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1、內蒙古不連溝煤礦F6103工作面切眼化學注漿加固施工技術方案 目 錄第一部分 工程概況及控制思路3一、概述3二、頂板注漿加固治理目的及預期效果：3第二部分 高分子化學加固材料和工藝5一、各項技術內容及指標5二、馬麗散漿液工程應用典型特性6三、工藝技術介紹7第三部分 化學注漿加固與結構補強實施方案與措施13一 注漿加固施工方案13二、工程材料預算16三、鉆孔、注漿安全措施17第一部分 工程概況及控制思路一、概述F6103工作面長245m，設計切眼寬度為9.2m，高3.8m，先開5.5m后再擴3.7m至設計寬度。6#煤為黑褐色，弱瀝青光澤以暗煤為主參差狀斷口間夾少量亮煤條帶屬暗淡型煤局部為條帶狀結2、構塊狀構造局部有黃鐵礦富集層，平均厚度為16m,采用放頂煤方式回采。 在掘進過程中，由于受斷層影響，頂板整體性破壞，容易發生片幫冒頂現象嚴重，影響施工安全。現欲通過注漿方式加強切眼頂板，將頂部酥散圍巖體重新固化為一個整體，提高煤體整體的承載力，增強煤體抗壓強度，防止冒頂事故。圍巖注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面充填體和四周巖體重新膠結起來，從而提高圍巖的整體穩定性及其力學性能，改善圍巖的物理性能。實踐證明，圍巖注漿加固是一種改善圍巖結構及其力學性質、提高圍巖自承能力、降低支護成本、改善巷道支護效果的有效方法。二、頂板注漿加固治理目的及預期效果： 通過頂板注漿，提供合理的支護阻力3、，適應圍巖變形，有效保持圍巖穩定。其綜合效果表現在以下六個方面：1）漿液固結體的網絡骨架作用漿液經擠壓或滲透到圍巖縱橫交錯的裂隙中固結后，會在圍巖中形成網絡骨架結構。漿液固結體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網絡骨架，馬麗散化學材料和煤體的固結體具有良好的韌性和粘結性，當外載增加時，固化材料發生變形但不破壞，載荷主要由強度較高的煤巖體承擔，這樣圍巖的破壞條件由原來的裂隙弱面強度條件向接近煤體強度條件轉化。當煤體應力超過煤體強度發生較大變形時，固結材料的網絡以其良好的韌性和粘結強度起到骨架作用，提高圍巖的殘余強度，限制圍巖破壞的擴展，從而改善維護狀況。2）充填壓密及轉變圍巖破壞機制的作4、用漿液在泵壓的作用下，除了將一些較大的裂隙充填滿，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，提高圍巖的彈性模量和強度。經過注漿固化后，裂隙內充滿固結材料，加上固結材料對裂隙面的粘結作用，使裂隙端部的應力集中大大削弱或消失，從而使圍巖的破壞機制發生轉變。另外，當圍巖中存在較大的裂隙，裂隙附近的巖體處于二向應力狀態，當裂隙內充滿固化材料或壓密后，將變為三向應力狀態，而巖體在三向應力狀態時的強度比二向時顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強。從受力狀態來看，注漿固化也起到了轉變巖體破壞機制和提高圍巖強度的作用。3）注漿改善錨桿受力狀態注漿通過漿液滲透、壓入等作用使得現有支護中形式中的端錨式5、錨桿轉變為全長錨固或加長錨固長度，通過錨桿孔內注漿材料固結體反作用于圍巖，阻止其變形，從而在錨固劑、注漿材料與圍巖接觸面上產生限制圍巖變形的剪應力，使得錨桿與圍巖形成一個整體，充分發揮錨桿支護作用。