、工地值班室、工地库房等，按需要组织修建，也可根据现场实际情况就近临时租用。
四、主要设备
1.ＩＤ590温度传感器5套
2.空气凿眼机2台套
3.全站仪2台套
4.钻机（150型）3台套
5.泥浆泵6台
6.搅拌机6台
第三章施工部署
根据火区前期探测结果，本火区范围大，地形高低不平，地表出露以基岩为主，着火煤层底板向东北倾斜且倾角不大，选用打孔注浆法灭火是可行的，治理工程总体部署拟分三个阶段完成。
一、第一阶段：
准确圈定火区范围
由于火区前期探测网度较大，距灭火工程施工时间间隔较长，加之所圈定火区未进行钻探验证，据此布置灭火工程盲目性大，可能造成工程费用的浪废。
因此，布置灭火工程时应准确圈定火区范围，使灭火工程更加有效。
准确圈定火区范围，应在前期火区勘探的基础上，首先采用米测温方法进行火区探测，圈出米测温等值线图，确定火区范围。
然后布置钻探进行验证，确定火区边界米测温值，进而准确圈定火区边界，为下一步灭火工程设计提供可靠依据。
根据前期火区探测结果，Ⅰ号火区为主要的火区，因而在Ⅰ号火区初步设计验证钻孔10个，对Ⅱ、Ⅲ号火区初步设计验证钻孔各1个，对Ⅳ、Ⅴ号高温异常区暂不设计验证钻孔。
在火区探测的同时，要对火区及周围废弃的井筒、地面的裂隙进行封填，阻断火区可能的进风通道。
二、第二阶段：
火区治理工程实施阶段
在第一阶段准确圈定火区边界的基础上，布置实施火区治理工程。
首先要对主要火区开展治理工程。
本火区Ⅰ号火区为主要火区，可能是该煤层火灾的起燃地，其燃烧范围大，火势最巨烈，首先对其实施灭火工程，可最快控制火势发展，取得最好的灭火效果。
Ⅱ号、Ⅲ号火区根据钻探验证结果确定布置适量的灭火工程。
1、打孔与注浆
灭火工程要按边部10—15m，中部15—20m间距布置施工钻孔，同时开展注浆灭火，施工在采空区的钻孔注入粉煤灰、水泥浆，施工在煤柱上的钻孔，压注化学凝胶，目的是封堵火区的通风道，或直接浇灭煤层明火。
2、施工顺序
为减少浆液的流失、损耗，要求首先施工火区东北部、边部的注浆孔，再施工火区中部的注浆孔。
3、观测
为了掌握灭火过程中的效果，在注浆前，在火区中部、边部选择3—5个出风的钻孔，暂不注浆，作为观测孔，同时选择一条米测温测线进行观测。
要求在灭火期间每5天观察记录一次各观察孔的CO、CO2、O2及孔底孔口温度，根据其变化推测判断灭火工程效果，及时调整施工布置。
4、灭火工程施工效果
各火区打孔注浆结束后，火灾应该处于熄灭状态。
从观测孔中一些数据可以体现，CO含量明显下降，孔内、孔口温度大幅度下降，此外，较高的米测值也应该持续下降。
在进行观察孔中烯烃类煤层火灾气体色普分析时，如烯烃类煤层火灾气体为零，说明煤层温度在170℃之下，火区煤层火源处于熄灭过程中。
煤层火灾熄灭后恢复到正常状态需要一段时间，这段时间内地表温度缓慢下降、CO等气体含量持续下降。
需要加强对火势火情的观测。
三、第三阶段：
灭火监（检）测阶段
在第二阶段工程完成后，绝大部分火源应该熄灭。
但由于该区废弃矿巷道复杂，采掘工程隐蔽，因此，必须进行火区复测和钻孔温度、CO等气体的监（检）测，一旦发现火情，应继续布置施工钻孔注浆，最终彻底将该火区治理恢复到正常状态。
火区复测仍采用米测温法，时间为第二阶段结束后6个月。
观测孔孔口、孔内温度和CO等气体的监（检）测，时间间隔为7—10天一次，时间为治理工程施工结束到火区复测6个月。
四、火区治理工程验收
火区治理工程结束6个月后，可进行火区治理工程验收，需要做以下工作：
1、检查验收火区监测资料和火区复测资料。
如果火区复测时，米测温可圈出火区，观测孔中CO含量、孔口、孔底温度巨增，说明火区有复燃现象，应立即重新组织开展第二阶段的灭火工程。
如果火区复测时米测温圈不出火区范围，观测孔中CO含量，孔口、孔底温度持续缓慢下降，说明本次火区治理工程取得了较好的效果，火区火源已熄灭。
