采空区治理方案

太古高速公路S2标西山隧道1#竖井瓦斯与采空区治理方案中铁十二局集团有限公司太古高速公路S2标项目经理部二00九年十一月一、编制依据1、《煤矿安全规程》2、《煤矿安全技术操作规程》3、《太原至古交高速公路S2标西山隧道实施性施工组织设计》；4、太原至古交高速公路西山隧道1#竖井及风机房采空区勘察与处治设计说明；5、《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）6、太原至古交高速公路（Y（Z）K0+900至Y（Z）K7+550，单幅长6.65Km）两阶段施工图设计，隧道，第二册（共二册）（第二分册，共三分册）二、基本原则瓦斯隧道必须贯彻“先测后进，有疑必测，不明不进”的指导方针，坚持“加强通风,勤测瓦斯,严禁火源”三条基本原则，坚持“安全至上，质量优先，团结拼搏，务期必成”的管理原则。采空区经治理后，采空区残余空洞和松散冒落物岩体得到充填和有效的加固，提高隧道围岩的整体性。同时通过注浆，在竖井一定范围形成环形柱状水泥浆液结石体，隔断采空区积水涌入，有利于施工及运营安全。三、工程概况太原至古交高速公路S2标西山隧道1号竖井位于ZK5+940左44米处，竖井设计深度346.8米。围岩为石炭系上统山西组（C3s）、太原组（C3t）、中统本溪组（C2b）泥岩夹砂岩、石灰岩、煤层、铁铝岩层；奥陶系中统峰峰组（O2f）、上马家沟组（O2s）泥灰岩、石灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、白云质泥灰岩，围岩级别Ⅴ～Ⅲ级。有两层采空区，深部采空冒落带厚度达18米，围岩稳定性差。1#竖井是西山隧道的附属工程，竖井深度360米，开挖断面直径9.75米。1#竖井井身穿越龙池煤矿采空区，采空区深度102米。地面风机房等建筑物下均为采空区，采空区直接影响竖井的施工地面建筑物的安全。四、治理原则施工区域内的采空区为小窑采空区，回采率低，充水，采空区具有隐蔽性和复杂性。竖井采空区治理除加固竖井围岩、阻隔采空区积水与竖井范围的水力联系外，考虑到浆液的凝固时间和工期、天气因素，竖井范围采用纯水泥浆加2—4%的速凝剂进行注浆充填治理。风机房下采空区治理主要是充填加固，防止采空区的塌陷冒落采空区治理采用水泥与粉煤灰的重量比为2：8的配比进行治理。采空区内残存有瓦斯，钻探时若有瓦斯涌出，立即停止钻探，撤离施工人员并对瓦斯浓度进行检测，同时加强通风。五、瓦斯排放、检测1、项目部配齐瓦斯检查工。竖井配备一名专职瓦斯检查工，在注浆孔钻成或估计可能有瓦斯气体溢出时对井内进行瓦斯浓度检测。2、建立瓦斯、二氧化碳和其它有毒有害气体检查制度。3、井内瓦斯检查地点、范围和检查值处理标准必须按《煤矿安全技术操作规程》的规定严格执行4、掘进工作面风流中的瓦斯浓度超标处理措施必须按《煤矿安全技术操作规程》有关规定执行。5、瓦斯检查工必须严格执行巡回检查制度和请示报告制度，认真填写瓦斯检查班报。每次检查瓦斯的结果，都必须记入瓦斯检查记录表，并通知现场工作人员。6、必须执行工作地点现场手上交接班制度，但不得超过被测掘进工作面范围；7、严禁空班漏检、假检和谎报瓦斯。隧道内瓦斯浓度限制值及超限处理措施地点限值超限处理措施低瓦斯工区任意处0.5%超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风监测局部瓦斯积聚（体积大于0.5m3）2.0%附近20m停工，撤人，断电，进行处理，加强通风开挖工作面风流中1.0%停止爆破工作爆破后工作面风流1.0%超限时继续通风不得进人电气开关20m范围内0.5%超限时应停机并不得启动钻孔排放瓦斯时回风流中1.0%超限时撤人，停电，调整风量六、瓦斯排放1、隧道开挖面距采空区30米时，施作超前钻孔，对开挖面前方地质进行探测。