采用罗克休泡沫冲天和管棚法通过斜井表土段冒落区.pdf

第 30 卷第 5期建 井 技 术Vol 30 No 5 2009 年 10月 MINE CONSTRUCT ION TECHNOLOGYOct 2009 技术革新 采用罗克休泡沫充填和管棚法通过斜井 表土段冒落区 袁兆宽, 李忠华, 姚 勇 中煤第五建设公司第一工程处, 江苏 徐州, 221006 摘 要 汾西矿业集团河东煤矿行人斜井井筒掘进到 81m 处时, 围岩为砂土互层; 因地面 供水池漏水, 以及地表水通过裂隙渗入到了井筒中, 导致工作面发生了冒顶事故, 不得不停工 处理。冒落区处理施工方案是 先充填罗克休泡沫; 待冒落区填实后, 再采用管棚法通过。方 案实施后, 取得了预期效果, 安全顺利地通过了冒落区, 保证了井筒施工正常进行。 关键词 罗克休泡沫; 冒落区; 斜井井筒; 管棚法 中图分类号 TD263 4 2 文献标识码 B 文章编号 1002- 6029 200905- 0020- 03 收稿日期 2009- 10- 10 1 工程概况 山西汾西矿业集团河东煤矿行人斜井井筒, 斜长 541 314m, 倾角 18 50, 半圆拱形断面。表 土段井筒净宽 3 6m, 净高 34m, 净断面10 8m 2; 掘进宽度 4 3m, 掘进断面 15 4m 2。表土段永久 支护为双层钢筋混凝土碹, 混凝土强度等级 C30, 厚 350mm。井筒掘进至 81m 处时 围岩为砂土 互层 , 工作面发生了冒顶, 导致井筒无法继续掘 进, 不得不停工处理。冒顶段长 6m, 宽 4 3m, 冒 落高度约 25m。冒落区涌水量 26m 3 / h。 2 冒顶原因分析 斜井井筒右上方有矿方废弃的供水池发生了 漏水, 水池内的水和地表水通过裂隙渗入到了井 筒中, 造成该段表土层饱含水、 局部渗水, 使土层 稳定性、 承载性降低, 并最终导致土层失去原有的 应力平衡状态, 从而造成工作面冒顶。 3 冒顶处理施工方案及施工工艺 冒落区处理施工方案是 先充填罗克休泡沫; 待冒落区填实后, 再采用管棚法通过。 3 1 冒落区充填 3 1 1 充填材料 冒落区充填罗克休泡沫采用注浆法施工。罗 克休泡沫是由 2种成分树脂和催化剂组成的注射 产品, 可用于密闭空气和瓦斯、 充填空隙孔洞及加 固煤岩地层。罗克休泡沫技术参数及其固化物性 能参数分别见表 1、 表 2。 表 1 罗克休泡沫技术参数 序号项 目 组 分 树脂催化剂 120∀ 时的密度/ g cm-31 21 3 2配合比 体积比41 3存储温度/ ∀5 205 40 420∀ 时的储存期限/ 月312 5包装 塑料桶 / kg2630 表 2 罗克休泡沫固化物性能参数 序号项 目20∀ 时的数据 1 反应时间/ min0 6 2 膨胀倍数 40 3 抗压强度/ MPa 30 4 粘结强度/ MPa 2 5 阻燃抗静电性能符合 M T- 113 标准 3 1 2 罗克休泡沫注射施工工艺 将配制好的罗克休材料利用压缩空气, 通过 混合枪直接注入到需处理区域。罗克休材料注入 后, 发生快速反应而生成泡沫, 泡沫体积可快速膨 胀 30 倍。膨胀后的罗克休泡沫, 能在几 min 内硬 化。罗克休泡沫注射技术具有反应迅速, 膨胀率 高, 抗压能力大, 可直接灭火; 以及施工工艺简单, 用途广泛等优点。它不仅能有效地充填破碎顶 板, 处理工作面冒顶问题, 而且能有效地防止顶板 瓦斯积聚。 第 5 期 袁兆宽, 等 采用罗克休泡沫充填和管棚法通过斜井表土段冒落区 3 1 3 注浆孔施工 在冒落区外围打 3 个注浆孔, 井筒工作面左 肩、 正中、 右肩各 1 个。钻孔仰角 75 , 直接进入冒 落区, 见图 1。 图 1 冒落区注浆孔布置 利用平板车下放 T UX- 150 型钻机到工作 面 并挪至钻机平台上, 利用方木与井筒两帮、 顶部支 撑牢固; 然后调整好钻机角度, 使用 56mm 合金 钢钻头向冒落区上方钻进, 直至钻机钻进速度骤 然加快为止 表明已进入冒落区 ; 最后将注浆用 的塑料管插入钻孔内。 3 1 4 注浆施工 将配制好的罗克休浆液利用注浆泵, 通过某 注浆孔注入冒落区, 直至浆液注不进去为止; 然后 另选一位置, 重新布孔注浆。 3 2 管棚法施工 冒落区注射罗克休泡沫填实后, 采用管棚法 通过。 3 2 1 管棚布置 管棚材料为 57mm 无缝钢管, 长 2 0m。钢 管仰角 5 10 , 间距 100 200mm, 见图 2。 图 2 管棚法施工工艺 3 2 2 施工工艺 1 首先对浇筑好的混凝土井壁进行加固, 加 固段长 3m 78 81m 段 。即在 3m 范围内架 3 架 29U 型 钢 棚, 棚 距 800mm。