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本文格式为Word版,下载可任意编辑——引流钻孔在巷道极破碎顶板内注浆堵水中的应用研究4600字巷道顶板
引流钻孔在巷道极破碎顶板内注浆堵水中的应用研究4600字
引流钻孔在巷道极破碎顶板内注浆堵水中的应用研究4600字1.总回上山水文地质概况根据总回上山巷道地质素描资料,总回风上山堵水段自上而下地层依次为砂岩、泥岩、细砂岩、泥岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩(M6)等,地层总体倾向东。
总回上山巷道掘进过程中揭露一条落差约2.0m、倾角49°的断层导致顶板出水,涌水量约在25m3/h左右,涌水点位于巷道左上方,巷道顶板为粉砂岩,厚2.5~3.0m,粉砂岩以上是M5砂岩含水层,厚7~10m,西高东低,倾角16o,裂隙发育,水压约为3.1MPa(图1)。巷道揭露断层后,M5砂岩水沿断层裂隙流入巷道,顶板出水后,涌水点周边顶板展现冒落,后采用钢棚对出水段巷道举行加强支护。
郭屯煤矿总回上山断层涌水段巷道围岩破碎分外严重,通过钻孔施工表明了该区域顶板浅部极其破碎、巷道顶板以上存有1.2m左右的空洞(分析为巷道支护层与岩层的离层空间),顶板以上2.0~3.5m段区域内为冒落带,极其破碎,且富水性强,富水空间大,水压高达3.1MPa。主要理由分析为巷道掘进施工过程中顶板已冒落,后虽采用架棚喷浆的方式举行支护,但是冒落的空间未被充填,后被涌水长期浸泡,顶板破碎下沉,空间逐步向上进展形成所致。
2.引流钻孔的作用及其施工中遇到的困难2.1引流钻孔的作用根据总回上山断层涌水点“顶板涌水区域浅层加固,深部引流泄压注浆”的注浆堵水方案,沿巷道在涌水点的上下8m范围内施工孔深2~3.5m的钻孔,对巷道顶板浅部破碎带及空间举行注浆充填、加固,以巩固顶板的稳定性和抗压强度,裁减巷道顶板涌水量,把顶板散状涌水点转化为较集中的涌水点,给注浆封堵创造条件。为减小顶板承压水对浅层加固区的压力,提高注浆效果,设计在顶板浅层加固范围以上位置施工深部引流泄压钻孔,钻孔施工深度为6.5~11.50m。
2.2引流钻孔的施工及其遇到的困难由于涌水点巷道顶板以上2.0~3.5m段内极其破碎,且富水空间很大,水压接近3.1MPa,施工的常规锚索钻孔要穿过此破碎富水区,当施工完钻孔后,孔内涌水会携带喷出大量碎石、岩屑,时间一长钻孔会被全部堵死,即使钻孔内实时下入普遍中空螺旋注浆锚杆,也会造成锚杆被堵导致钻孔报废,失去引流泄压的作用。因此,怎样在巷道顶板极破碎围岩中施工引流泄压孔成为一个亟待解决的难题。
3.巷道顶板富水破碎带内引流钻孔施工工艺研究(图2)由于引流钻孔深度为6.5~11.5m左右,且考虑到生产本金、工艺繁杂性以及斜巷施工的局限性,不建议使用常规较大孔径内下入止水套管的工艺。但还要使施工的引流钻孔不被喷出的渣石堵塞,经反复试验和不断提升,研究出仍在施工锚索钻孔的工艺根基上,适当增大裸孔孔径,并下入提升加长的中空螺旋锚杆,使之穿过巷道顶板的富水破碎区域,并起到止水套管的作用,告成达成钻孔既能引流又不被堵孔的目的。
(1)增大裸孔孔径。首先,施工的锚索钻孔要引流泄压,基于钻孔较深且钻孔穿过极破碎富水区,适当增大钻孔孔径能裁减碎石、岩屑堵孔的影响;
