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【摘 要】 本文以华煤集团有限公司施工的核桃峪矿井主斜井掘砌工程为背景,该工程工作面遇一导水断层,文章详细介绍了针对该断层裂隙破碎带采取“注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,采用钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护方式”。
【关键词】 斜井断层;施工技术
一、工程概况
华煤集团有限公司施工的核桃峪矿井主斜井掘砌工程,于2010年3月3日,井筒施工至1230m时,工作面遇一导水断层,所揭露的岩性为黄色软泥岩并伴有块石充填物,巷道左上部发生冒顶,同时出现大量涌水,水量达到300m3/h,随即停止工作面掘进,加大主斜井排水能力,并召开现场专题会研究决定:施工混凝土止浆墙进行工作面超前探水预注浆。根据探水钻孔水文地质资料分析,工作面前方42m范围属裂隙破碎带,充有大量积水和淤泥,探水量达240m3/h。
为了安全顺利穿越该断层破碎带,经过专题会议研讨决定,针对该断层裂隙破碎带采取“注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,采用钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护方式”。在掘进施工过程中采用“短掘短支”,成功地穿越了该断层破碎带,达到了预期目标。
二、主要施工技术
1、断层破碎带注浆充填、加固
(1)止浆墙设计及施工
主斜井井筒掘进到1230m时出现宽度较大的裂隙群带,裂隙中充有大量积水和淤泥,涌向工作面。由于巷道迎头为构造破碎带,冒落涌水后已不具备开孔注浆堵水条件,因此在堵水之前,应先砌筑混凝土止浆墙及碎石滤水层。止浆墙结构及注浆见图1。
为施工简洁方便,止浆墙选为平面型结构,浇筑混凝土标号为C30,止浆墙厚度经计算为2.3m,施工厚度确定为3m。
止浆墙施工前,在距迎头退后8.3m处,将巷道底部清至实底,先砌筑一道500mm厚的砖墙作为隔水墙,之后距底板向上1m位置预埋4根φ159mm无缝钢管作导水管将涌水导入临时泵仓,在隔水墙外侧向后退3米处支模板,浇注C30混凝土,止浆墙浇注至巷道拱基线上2.2m时,预埋2根φ45mm无缝钢管作为注浆检查孔及注浆管。
施工止浆墙时,外模用木板立设。木板的厚度5—10cm,并稳定牢靠,防止在浇筑混凝土时变形。外模可与混凝土浇筑同时进行,边立模边浇筑。混凝土搅拌时要严格配比,搅拌均匀,边浇筑边振动捣实,注意底部、边角,使之与围岩很好结合。混凝土中可加入早强剂。
(2)注浆充填、加固裂隙群带
注浆浆液选用水泥、水玻璃双液浆。水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥;水玻璃:模数M2.4~3.4,浓度30~45Be′。
注浆方式:分段前进式,段长40m,注浆终压6-8MPa。
注浆顺序:先注顶板、后注两帮;先注外圈、后注里圈;先充填冒落区、后加固破碎区。
注浆孔布置:由于1230米处岩石松软破碎,左肩冒落,所以采用扇形+放射状布孔方式。先采用扇形短孔对左肩冒落区充填注浆,后用全断面布置的放射状的注浆孔对裂隙破碎带进行堵水注浆。注浆孔布置见图2。
注浆施工:分别选用两台ZDY-620型地质探水钻机凿孔,孔径65mm。注浆插管用φ63mm钢管制作,插管长度2.5m。插管插入注浆孔内并固定牢固后,用阀门连接注浆管进行注浆。注浆泵选用2TGZ-120/105型和2TGZ-60/210双液注浆泵各一台,两台同时注浆。注浆站布置在井下距工作面20m处。
2、管棚超前预注
