采空区治理通常采用条带式注浆法和全胶结注浆法。全胶结注浆法是在采空区影响范围内,按一定孔距和排列方式,布设足量的注浆孔,用钻机成孔,通过注浆泵、注浆管,将水泥粉煤灰浆注入采空区及上覆岩体裂隙中,浆液经过固化,胶结岩层裂隙带,同时采空区注浆的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用,阻止上覆岩层的进一步冒落塌陷。全胶结注浆法已在国内多个采空区注浆治理工程中取得了成功的经验,该方法施工相对简单,安全性高,施工工艺成熟,施工易于管理。
1、注浆材料及配比
注浆材料选用水泥粉煤灰浆液,其水固比1:1.0~1:1.4,水泥含量占固相的30%,粉煤灰占固相的70%,帷幕孔根据具体情况采取较稠的浆液或在浆液中掺加水泥质量的2%速凝剂(水玻璃,模数2.4~3.4,浓度30°Be~40Be),使注入采空区的浆液尽快凝固,以形成帷幕,防止浆液流失。
2、注浆孔(帷幕孔)设计
1)钻孔布设
注浆孔设计的深度为地面至采空区煤层底板以下1.5m,注浆孔的主要灌注长度为采空区上部岩层顶面以下5m至采空区底板,孔口管长度为地面上0.5m至基岩下5m变径处的深度。
为了防止在压力注浆过程中浆液的四处蔓延,为此设计了帷幕孔。帷幕孔布在处理区周边,孔距根据经验可选择18~20m。
注浆孔在采空区治理范围内梅花型布置,注浆孔孔距10~20m,排距10~20m。
2)钻孔结构
(1)孔深
采空区注浆孔(帷幕孔)设计深度为m,实际以揭穿采空区底板0.3~0.5m处为准。
(2)孔径
钻孔开孔直径宜在130-150mm,进入完整基岩5m后变径,终孔直径不小于91mm。
(3)取芯
取芯孔数量应占总孔数的5%。采空区段和岩层破碎段岩芯采取率不低于30%,其它部位不低于60%。
(4)止浆
可采用似法兰盘简易止浆法完成止浆。
采空区注浆施工工艺流程
采空区注浆治理工艺流程是采空区治理工程的核心内容,是关系到采空区治理工程质量和效益的关键环节,包括成孔工艺、制浆工艺、注浆工艺等一系列前后连续、配合紧密的工艺流程。
1、采空区注浆工艺
1)注浆系统配置
(1)注浆系统构成
注浆系统由:料场、一级搅拌池(机)、二级搅拌池(机)、供水系统、注浆泵、注浆管道、封孔装置等组成。注浆系统的平面布置如下图所示:
(2)注浆系统技术要求
①料场:堆放材料的料场场地要平整,运料车辆能正常通行,且紧邻搅拌机,使材料便于运输、搬运:要求设有防潮、防雨措施。
②搅拌机:要求能满足正常施工要求,搅拌后的浆液应均匀,符合设计要求,一次搅拌量应≥1.5m。
③搅拌池:修建的搅拌池应满足正常施工要求,池为圆柱体,中间设置搅拌系统,使得搅拌后的浆液均匀,符合要求,一次搅拌量应≥1.5m。
④蓄水池:制浆站应根据施工注浆总量需要,建立数个蓄水池,以**正常施工,蓄水池建筑规模及要求视工地具体情况而定。
⑤注浆泵:宜采用变量泵, 其额定排浆量不小于200L/min, 注浆泵压力应大于注浆设计压力的1.5倍。
⑥压力表:注浆孔压力表指数应大于2.0MPa。帷幕孔压力表指数应大于5.0MPa。
⑦封孔装置:注浆孔采用①50mm钢管,在管子前端20~30cm处焊接一圆形法兰托盘(托盘直径D120~125mm之间),下入孔内变径处。封孔装置也可采用球形止浆塞,封孔位置在基岩内5~10m处,或采空区上方10~20m处。该封孔装置具体封孔位置由现场试验来定。
⑧注浆管:采用中50mm钢管,丝扣连接。
煤矿区域治理采空区制浆工艺
1)注浆材料要求
注浆材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝剂等组成,水为甲方提供, 参照《混凝土拌合用水标准》(JTJ-89) , 其S 0.含量<1.0%, PH>5;水泥采用质量符合标准的标号为P·032.5的普通硅酸盐水泥;粉煤灰质量等级为二级~三级, SIO 2、AL 20.和Fe 203的总含量大于70%,SO.含量不大于3%,其它方面应符合注浆工程的要求;速凝剂可选用水玻璃,水玻璃模数2.4~3.0,浓度30°Be~40°Be;砂、碎石可就近取材。
2)注浆材料的配制
①浆液配制应按设计配合比进行,并随机抽查浆液的各项指标。
②原材料:
水用水表或定量容器计量;
水泥按袋计量;
粉煤灰用容器计量,并要求用磅称抽查水泥、粉煤灰的数量;
③浆液拌制过程如下图所示:
④搅拌过程
配制浆液时,水泥与粉煤灰准确计量后混入一级搅拌池中搅拌,然后经过滤网注入二级搅拌池搅拌。每次搅拌时间不得低于10分钟,待浆液搅拌均匀后,通过注浆泵注入采空区。
注浆开始后,要定时观测泵的吸浆量和泵压,及时记录灌浆过程中发生的各种现象,完成现场测试和原始数据采集,并根据实际情况及时调整浆液配比和注浆方法。
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