4)提高圍巖體強度通過注漿, 能夠改變弱面的力學性能, 即提高裂隙與煤巖體之間的粘聚力和內摩擦角,增大巖體內部塊間相對位移的阻力,從而提高頂板巖體的整體穩定性。5)形成承載結構通過注漿加固, 可以使松散巖體重新膠結成整體, 形成承載結構, 充分發揮圍巖的自穩能力。并且利用漿液的滲透和擴散作用，封堵圍巖裂隙，可阻止水氣侵入內部巖體，防止水害和風化對煤體的進一步影響，對保持圍巖力學性能，實現長期穩定意義6、重大。 第二部分 高分子化學加固材料和工藝高分子化學加固材料馬麗散 是由兩種組分組成（樹脂和催化劑）的高分子化學產品，用于煤巖體的加固。產品的高度粘合力和良好的機械性能與煤巖體產生高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長期作用，并且具有強抗滲性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，從而達到長久穩固煤巖體的目的。材料在注入到煤巖體裂隙中后，低粘度的混合物可以保持幾秒到一分鐘左右的液體狀態，在擴散一定范圍后反應結束，在煤巖體裂縫內反應、硬化，與煤巖體膠結，達到快速加固煤巖體的目的。對于普通煤巖體加固劑，尤其是水泥基材料主要依靠泵壓作用下的濃度滲透壓力差機理來進行滲透的。而馬麗散最大優點是能夠發生膨脹7、，產生漿液在煤巖體裂隙中的二次滲透壓力，其膨脹倍數可達到原體積的1.52.5倍。因此，其不僅依靠泵壓作用的濃度壓力差進行滲透，而且依靠材料本身的膨脹特性產生自身的二次滲透，使得漿液向四周擴散，這樣漿液的擴散范圍和充填密實度要比普通材料高出數倍。材料的使用需要一臺雙液注漿泵和一支混合槍。可以在干燥或潮濕的環境中使用，受環境的影響較小。 一、各項技術內容及指標馬麗散反應前材料常溫下為純液態，具有良好的滲透性，可滲透到微小的裂隙中，反應時間短，快速固結并達到需要強度，反應過程中放熱量低；固化物強度高，強粘結性能保證與巖層的高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長期作用；并且具有強抗滲性能、抗磨、抗8、沖擊性能和抗老化性能，從而達到長久穩固巖體的目的。馬麗散N技術參數如下:馬麗散N雙組分漿液性能序號項 目漿液性能樹脂催化劑1外觀無色透明液體深棕色油狀液體2漿液密度/g/cm31.0101.0401.2201.2403初始粘度/mPas1302602403594混合體積比115反應開始時間（20）S65906反應結束時間（20）S110150馬麗散N固化物性能序號項 目固化物性能1抗壓強度/MPa 602抗拉強度/MPa 353拉伸剪切強度/MPa 124粘結強度/MPa 4.55膨脹倍數 1.22.56反應溫度/ 140注：固化物性能的測定試齡期為24小時二、馬麗散漿液工程應用典型特性1）均9、質圍巖注漿后柔性網絡骨架作用 漿液通過注漿擴散，在均質圍巖裂隙中，枝狀漿脈相互交叉形成的柔韌性網狀結構。增加了巖體的整體結構和承載能力。2）遇水膨脹二次滲透和增阻粘滯作用 對于普通注漿材料，尤其是水泥基材料主要依靠泵壓作用下的濃度滲透壓力差機理來進行滲透的。而聚亞膠酯材料-馬麗散最大優點是能夠發生膨脹，產生漿液在裂隙中的二次滲透壓力，不遇水情況下具有1.22.5左右的膨脹倍數，其遇水膨脹倍數可達到原體積的1020倍。因此，其不僅依靠泵壓作用的濃度壓力差進行滲透，而且依靠材料本身的膨脹特性產生自身的二次滲透，使得漿液向四周擴散，這樣漿液的擴散范圍和充填密實度要比普通材料高出數倍。 