根据超前探水钻孔探查结果,工作面前方断层破碎带长度达46m,破碎帶内水多泥多,井筒围岩承载能力差,开挖时极易发生冒顶、突水等事故。因此,必须采取超前加固措施,使围岩形成一整体,增强围岩承载能力。
(1)管棚参数
考虑到管棚施工的特点,结合工程实际,确定管棚施工参数为:管棚总长度48m,选用φ40mm(壁厚3.5mm)长度0.8m,施工简便,利于注浆。管与管的中心间距300mm。管棚参数见图3。
(2)管棚施工
为了保证施工质量,管棚孔开孔前先贴止浆墙严格按中腰线架设两副钢支架,再沿支架外边缘按中心距300mm的间距设置固定导向管,用做管孔导向。
管棚施工工艺:安装钻孔导向管→钻孔→清孔→安装管棚→封孔→管内注水泥水玻璃浆。
3、钢架网喷初次支护
管棚预注完成后,开始掘进施工,采用短掘短支方式向前施工。掘进时,对软泥岩部分采用强力风镐破岩,对硬岩部分采用放松动炮破岩,尽量减少对围岩的破坏。因巷道底板较软,钢支架架设时底脚设置混凝土垫块,两帮及顶部必须与围岩紧密接实。支架间排距不超过0.7m,相邻两架工字钢棚之间Φ16圆钢连接,每相邻两架棚之间共设6根拉杆,控顶距不超过1m,支护厚度为200mm,喷砼强度等级为C25。金属网选用菱形铁丝网,网孔50mm。
施工顺序为:掘进→铺钢筋网→架设钢支架→初喷混凝土。
4、单层钢筋混凝土全断面封闭支护
钢筋混凝土全断面支护在初次支护完成后进行。混凝土强度等级为C30,钢筋选用直径20mm螺纹钢,其间排距为300×300mm。混凝土浇筑巷底时要在迎头开挖一水窝排水,在后巷设拦水槽截水,防止底板水影响混凝土浇筑质量。
5、效果检验
核桃峪矿井主斜井通过采取对断层破碎带注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护等施工技术,安全快速地穿过了该断层破碎带,经过半年的变形观测,巷道稳定,成效显著。
6、结论
通过含有大量的水和淤泥的断层破碎带本来是件比较困难的事情。但根据技术人员现场施工指导研究得出结论:由于采用注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护等综合施工技术,致使核桃峪主斜井成功穿过了该断层破碎区段。
【关键词】 斜井断层;施工技术
一、工程概况
华煤集团有限公司施工的核桃峪矿井主斜井掘砌工程,于2010年3月3日,井筒施工至1230m时,工作面遇一导水断层,所揭露的岩性为黄色软泥岩并伴有块石充填物,巷道左上部发生冒顶,同时出现大量涌水,水量达到300m3/h,随即停止工作面掘进,加大主斜井排水能力,并召开现场专题会研究决定:施工混凝土止浆墙进行工作面超前探水预注浆。根据探水钻孔水文地质资料分析,工作面前方42m范围属裂隙破碎带,充有大量积水和淤泥,探水量达240m3/h。
为了安全顺利穿越该断层破碎带,经过专题会议研讨决定,针对该断层裂隙破碎带采取“注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,采用钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护方式”。在掘进施工过程中采用“短掘短支”,成功地穿越了该断层破碎带,达到了预期目标。
二、主要施工技术
1、断层破碎带注浆充填、加固
(1)止浆墙设计及施工
主斜井井筒掘进到1230m时出现宽度较大的裂隙群带,裂隙中充有大量积水和淤泥,涌向工作面。由于巷道迎头为构造破碎带,冒落涌水后已不具备开孔注浆堵水条件,因此在堵水之前,应先砌筑混凝土止浆墙及碎石滤水层。止浆墙结构及注浆见图1。
为施工简洁方便,止浆墙选为平面型结构,浇筑混凝土标号为C30,止浆墙厚度经计算为2.3m,施工厚度确定为3m。