2、抽取火区观测孔气体进行烯烃类火灾气体色普分析，如其含量为零，说明火区火源已熄灭，否则说明尚有火源，应重新施工。
3、根据上述二项指标判别火区为熄灭后，待1—3年后该区即可恢复到正常状态。
4、根据工程需要，选择有资质单位对治理工程施工开展监理工作，以保证治理工程按设计要求进行，并达到彻底根治煤层火灾之目的。
第四章火灾治理工程的方法及技术要求
根据火区治理工程总体部署，本次火区治理工程需要采用测量、米测温、钻探、注浆、观测孔检测等方法来完成。
一、测量工作
主要完成米测温测网的布设和钻探孔位的放样。
要求布置3个GPSE级控制点用全站仪施测。
1、米测温测网布设
设计米测温测网为20×10m，面积92000m2。
布设2条基线，编号为18、24号基线方向304°，基点94个，测线24条，编号为6—52之双数，方向34°，测点504个。
各测点要打木桩编号，编号为测线号加点号，如2226为第22线26号点。
布设精度严格按照《物化探测量工作规范》的相关要求进行。
2、钻探孔位放样
设计钻孔130个。
用全站仪，根据图解坐标放在实地位置。
村庄中的钻孔位置可根据实地情况调整。
二、米测温
本次米测温要在前期火区勘探的基础上进行，要求在前述测网布设的测点上打一深1米的圆孔，将传感器探头放入孔底7—10分钟稳定后进行数据观测，记录两次读数，取两次读数的平均值，作为该点的米温值。
由于煤层火区是在不断发展变化的，本次探测测网是依据前期火区圈定的范围而定，因此，可能存在设计的测线，测不到正常米温区，实际工作中，要增加测线和测点来弥补。
三、钻探工程
1、设计工作量
钻探工程是本次灭火工程的主要工作之一。
根据总体工程部署，设计各类钻孔130个，其中观测孔3个，验证孔12
个灌浆孔115个。
总进尺5214m。
验证孔测得孔内数据后可作为注浆孔使用，观测孔要留到认为火区彻底治理完成后封堵。
2、口径、孔深
所有钻孔开孔口径不得小于108mm，施工至完整基岩下5m（过强风化层）后，变径91mm，钻至孔底，在变径之处下入￠50mm注浆管。
所有钻孔均施工至采空区巷道。
底板或煤层底板之下20——50Cm。
满足注浆、注胶的需要。
3、编录及观测
所有观测孔、验证孔部分注浆孔要全孔取芯，采取率＞60%，并派技术人员进行编录，仔细观察，描述煤岩芯的烘烤情况，作为圈定火区的依据。
钻孔工作量统计表
火区
孔号
孔深（米）
备注
火区
孔号
孔深（米）
备注
Ⅲ
火
区
1801
65
注浆孔
2903
40
观测孔
1901
61
注浆孔
2904
43
注浆孔
1902
68
注浆孔
2905
45
帷幕孔
2001
59
注浆孔
3001
38
注浆孔
2002
75
注浆孔
3002
44
帷幕孔
2101
64
验证孔
3101
28
注浆孔
2102
75
注浆孔
3102
29
注浆孔
2201
62
注浆孔
3103
31
注浆孔
2202
68
注浆孔
3104
36
帷幕孔
Ⅱ
火
区
2401
75
注浆孔
3201
30
注浆孔
2402
77
注浆孔
3202
32
帷幕孔
2501
67
注浆孔
3301
25
注浆孔
2603
61
注浆孔
3302
26
注浆孔
2604
67
注浆孔
3303
28
注浆孔
2704
63
注浆孔
3304
28
帷幕孔
2805
48
注浆孔
3305
30
帷幕孔
2806
53
验证孔
3306
32
帷幕孔
2807
58
注浆孔
3307
38
帷幕孔
2906
42
注浆孔
3401
32
注浆孔
2907
50
注浆孔
3402
38
帷幕孔
3003
44
注浆孔
3501
25
注浆孔
Ⅰ
火
区
2601
44