钢 棚 外 侧 宽 3 6m, 棚腿长 1 6m, 棚腿下部用 20 号槽钢穿鞋 垫实 每架棚左右两腿之间穿 36m 长的 20 号槽 钢鞋, 使之成为一体 , 棚与棚之间用 57mm 钢管 焊接连接, 钢棚与井壁之间用木板、 木楔楔紧。 2 在井筒拱部外侧向冒落区深处按 5 10 仰角打入 57mm2 000mm 钢管, 间距 100 200mm, 钢管前端削尖。首先从拱顶中央开始打 入 1 根钢管, 然后从拱顶往两帮逐根打入钢管, 直 至起拱点。打入钢管时, 一人扶住钢管端部, 另一 人用大 锤敲 击钢 管尾 部。待 钢管 进入 土 层 21 建 井 技 术 2009 年第 30 卷 500mm 以上后, 再用气动凿岩机将钢管缓慢顶入 土层, 直至钢管进入土层 1 500mm 时为止 钢管 端部留出 500mm 长 ; 然后用木楔把钢管和 29U 型钢棚楔紧。拱部钢管全部打入后, 即开始挖土。 挖土时, 将土向后掘, 工作面不得超过 2 人; 工作 面后方每 2m 安排 1 人接力, 将土装入停在井筒 76m 处的箕斗内运出。打入管子、 挖土时, 必须 有专人监控井筒顶板情况。 3 拱部土方挖完后, 先挖掘两侧墙体及基础 部位的土方, 宽约 1m; 挖掘长度达 03m 后, 架好 两侧棚腿并穿鞋 300mm 长的 20 号槽钢 。接着 利用中间土层作脚手架, 用 U 型卡将拱部棚和墙 部棚腿联接好。每架钢棚相邻 2 节搭接长度为 400 500mm, 左中右 3 节必须用 U 型卡联接。 钢棚必须按 中线架设。第 1 架棚架好 后, 用 57mm 钢管将其和后面加固段钢棚连成一体, 并 用木楔将钢管和钢棚外侧楔紧。 4 在刚架好的 U 型钢棚上继续打 57mm 2 000mm 的钢管; 随后掘进 300mm 后, 再架 1 架 U 型钢棚。按此方式逐步施工, 直到掘进断面 规格符合设计要求。接着掘进 1. 2m 后, 在钢棚 下方设置规格为 1 200mm1 200mm 的井字形木 垛, 木垛顶部和钢棚内侧用木楔楔紧。打木垛时, 先将底部垫平; 上下层木板用扒钉扒牢。 4 应用效果 先用罗克休泡沫充填, 再采用管棚法施工, 安 全顺利地通过了冒落区, 收到了预期效果, 保证了 井筒施工正常进行。 5 结 语 1 罗克休泡沫注射技术具有反应迅速, 膨胀 率高, 抗压能力大, 可直接灭火; 以及施工工艺简 单, 用途广泛等优点。它适用于冒落区充填及破 碎顶板的注浆加固工程。 2 注射罗克休泡沫充填冒落区安全系数大, 施工速度快; 不仅能有效地充填冒落区, 解决工作 面冒顶问题, 而且能有效地防止顶板瓦斯积聚。 该项技术具有推广应用价值。 作 者 简 介 袁兆宽 1965∃ , 男, 江苏徐州人, 高级工程师。1988 年 7 月毕业于中国矿业大学, 长期从事矿建工程施工技术及管理工 作, 现任中煤五公司一处总工程师, 发表论文多篇。 上接 24 页 浆。若井壁跑浆, 便更换成水泥- 水玻璃双液浆, 并采用点注式注浆; 待不跑浆后, 再更换成单液水 泥浆, 直至达到设计终压。若孔内单液水泥浆注 浆时井壁不跑浆, 可继续用单液水泥浆注到设计 终压。 8 注浆终压。由于壁后注浆是使用长注浆 管将浆液输送到深部岩体裂隙中, 故注浆压力主 要由深部岩体来承受。据此分析, 确定注浆终压 为 4 8MPa。 9 注入量。该段巨厚砂岩层理及裂隙发育, 并存在断层及其次生构造; 先后共布置注浆孔 269个, 注浆共消耗水泥 574t、 水玻璃 7 5t、 粉石 灰 12t。 7 注浆中出现的问题处理 1 跑漏浆。较大的狗洞及石子条带挖开后, 施作喷射混凝土 埋设导水管 ; 较小的狗洞用木 楔及棉纱背死, 共用木楔 250 多个。跑漏浆一般 采用浓浆并添加促凝剂封堵, 间隔式、 点注式注 浆。 2 深孔钻进与长注浆管埋设。深孔采用套 孔的方法钻进, 及时更换钎头; 同时必须保证孔径 相同。埋设长注浆管时, 必须用棉纱 棉线或棉 麻 均匀缠绕, 厚度适中, 再用大锤打入孔内, 外露 长度必须符合设计要求; 然后用道钉或硬质小尖 木楔固定后, 方可进行试注或正式注浆。 8 结 语 芦沟 32 深部立井井筒 456 0 564 0m 段壁 后动水帷幕注浆历时 15d, 堵水率约 94 5, 收到 了预期效果, 解决了在涌水量大、 井壁混凝土施工 质量差的情况下, 注浆不破坏井壁的技术难题。 注浆后, 井筒施工条件得到了改善, 排水费用大幅 降低, 施工速度大大加快, 取得了明显的技术经济 效益。 实践证明, 在涌水量大、 井壁混凝土施工质量 差的情况下, 采用深孔壁后动水帷幕注浆技术来 处理井筒涌水问题是行之有效的。 作 者 简 介 李俊华 1976∃ , 男, 河南新郑人, 助理工程师, 注册二级建 造师。1999 年 7 月毕业于大同煤校采煤专业, 现为河南郑煤矿 业建设有限责任公司生产技术部部长。 22