止浆墙施工前,在距迎头退后8.3m处,将巷道底部清至实底,先砌筑一道500mm厚的砖墙作为隔水墙,之后距底板向上1m位置预埋4根φ159mm无缝钢管作导水管将涌水导入临时泵仓,在隔水墙外侧向后退3米处支模板,浇注C30混凝土,止浆墙浇注至巷道拱基线上2.2m时,预埋2根φ45mm无缝钢管作为注浆检查孔及注浆管。
施工止浆墙时,外模用木板立设。木板的厚度5—10cm,并稳定牢靠,防止在浇筑混凝土时变形。外模可与混凝土浇筑同时进行,边立模边浇筑。混凝土搅拌时要严格配比,搅拌均匀,边浇筑边振动捣实,注意底部、边角,使之与围岩很好结合。混凝土中可加入早强剂。
(2)注浆充填、加固裂隙群带
注浆浆液选用水泥、水玻璃双液浆。水泥为P.O42.5R普通硅酸盐水泥;水玻璃:模数M2.4~3.4,浓度30~45Be′。
注浆方式:分段前进式,段长40m,注浆终压6-8MPa。
注浆顺序:先注顶板、后注两帮;先注外圈、后注里圈;先充填冒落区、后加固破碎区。
注浆孔布置:由于1230米处岩石松软破碎,左肩冒落,所以采用扇形+放射状布孔方式。先采用扇形短孔对左肩冒落区充填注浆,后用全断面布置的放射状的注浆孔对裂隙破碎带进行堵水注浆。注浆孔布置见图2。
注浆施工:分别选用两台ZDY-620型地质探水钻机凿孔,孔径65mm。注浆插管用φ63mm钢管制作,插管长度2.5m。插管插入注浆孔内并固定牢固后,用阀门连接注浆管进行注浆。注浆泵选用2TGZ-120/105型和2TGZ-60/210双液注浆泵各一台,两台同时注浆。注浆站布置在井下距工作面20m处。
2、管棚超前预注
根据超前探水钻孔探查结果,工作面前方断层破碎带长度达46m,破碎帶内水多泥多,井筒围岩承载能力差,开挖时极易发生冒顶、突水等事故。因此,必须采取超前加固措施,使围岩形成一整体,增强围岩承载能力。
(1)管棚参数
考虑到管棚施工的特点,结合工程实际,确定管棚施工参数为:管棚总长度48m,选用φ40mm(壁厚3.5mm)长度0.8m,施工简便,利于注浆。管与管的中心间距300mm。管棚参数见图3。
(2)管棚施工
为了保证施工质量,管棚孔开孔前先贴止浆墙严格按中腰线架设两副钢支架,再沿支架外边缘按中心距300mm的间距设置固定导向管,用做管孔导向。
管棚施工工艺:安装钻孔导向管→钻孔→清孔→安装管棚→封孔→管内注水泥水玻璃浆。
3、钢架网喷初次支护
管棚预注完成后,开始掘进施工,采用短掘短支方式向前施工。掘进时,对软泥岩部分采用强力风镐破岩,对硬岩部分采用放松动炮破岩,尽量减少对围岩的破坏。因巷道底板较软,钢支架架设时底脚设置混凝土垫块,两帮及顶部必须与围岩紧密接实。支架间排距不超过0.7m,相邻两架工字钢棚之间Φ16圆钢连接,每相邻两架棚之间共设6根拉杆,控顶距不超过1m,支护厚度为200mm,喷砼强度等级为C25。金属网选用菱形铁丝网,网孔50mm。
施工顺序为:掘进→铺钢筋网→架设钢支架→初喷混凝土。
4、单层钢筋混凝土全断面封闭支护
钢筋混凝土全断面支护在初次支护完成后进行。混凝土强度等级为C30,钢筋选用直径20mm螺纹钢,其间排距为300×300mm。混凝土浇筑巷底时要在迎头开挖一水窝排水,在后巷设拦水槽截水,防止底板水影响混凝土浇筑质量。
5、效果检验
核桃峪矿井主斜井通过采取对断层破碎带注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护等施工技术,安全快速地穿过了该断层破碎带,经过半年的变形观测,巷道稳定,成效显著。
6、结论
通过含有大量的水和淤泥的断层破碎带本来是件比较困难的事情。但根据技术人员现场施工指导研究得出结论:由于采用注浆充填、加固围岩,管棚超前预注,钢支架网喷+钢筋混凝土全断面支护等综合施工技术,致使核桃峪主斜井成功穿过了该断层破碎区段。