普通漿液和化學10、漿液裂隙滲透情況示意 水泥類漿液只能對主裂隙通道進行注漿封堵，而高分子化學漿液其能夠對次生裂隙通過進行封堵，依靠的主要是材料的擴散性能和二次滲透壓力。漿液別注入到圍巖裂隙后，產生二次膨脹，形成了二次滲透壓力，漿液被擠壓人次生裂隙通道，保證了材料的良好擴散和滲透效果。其次，材料的遇水膨脹二次滲透過程中，漿液在10秒內粘度增加情況，可以從100mPa.s增加到5000mPa.s。粘度增大，使得漿液的掛壁、粘滯和抗沖刷能力大大增強。三、工藝技術介紹高分子化學注漿加固技術是一項具有很強實用性且應用范圍廣的工程技術，其利用液壓、氣壓原理，把高分子化學漿液均勻地注入到具有孔隙、裂隙、節理等軟弱結構的煤巖體11、中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，將煤巖體膠結成一個整體，使得煤巖體形成強度高、抗滲性能好、穩定性高的新結構體，從而改善煤巖體的物理力學性質，提高其整體性和強度。經過多年的實踐，高分子化學煤巖體加固材料成了現代煤礦工程頗具特色，且不可或缺的一項先進技術。下面從設備、配件和工藝工法等方面對馬麗散化學注漿工藝進行詳細描述：1）雙組份化學注漿泵-氣動注漿泵（ZQBS-8.4/12.5）氣動注漿泵由氣動馬達下方帶動三個活塞，工作時吸料管分別插到兩種液體料桶中，活塞泵通過吸排料管抽運雙組份材料的兩種液體介質。兩種液體壓送比例為1：1，并且利用三個活塞截面積的不同和不同的組合實現不同的注射比例。兩種液體分12、別通過高壓軟管壓送到雙液注射混合槍里混合，混合物通過注射管送到目的位置。氣動雙液化學注漿泵是一種中壓氣動注漿泵，為往復直噴式，活塞往復作功，無空行程。主要用于化學漿液、油、水等介質的單液漿或雙液漿的注漿，可同時注3種不同的漿液。雙液注漿時可獲得3種不同的混合比。主要用于礦井、隧道、水利、地鐵、建筑、橋梁施工中的加固堵水和充填密閉施工。主要技術規格與技術要求混合比 1：1，4：1，2：1流量/ L*min-1 8.4工作行程/mm 120往復頻率/次，min-1 70耗氣量/ m3*min-1 2額定壓力/MPa 12.5最大出口壓力/MPa 21雙液化學注漿泵注漿時將行程與回程的注漿量設計為相13、等，以便注漿時流量均勻，注漿缸在往復運動過程中負荷相等，運動平穩，沖擊振動小。雙液注漿泵主要由氣動控制閥、氣缸、注漿缸等幾部分組成。工作原理如圖7所示。采用壓縮空氣做動力。 圖7 雙液注漿泵工作原理圖與實物圖工作時壓縮空氣經進氣開關首先進入差動閥的小腔，氣動控制閥左位工作，壓縮空氣進入氣缸活塞的上腔，由于下腔與大氣相通，氣缸活塞向下移動，并帶動注漿缸運動，到達行程終點，下行程開關打開，壓縮空氣進入差動閥的下腔，氣動控制閥右位工作，壓縮空氣進入氣缸活塞的下腔，上腔與大氣相通，活塞向上運動，帶動注漿缸向上移動，注漿缸產生真空，吸取漿液；同時由于活塞桿截面積為活塞腔截面積的一半，在吸漿的同時會輸出吸14、取漿液的一半；氣缸活塞到達上端行程終點，上行程開關打開，差動閥大端與大氣相通，左位工作，氣動活塞帶動注漿缸向下運動，注漿缸下端活塞腔面積減小，漿液被擠出，到達下端行程終點，氣動控制閥右位工作，如此往復循環，注漿缸不斷輸出漿液。2）環向膨脹式封孔器實現孔內定位封孔和注漿采用環向自沖式封孔器進行鉆孔內注漿封孔。