注幕孔
3502
26
注浆孔
2602
49
帷幕孔
3503
28
注浆孔
2701
38
注浆孔
3504
28
注浆孔
2702
47
注浆孔
3505
29
注浆孔
2703
48
帷幕孔
3506
34
注浆孔
2801
36
注浆孔
3507
36
注浆孔
2802
30
注浆孔
3508
41
注幕孔
2803
42
注浆孔
3601
35
注浆孔
2804
47
注幕孔
3602
40
帷幕孔
2901
32
注浆孔
3701
25
注浆孔
2902
38
注浆孔
3702
26
注浆孔
小计
小计
钻孔工作量统计表
火区
孔号
孔深（米）
备注
火区
孔号
孔深（米）
备注
Ⅰ
火
区
3703
26
观测孔
Ⅰ
火
区
4301
22
注浆孔
3704
28
注浆孔
4302
23
注浆孔
3705
29
注浆孔
4303
36
注浆孔
3706
32
注浆孔
4304
40
注浆孔
3707
37
注浆孔
4305
42
注浆孔
3708
37
帷幕孔
4306
38
帷幕孔
3801
37
注浆孔
4307
35
帷幕孔
3802
37
帷幕孔
4308
36
帷幕孔
3901
22
注浆孔
4309
42
帷幕孔
3902
22
注浆孔
4401
48
注浆孔
3903
23
注浆孔
4402
47
帷幕孔
3904
24
注浆孔
4501
30
注浆孔
3905
24
注浆孔
4502
35
注浆孔
3906
29
注浆孔
4503
35
注浆孔
3907
31
注浆孔
4504
35
注浆孔
3908
31
注浆孔
4505
46
观测孔
3909
32
帷幕孔
4506
52
注浆孔
4001
27
验证孔
4507
52
帷幕孔
4002
29
验证孔
4601
43
注浆孔
4003
30
验证孔
4602
43
注浆孔
4004
30
验证孔
4603
40
注浆孔
4005
32
验证孔
4604
43
注浆孔
4101
20
验证孔
4605
52
注浆孔
4102
20
验证孔
4606
56
注浆孔
4103
22
验证孔
4607
58
帷幕孔
4104
27
验证孔
4701
38
帷幕孔
4105
27
验证孔
4702
64
帷幕孔
4106
29
注浆孔
4801
48
帷幕孔
4107
30
注浆孔
4802
51
帷幕孔
4108
33
注浆孔
4803
52
帷幕孔
4109
37
帷幕孔
4804
48
帷幕孔
4201
33
注浆孔
4805
55
帷幕孔
4202
40
帷幕孔
4806
63
帷幕孔
小计
小计
4、施工顺序
设计的验证孔要首先施工，以便准确圈定火区范围，为其它孔的布置提供依据。
注浆孔要先施工帷幕孔，即火区东北部和边部之钻孔，再施工中部钻孔，以便同步开展注浆。
5、班报表
班报表要详细、准确地记录钻孔返水、漏水现象及其位置，详细记录坍塌、冒落位置，准确记录掉钻或见煤深度和见底板深度，详细记录钻探过程中发生的冒热气等现象，为制定具体的注浆方案提供依据。
6、终孔
各钻孔终孔后均丈量钻具，校正孔深，对返水钻孔测量静水位，测量孔底、孔口温度，测量孔内CO、CO2、O2等气体含量，下入注浆管，观测孔下入套管，防止孔内坍塌影响观测。
7、孔口
下入套管或注浆管后，封闭套管、注浆管与孔壁间隙，观测孔套管口和注浆孔注浆管口要及时封闭，并满足注浆要求和方便观测，以尽量减少向孔内通风。
四、注浆
1、注浆前的钻孔检查
注浆前要对钻孔位置、口径、深度进行检查，如出现孔深与终孔时测量的深度不一致，说明孔内存在坍塌现象，要重新扫孔，以满足注浆施工的需要。
2、注浆材料
主要有水、
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