其次,由于引流钻孔最终要注浆封堵,较粗的孔径可以选择下入较粗的中空螺旋注浆锚杆,有利于注浆的实施。一般常规施工的锚索钻孔的钻头直径为Φ28mm,有两片切削刃。现在为了增大裸孔孔径,提升钻头使其直径增大(图3),在原普遍钻头的根基上,在两片切削刃的中间再焊接上两片对称的切削刃。提升完成后,实现了钻头直径的增大,由原来的Φ28mm增加到Φ36mm。
(2)下入加长的提升后的中空注浆锚杆。引流钻孔内需要下入的锚杆长度理应保证穿过巷道顶板的破碎富水区,才能有效地防止碎渣进入到钻孔内产生堵孔现象。因此要求中空螺旋注浆锚杆的长度也要为4~8m(根据钻孔深度举行调整),由于受到井下巷道空间的影响,普遍的中空注对顶板极其破碎耐压强度较低的涌水巷道举行堵水时,一般采用浅层注浆加固,深部引流泄压注浆的施工工艺。引流泄压钻孔施工中需要解决钻孔内涌水时喷渣堵孔的难题,否那么引流孔堵孔后会使巷道顶板承压富水区水压升高,而升高的水压在巷道薄弱顶板上引起顶板变形,甚至冒落而展现工程安好事故。在此提出了增加裸孔段孔径,加大中空注浆锚杆直径和长度,把中空注浆锚杆下入到破碎带以上,以达成中空注浆锚杆在引流孔内止水隔离的作用;
指出了引流钻孔可以改善注浆浆液分散范围,裁减注浆中承压水对注浆压力的反作用影响,从而确保注浆效果。
摘要:
巷道涌水;
引流钻孔;
富水破碎区;
中空注浆锚杆;
注浆堵水0.引言山东鲁能菏泽煤电开发有限公司郭屯煤矿位于郓城县境内,2022年10月16日开工创办,2022年3月生产运行。该矿井属于水文地质条件极繁杂矿井,也是受到高冲击地压要挟对比严重的矿井。主采煤层为煤3。在开采煤3时,工作面分别受到煤层顶板高温高压砂岩含水层(M4、M5)水的要挟。在矿压的作用下,巷道顶板极薄弱岩层(泥岩和粉砂岩)产生新的裂隙,顶板承压水分别通过裂隙和断层进入到巷道,形成顶板淋水和断层部位的集中涌水。而且泥岩和粉砂岩在水的长期浸泡作用下,泥化变软失稳,造成巷道冒顶。该矿井回风石门和胶带石门都分别受到其顶板砂岩水的影响,展现了围岩变形、顶板断层处集中涌水和片面块段散状淋水现象,严重影响了设备的正常运行和机电设备的维护,增大了矿井排水压力,增加了生产本金。为确保矿井正常安好生产,裁减矿井涌水量,需对矿井两条巷道内的各涌水段(点)举行注浆封堵。
其中总回上山顶板涌水点为断层导通性出水,水源分析为M5砂岩及以下的砂岩含水层,总涌水量为25m3/h左右,具有集中涌水和分散涌水的特点。由于巷道顶板涌水处曾经展现冒顶现象,而且顶板围岩具有极其破碎特点,因此在顶板注浆钻孔施工中,存在着坍塌掉块,钻孔涌水后孔内展现喷渣和渣石堵孔现象,严重影响了正常的施工。因此需要在破碎带内富水区的高水位处施工引流泄压钻孔,给巷道顶板浅部破碎带注浆供给安好保障,使静水条件变为动水条件[1],以防止注浆压力和水压的共同作用破坏巷道顶板的稳定性。引流泄压孔在巷道顶板富水破碎带内的施工难度主要表现在钻孔内喷渣后的堵孔,严重时甚至造成钻孔的报废,失去了引流泄压的作用。钻孔堵孔后,巷道涌水量裁减,顶板富水区水压升高,继而增加巷道薄弱顶板的压力,严重要挟着巷道的安好。因此巷道顶板引流泄压钻孔的施工成为总回上山是否安好堵水的关键。
浆螺旋锚杆一般加工成2.5m,该长度及其直径无法得志引流孔的需要。因此要对注浆锚杆加以提升,使之能在长度上和直径上都能得志钻孔引流的需要(图4),提升后的锚杆由前后两片面组成,中间通过管箍连接。前端为6分钢管,为使水泥顺遂渗入岩缝,端部60cm管壁周边平匀分布了大量溢浆孔。后一片面的杆体后端80cm长呈螺旋丝杠布局,尾部焊接在无缝钢管上,加工有管螺纹。注浆锚杆通过螺母旋进,由托盘压精细封套举行止浆止水。高性能的密封套使注浆能保持较强的注浆压力,能充分填充空隙,固结破碎岩体,高强度的托盘、螺母可以将深层围岩应力平匀地传递到周壁围岩上,达成围岩与锚杆互为支护的目的[2]。引流时,承压水从前端管口和溢流孔进入到锚杆内,从注浆口涌出;