封孔器由阻尼片阻止漿液通過封孔器，因此漿液被壓入封孔器橡皮圈直到封孔器被固定在鉆孔壁上，產生環徑向束縛力，造成壓力迅速上升，阻尼片破裂，漿液進入鉆孔內，橡皮片（其功能類似于單向閥），阻止封孔器松脫。下圖為此封孔器（型號：FKJ-38/5.5）的實物圖和工作原理圖。 3）雙液注射混合槍 采用靜15、態攪拌器和均勻混合器以及單向閥、球閥等組成的雙液注射混合槍，具有安全、快捷和精準的特點。雙液注射混合槍實現了雙組份漿液的孔口自動配比混合。漿液通過混合槍達到混合和均勻攪拌的雙重目的。 圖9 雙液注射混合槍4）注漿管、注漿錨桿。圖 例名 稱型號、規格注射管253.51000mm注射花管253.51000mm注漿采用無縫鋼管進行注漿，注漿完畢后留在煤體中以加筋方式提高維護效果。并且，在實施過程中，為保證更好的控制效果，建議可采用新型錨桿支護方式中空注漿錨桿，在馬麗散注漿方式下進行全長錨注加固。4）注漿工藝和操作流程圖11 雙液化學注漿系統設備布置圖（1）工藝參數(1)注漿壓力。其是漿液在被注載體中16、擴散和滲透的動力，直接影響注漿加固和堵水效果。其受到巖體特征和注漿材料特性影響。因為目前我們所使用的化學漿液屬于真濁液，其粘度低、粒徑小、滲透性強，較水泥等懸濁液所需的注漿壓力要小的多。一般注漿壓力為48MPa。目前我公司的氣動注漿泵（ZBQS8.4/12.5）最大注漿壓力可達1820 MPa。（2）擴散半徑及有效擴散距離。布孔間距和注漿壓力是漿液擴散半徑的主要因素。受裂隙展布影響，漿液在被注漿體中在各個方向的擴散距離并非均勻的，其與注漿煤巖體孔隙、注漿壓力和注漿材料性能密切相關。通過我們的施工經驗積累，高分子化學漿液在普通裂隙開度和孔隙率下的擴散半徑為1.52.5m。（3）注漿歷時。化學漿液17、的注漿歷時主要取決與不同類型材料的膠凝時間。從目前我公司現有的注漿材料特性及現場注漿經驗積累來看，從開始注漿到漿液完全擴散或滲透到被注載體中所需要的時間為一般為1020分鐘。（4）注漿順序。注漿順序根據地質條件、現場環境及注漿目的來確定。對于裂隙溝通比較好的煤巖體可采用間隔跳孔注漿方式，來減少串漿，提高注漿效果；對于大面積范圍應采用先外圍，后內部的注漿順序；對于破碎煤柱整體加固可采用深淺孔配合注漿方式；對于裂隙比較發育，跑冒漿液比較嚴重的注漿載體，可采用先淺部注漿，漿液擴散后在淺部快速形成類似“止漿墻” 的具有止漿效果的整體煤體，再深部注漿，保證深部漿液擴散范圍和注漿壓力。圖12 注漿工藝示意18、圖（2）工藝特點與其他注漿技術相比注射馬麗散具有以下優點： 工藝簡單，操作簡便。多功能注漿泵體積小，重量輕壓風作動源。正常操作兩人即可(一人觀察巷道頂幫若漏漿用棉紗封堵；一人更換原料。觀察注射泵的運轉情況)。 專用封口器的設計合理。封口器一端有墊片，當漿液壓力達一定值時，漿墊片沖開。漿液便經注漿管注入巖層。較其他方法封口簡單。省時。 馬麗散樹脂和催化劑兩種原料分別用塑料桶裝。攜帶搬運方便，便于井下施工。 第三部分 化學注漿加固與結構補強實施方案與措施一 注漿加固施工方案（1）注漿鉆孔布置注漿孔：孔徑42mm，孔深5米左右，據頂板以下1.5m開孔，封孔深度2.0米左右，間距為3.0m。圖1注漿孔19、布置剖面圖圖2 注漿孔布置圖單孔注漿量812桶（平均10桶材料即275Kg），根據現場實際情況調整。以上注漿參數可根據現場情況適當調整。（2）施工勞動組織1）人員配備采用三八制施工，井下交接班。每臺注漿設備我方配備2-3名施工人員。