流沙层注浆在井巷工程中的应用和推广

流沙层注浆在井巷工程中的应用和推广

文/陈福新

摘󰀁要:在煤矿井巷工程施工中,经常会遇到流沙层,导致工程受阻。本文根据竹山塘煤矿石巷掘进工程过流沙层的经验,总结了一套利用注浆方法过流沙层的新工艺。利用此工艺过流沙层,既安全又经济,这对井巷工程施工具有很重要的指导意义。关键词:井巷工程;流沙层;注浆;应用推广

一、巷道施工条件

󰀁170m东大巷位于我矿东翼,东翼地质构造极为复杂,受板三断层及团山塘正断层影响,-170m东大巷的围岩条件时好时坏,经常穿越破碎带、煤系、流沙等。󰀁170m东大巷为矿井主要运输大巷,架线电机车运输。断面为三心拱,净宽3米,净高2.8米,掘进断面为11.3m2,净断面为7.8m2,巷道主要用于运输、通风、行人等。

二、施工方法简介

(一)理论依据

注浆过流沙层的基本原理就是通过注水泥浆,使巷道当头周边范围的泥沙胶结,形成一个统一的整体。巷道掘进时,即使形成了新的空洞,但由于水泥和泥沙的胶结体短时间内也不会垮塌,形成了新的自然平衡拱。在顶部胶结体破坏之前,采用预先制作的槽钢拱形支架装模捣制混凝土,从而形成永久的钢筋混凝土支护,起到极为良好的支护效果。

(二)具体施工方法1󰀁埋设注浆管

在巷道轮廓线沿拱顶均匀布置17个注浆钻孔,然后埋设好注浆管,注浆管沿巷道轮廓线向外布置,注浆管分为6米的2英寸注浆管和3米的1.5英寸注浆管两种。掘进初期,采用6米注浆管(潜孔钻打眼),掘进l󰀁2个注浆循环后,改用3米注浆管。巷道掘进前,进行注浆,它的根本作用就是:输送水泥浆液,胶结、硬化流沙,并在巷道的轮廓线以外起钢筋混凝土的作用,以达到支护的目的。巷道施工时,在通过6米的注浆管预注浆后,采用3米的长钢钎进行探沙掘进,如果发现此3米范围内还有流沙没有胶结,必须埋设3米的注浆管进行补注,使其全部硬化,再进行掘进,它的作用是小范围的补注,起加固作用。

注浆管铺设的相关参数如下:L=󰀁S󰀁/N

式中:

L:注浆孔的深度,米

󰀁:注浆系数,一般取1.1󰀁1.3S:巷道断面积,平方米󰀁:泥沙的松散度。N:注浆孔的数目,个

2󰀁注浆

在注浆的初始阶段,水泥浆一般采用高浓度比例,水灰比为

l:1,这是为了便于在巷道轮廓线区迅速凝固,后期一般采用低浓度比例,水灰比为3:l,这一阶段的注浆是要起补注、加固、扩大注浆范围的作用。注浆浓度还要根据注浆范围内的裂隙开度、注浆压力来确定,裂隙开度越大,注浆浓度越大;注浆压力越大,注浆浓度越小。水泥浆的浓度还要考虑与水玻璃的配比关系,其比例越大,水泥浆的浓度要越小。

其次是水泥与水玻璃的配比关系,要根据注浆范围内的裂隙开度、裂隙范围以及在注浆过程中所呈现的注浆压力有关。裂隙开度越大,水泥浆与水玻璃的配比越小;裂隙开度越小,配比越大。裂隙范围越大,其比例越小;裂隙范围越小,其比例越大。注浆过程中所呈现的压力越大,其比例越大。

再次是注浆扩散半径与裂隙的开度、水泥浆的浓度、水泥浆与水玻璃的配比关系。裂隙开度越大、水泥浆的浓度越小、水泥浆与水玻璃的配比越小,注浆扩散半径越大;裂隙开度越小、水泥浆的浓度越大、水泥浆与水玻璃的配比越大,注浆扩散半径越小。

因此,根据上述原理,在注浆过程中,通过注浆所呈现的压力及时调整水泥浆的浓度以及与水玻璃的配合比例。当压力在0-2kg/cm2时,水泥浆的水灰比为0.8󰀁1,水泥与水玻璃的配合比例为3󰀁1;当压力在2kg/cm2-5kg/cm2时,水泥浆的水灰比为2󰀁1,水泥与水玻璃的配合比例为5󰀁1;当压力在5kg/cm2以上时,水泥浆的水灰比为3󰀁1,水泥与水玻璃的配合比例为8󰀁1。