注浆时,浆液从注浆口压入,从溢流孔和管口涌出渗透进入到破碎带及岩石裂隙中。
由于管箍的连接,提升后的中空注浆锚杆可以根据需要举行多段连接,以得志对长度的需要。
(3)施工工艺。锚索钻机使用改制Φ36mm钻头无芯钻进,穿过破碎区并达到设计深度后,来回扫孔直到孔内不再有碎石、岩屑喷出,孔内水清澈且稳定时,实时下入加长提升锚杆。下入锚杆后,按照图4布局,分别在锚杆上依次套上橡胶密封套、托盘、螺母,并旋进螺母,把密封套紧紧的压进钻孔和锚杆的环状间隙,直到止水合格。
4.引流孔提升工艺的现场实施及效果4.1施工设备及材料浅层注浆加固钻孔施工使用7655型风动凿岩机、引流钻孔施工使用锚索钻机、便携式风动注浆泵、提升后的钻头及提升后的中空注浆锚杆、425普遍硅酸盐水泥。
4.2施工工艺及步骤1)按照钻孔技术参数标定钻孔的方位、倾角,使用风动凿岩机点眼打钻至2.5m,此时钻孔接近破碎区,孔内已见水并混合有稍许岩石碎屑。2)改用锚索钻机施工,用提升的Φ36mm钻头沿刚施工的风钻孔持续钻进至设计深度,期间钻孔穿越富水破碎区,随着钻进深度的增加,孔内水量增大,水质混浊,间歇性的喷渣。退出钻杆后,大量的碎石、岩屑随水喷出,随时间增长,水量逐渐减小,钻孔被渣石堵死。
3)孔内下入钻头举行冲孔,直到孔内根本不再有碎石、岩屑喷出,孔内水清澈且稳定时,实时用风钻将提升的中空注浆锚杆旋进钻孔。
4)下入中空注浆锚杆后,实时用密封套举行止水。
5)止水合格后,开启注浆口处的阀门举行卸压引流。利用锚索钻孔对承压富水区举行引流泄压,同时对其他的浅层注浆加固钻孔举行注浆,加固顶板破碎带。浅层注浆加固过程中,随着加固区域水泥量的注入增加,水泥面会逐步抬升,最终会从引流钻孔内涌出,此时证明注浆加固的高度已经到了引流钻孔的孔底位置。通过注浆范围多个引流孔的引流注浆,达成浆液分别在水平向和垂直向的扩散,在注浆过程中,留神泵压及流量变化,浆量突增或泵压陡减时,可采取适当调整浆液浓度或间歇式注浆[3],最终完成引流孔封堵达成堵水的目的。
4.3注浆堵水效果通过对郭屯煤矿总回上山断层涌水段引流钻孔的实施,较好实现了顶板涌水区域浅层加固,深部引流注浆的目标。共施工13个引流孔,通过引流注浆,保证了注浆中巷道的安好,告成完成了对涌水巷道顶板涌水的治理,堵水率达成99%。
5.结语(1)当巷道涌水段顶板极其破碎,水压较高时,要采用浅层注浆加固,深部引流注浆的工艺是安好的,也是切实可行的。
(2)由于在巷道顶板确定深度内存在着富水的破碎带,给钻孔施工带来难度,引流钻孔往往被随钻孔涌水喷出的渣石堵塞,使水压升高,升高的水压作用在巷道及其薄弱的顶板上,会引起顶板变形甚至冒落,造成工程事故。因此要保证引流钻孔的正常引流泄压。
(3)提升后的中空注浆锚杆更粗更长,由于中空注浆锚杆穿透到了富水破碎带以上,起到了止水隔离作用,因此解决了钻孔内喷渣堵孔的难题,保证了浅层加固中的施工安好。
(4)通过引流钻孔的引流泄压,裁减了由于承压水的反作用产生的注浆阻力,更有利于浆液在横向和垂向的分散。使注浆效果更好,注浆质量更高,安好更有保障。
[1]赵苏启,武强,郭启文,陈晓国,张秋成.引流注浆快速治理煤矿水害技术[J].煤炭科学技术,2
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