2）施工設備設備名稱型 號單 位數 量氣動注漿泵ZQBS8.4/12.5臺1頂板錨桿鉆機部1空壓機及其管路臺1施工設備和人員可根據工程進度或礦方要求在以上技術上進行增加。（3）注漿操作步驟 在加固施工中，分為以下8個步驟：1）孔位的設計。針對不同的注漿需要合理設計注漿參數，包括注漿孔深、方位角、孔徑、封孔深度等參數；2）鉆孔。鉆孔需盡量按照注漿鉆孔孔位設計參數進行，20、對于塌孔嚴重區域可直接采用自鉆式注射管實現鉆孔和注漿一體化進行；3）安設注射管。連接注射管和注射花管，按照封孔深度安裝封孔器；4）連接設備供風管路和注漿管路。注漿管路連接好后必須進行壓漿試驗，以檢查和確定注漿設備及管路的有效性和可靠性。并在壓漿試驗中注意觀察材料混合比例，保證注漿效果；5）開始注漿。注漿過程中需按照注漿原則及時進行調整。密切觀察注漿區域煤巖體變化，出現漏料、串漿現象要及時處理；6）達到停注要求后停止注漿。一般按照注漿壓力、注漿量及返漿情況現場確定停注時機；7）換孔注漿； 換孔注漿需及時，且拔注射槍前需稍泵送少許單液漿沖洗注射槍防止堵塞槍頭。8）注漿完畢后，清洗設備和附件。在注漿21、完畢之前準備充足的清洗劑，按照注漿設備及材料使用說明進行設備清洗。圖4 注漿加固系統設備及工藝圖二、工程材料預算以下為對本項目的材料初步預算，在施工過程中若材料不夠完成工程之需要，還需進行追加。名 稱單 位單價(元)備 注馬麗散 N噸36000.00注射管米50.0025mm，1m注射花管米50.0025mm，1m絲套個20.00快接個30.00單向閥個160.00封孔器個300.0038mm球閥個180.00公母DN13座閥個160.00槍頭個310.00三、鉆孔、注漿安全措施1）鉆孔安全技術措施1）施工人員必須熟知錨桿機、風鉆的特點，掌握有關機具性能和操作方法，并經過施工操作規程培訓，考試22、合格后方可上崗。2）錨桿鉆機使用前，修理工必須詳細檢查鉆機的完好性及各處聯接頭的緊固情況。操作人員把各操作按鈕、搬手等均置于關閉位置，向油杯內注入機油，修理工抓緊風管頭，打開壓風閥門，吹凈風帶及風管內雜物及積水，關閉風截門后聯接鉆機各接頭，用專用U型卡卡牢，通知司機注意后，打開截門，司機空載由慢至快試驗鉆機的鉆動、升降及沖水情況確認正常后，再由另一人員插入鉆桿抓緊護手，司機操作緩慢升起鉆機至鉆頭接觸到鉆孔位置，同時打開沖洗水及鉆機開關，待鉆頭進入巖體，鉆機旋轉穩定后，再快速鉆進。3）人員必須站在穩定、可靠、有支護的巷道內施工，嚴禁空頂作業。4）操作機具前首先要嚴格進行敲幫問頂，并在可靠、穩定的23、臨時支護或永久支護下作業，確認安全后，方可進行施工。錨桿機前嚴禁站人。5）必須嚴格操作程序的要求，操作打眼機具，嚴禁違章蠻干，鉆桿鉆機必須兩個人配合作業，一人操作機具，一人觀頂換釬桿。6）司機必須雙手抓緊手柄，精神集中，控制好轉速及升降開關，確保高效安全。7）作業中發現不正常現象，應及時排除，不要帶病作業，不要超負荷運轉。8）在打眼施工過程中，必須選擇合適的鉆頭和鉆桿，保證鉆孔直徑、符合設計要求。9）錨桿孔的軸向偏差不大于5，有專人站在安全地點（有支護巷道內）按設計要求定眼位標記，同時在鉆桿上做標記，保證打眼深度。打眼時嚴禁來回拉動鉆桿，以免擴大孔徑。10）安裝注漿管前，必須用壓風或高壓水吹（24、沖）凈眼孔內殘存物質，壓風或高壓水開啟時，管口前方嚴禁站人，更不得將管口對準人。11）鉆進時，操作人員要做到“三禁”及衣襟、袖口、褲腳要束緊，不準穿長襟大袖衣服；“三看”、“二聽”、“一及時”，三看即看進尺速度，看壓力表和孔口上水情況看水接頭情況。