注浆时,按从上到下的顺序对所埋设的注浆管进行一一注浆。注浆时,先用高速档,高浓度水泥浆,高水玻璃配比,进行注浆,待达到一定压力(5kg/cm2)时,再改用低速档,低浓度水泥

企业家天地󰀁

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视野|VISUALFIELD浆,低水玻璃配比,进行注浆。压力达到30kg/cm2时,停注。3󰀁钢架立模及布筋

通过注浆,使6米的注浆管和3米的注浆管与水泥浆和流沙在巷道轮廓线以外形成了一钢筋混凝土结构,结成一充实的整体,形成了较为稳定的自然平衡拱,为掘进施工创造了良好的前提条件。之后,在巷道轮廓线下架设钢架,钢架采用16的槽钢制作,钢架间距0.6米,钢架按设计要求均匀焊孔。一架一般焊12-14个孔,立钢架之前,必须按测量部门施放的中腰线架准位置,钢架的定位准确与否,直接关系到巷道的施工质量。钢架与钢架之间用󰀁20的圆条穿过焊孔,并将其焊接成一个整体,圆条间距0.5米。然后在钢架内侧装上厚度一致,长度均匀的模板,模板用10号铁丝绞紧,确保在混凝土捣制时不漏浆。同时,模板只能装一段捣一段,且必须等混凝土强度达到要求后方可拆模。

巷道按此工艺施工一段距离后,对后段的巷道进行地板捣制。捣制地板时,必须清挖巷道的泥沙,深度0.3米,即挖至腰线下1.3米处(腰线至底板1米)。捣制时,每一付钢架必须用旧钢轨与腿子焊接,然后方可进行地板捣制,混凝土按大巷捣制体的比例进行配比,确保巷道底板捣制质量。

三、施工工艺评价

1󰀁通过采用注浆技术,流沙层由不稳定变为稳定,安全系数较原来提高了多倍,省去了原来的临时支护、排尖等工序,确保了施工的安全。

2󰀁没有破坏流沙层的整体性,加之混凝土与槽钢钢架配合支护稳定、牢固,形成了一个封闭、结实的支护平衡拱,即使经过

4󰀁混凝土的捣制

为起到永久支护的作用,混凝土的捣制是相当关键的,捣制顺序只能是从两侧的墙体,逐步向拱顶收拢。因此,首先捣制两侧的墙体,即在两帮挖一个空腔,厚度必须在钢架内侧300-350之间,然后装好模板,在模板内捣制混凝土,确保捣制后的厚度不小于300。第二步,捣制拱子,同样,在钢架顶墙挖一个空腔,厚度在钢架内侧300-350之间,然后装好模板,并在模板内捣制混凝土,确保捣制后的厚度不小于300。同时,为解决拱顶收口处捣制的困难,在巷道当头挖掘一超前小孔,宽度0.6󰀁0.8米,超前长度l米,收口捣制时,人员站在前端将混凝土反灌进去,将其捣制好。这样,使整个捣制体成为一钢筋混凝土结构,起到良好的支撑作用。

这项工序的重点是工程质量问题。因此,生产技术部门必须根据这一要求,及时组织工程技术人员分三班跟班,每班及时指导和纠正施工人员在捣制过程中的各种问题,以确保混凝土捣制的质量。

5󰀁壁后注浆

钢架混凝土捣制时,因拱部收口段混凝土难以到达,每隔3米必须在巷道顶部埋设一组注浆管,每拱埋设2󰀁3根,距离达到6米左右时,进行壁后补注浆,确保巷道捣制体四壁被充填密实,注浆压力达到30kg/cm2时,方可停注,从而起到良好的支撑作用。

6󰀁底板捣制

多年,也不会变形、破坏。减少了原砌碹支护需经常维护的缺

点,较原掘进、支护方案节约了资金近30万元,大大提高了经济效益。

四、要完善和改进的建议

1󰀁水泥浆液的注浆浓度与配比难以掌握,必须具备丰富的工作经验,才能达到预期的效果。

2󰀁槽钢拱形支架预弯难度大,成本高,建议改用废旧轨道支护,一样能达到预期的效果。

总之,通过采用注浆的办法过流沙层,在我公司应用成功还是首例,但其安全、支护效果却是十分明显的,我相信,这套技木应用成功,将会在矿山井巷、地面遂道等工程的施工中得到广泛的应用。

参考文献:

[1]东兆星,吴士良,井巷工程。徐州:中国矿业大学出版社,2006[2]徐永圻,煤矿开采学。徐州:中国矿业大学出版社,2004[3]刘新华,王瑛,胡绍祥。煤矿地质学。北京:煤矿工业出版社,2006

作者:湖南黑金时代长沙矿业有限公司

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