二聽即聽機器運轉聲和孔內振動聲。一及時即發現異常及時處理。12）打鉆過程中，如發現孔內阻力增大且孔內排粉能力明顯減弱時，必須停止鉆進，進行檢查，弄清情況后再做處理。嚴禁強行鉆進，強行拔桿，在水壓正常情況下，可采用進進退退，用水來回掏孔，嚴禁蠻干。2）注漿安全技術措施為保證注漿加固施工質量和施工安全特制定本措施。任何參與注漿施工人員必須熟知本措施并保證25、在實際工作中嚴格遵守。1）注漿人員在施工期間必須佩戴防護眼鏡、橡膠手套等防護用品，作業場所必須備有一定量的清潔用水。2）如遇高處鉆孔及安裝注漿管必須佩戴安全帶，搭好平穩、牢固的工作臺，地下支撐物必須牢固，并且要有人觀察。3）封孔時，施工人員不能正對空口方向，防止漿液外竄傷人，換孔時施工人員必須在注漿管內壓力釋放后再拆卸拔槍。4）與注漿無關人員及注漿前方觀察人員，必須在注漿孔口6米以外，遠距離觀察，并佩戴好相應防護用品，隨時與司泵人員聯系。5）司泵人員密切注意泵的壓力，并隨時與前方觀察人員聯系6）司泵人員應保持漿液不吸空，隨時觀察泵的吸料情況，保持兩種材料的比例正常。7）注漿完畢后，應立即用清洗26、劑（機油和水）清洗缸體和注漿管路，清洗完畢后應將泵、管路等規整碼放整齊。8）如注漿不慎濺到皮膚或眼睛內，應立即用大量清水沖洗，嚴重者應立即就醫，人體不得接觸化學注漿材料。9）進行鉆孔、接管、下管、封孔等作業時，應預先檢查周圍安全情況，防止頂板掉矸砸人，不可違章作業。10）注漿連接管路時要保證各部位連接牢固。11）施工前，施工地點要敲幫問頂，排除頂、幫浮矸危巖后，再鉆孔注漿。12）一旦發現有圍巖松動、跑（漏）漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應立即停止注漿，查明原因，采取措施后才可恢復注漿。13）任何參與注漿人員必須熟知與注漿地點相關的作業規程及操作規程要求，熟悉避災路線并保證在實際工作中嚴格遵守27、。b）施工安全技術措施為保證化學注漿施工質量和施工安全特制定本措施。任何參與注漿施工人員必須熟知本措施并保證在實際工作中嚴格遵守。1）注漿人員在施工期間必須佩戴防護眼睛、橡膠手套等防護用品，作業場所必須備有一定量的清潔用水。2）如遇高處打眼及安裝注漿管必須佩戴安全帶，搭好平穩、牢固的工作平臺，地下支撐物必須牢固，并且要有人觀察。3）封孔時，施工人員不能正對空口方向，防止漿液外竄傷人，換孔時施工人員必須在注漿管內壓力釋放后再拆卸拔槍。4）與注漿無關人員及注漿前方觀察人員，必須在注漿孔口6米以外，遠距離觀察，并佩戴好相應防護用品，隨時與司泵人員聯系。5）司泵人員密切注意泵的壓力，并隨時與前方觀察人28、員聯系6）司泵人員應保持漿液不吸空，隨時觀察泵的吸料情況，保持兩種材料的比例正常。7）注漿完畢后，應立即用清洗劑（機油和水）清洗缸體和注漿管路，清洗完畢后應將泵、管路等規整碼放整齊。8）如注漿不慎濺到皮膚或眼睛內，應立即用大量清水沖洗，嚴重者應立即就醫，人體不得接觸化學注漿材料。9）進行鉆孔、接管、下管、封孔等作業時，應預先檢查周圍安全情況，防止頂板掉矸砸人，不可違章作業。10）注漿連接管路時要保證各部位連接牢固。11）施工前，施工地點要敲幫問頂，排除頂、幫浮矸危巖后，再鉆孔注漿。12）一旦發現有圍巖松動、跑（漏）漿、注漿壓力突然驟降等異常情況，應立即停止注漿，查明原因，采取措施后才可恢復注漿。13）任何參與注漿人員必須熟知與注漿地點相關的作業規程及操作規程要求，熟悉避災路線并保證在實際工作中嚴格遵守。