超前钻孔直径φ89，超前钻孔2～3个，孔深约20米。2、施作超前钻孔在掌子面打2～3个抵至采空区的超前钻孔，并进入底板岩层不小于0.5米，采用可取芯的钻头,获取围岩状况、有害气体和岩层含水等方面的信息。每钻完一个孔，即对每孔，按相关瓦斯检测规定检测有关指标，判定其突出危险性，判定是否进行瓦斯排放。3、瓦斯排放瓦斯排放采用φ108孔，要求钻透并进入底板岩层小于0.5米，各孔洞间距为0.6米，瓦斯排放范围开挖轮廓线以外5米，按步骤进行排放。4、加强通风加强通风是防止瓦斯积聚的最主要、最有效的方法，本隧道设计为低瓦斯区，竖井采用2×17KW轴流式通风机进行压入式通风,风管采用φ500mm柔性防静电、阻燃风筒。（1）风筒挂设1、通风机出口设置刚性风筒连接，风机和风筒接口处法兰间加密封垫。刚性风管与软风管接合处绑扎三道，以减小局部漏风和阻力。2、风管必须采用抗静电、阻燃的风管，有出厂合格证。风管口到开挖面距离不大于30m，严禁放炮作业时摘取掌子面风管。3、风管吊挂和维护每班应明确专人负责。每班必须对全部风管进行检查，发现破损等情况及时处理，损坏的风管必须及时更换。风管百米漏风率不应大于2%。4、挂设风管要平、顺、直。在作业时，按洞内管线布置图测设风管挂设位置，布φ8mm钢筋拉线，用紧线器拉紧。风管吊挂在拉线下，垂直向下。为避免φ8mm钢筋受冲击波振动、洞内潮湿空气腐蚀等原因造成断裂，增设φ10mm尼龙绳挂圈。（2）掌子面通风情况压入式通风时，掌子面排烟过程与空气射流作用有直接关系，新鲜空气从风筒口射出，形成空气射流。风筒出口距掌子面距离小于sLs5~4时（S为隧道断面），由于射流的紊流扩散作用，使掌子面炮烟、瓦斯等与新鲜空气掺混，源源不断的新风逐渐把污风置换，本隧道通风时，风筒出口距掌子面距离基本在30米以内。当风筒出口距掌子面距离较远时，在射流有效射程之外形成一个反向流动的循环涡流区，使新鲜风流不能直接到达掌子面。（3）瓦斯隧道通风特殊要求及注意事项严格执行通风机专人负责制，洞内临时停工，不能停风，停风洞内必须停电，撤人。洞内必须先通风，瓦斯检查低于0.5%时方可送电。通风机与洞内供电必须为两套供电系统，400千瓦发电机，必须首先保证通风机停电时用电。通风由专职通风管理人员担任，负责调节、迁移、拆除通风设施的工作。洞内供风要保证每人每分钟最少的供风量。瓦斯隧道的主风机应确保有两条独立的供电线路。在井口设置栅栏与警告牌，人员不得进内。七、注浆工艺设计1、注浆系统注浆系统由料场、搅拌机、浆液池、供水系统、注浆泵、压力表、封孔装置、注浆管道等组成。2、施工工艺要求本工程施工工艺流程如下图：定点成孔及下套管下注浆管、浇铸孔口管灌浆终止灌浆观察注浆情况搅制浆液备料（1）定点注浆孔用全站仪、皮尺进行测量放样，钻孔实际位置原则上不超过设计位置1m。但因受地形影响，可视具体情况在取得现场监理的认可下进行调整。（2）成孔工艺采空区处治利用垂直钻机钻进至采空区域进行注浆填充，注浆孔设计以1#竖井中心为圆心，环型布孔，孔距10米。半径15米范围进行灌浆处治。风机房采空区处治以风机房建筑边界外25米进行环形布孔，孔距20米。孔数为59个，总钻进延米6179米，每百米孔斜不超过2°。注浆孔钻至采空区底板以下1m。钻进时采用127mm钻头开钻，钻至较完整基岩或地表下41—47m后，变径为91mm。做好钻探原始记录和岩芯取样及拍照工作。钻进过程中未到采空区深度如遇突然漏水或抱钻时必须立即提钻停止钻进。提钻后并进行灌浆或压浆填充，使漏水或塌孔区域得到堵漏和护壁的作用。使继续钻进得到有效地保证。漏水或塌孔区域灌浆或压浆量较大时应双液浆进行灌注，防止浆液流的太远。待浆液初凝后再进行钻进。直至钻进至采空区域。（3）注浆材料的配制浆液配制按设计浆液配合比进行。水用定量容器计量；水泥按袋计量；注浆材料由水、水泥、速凝剂、粉煤灰组成。每次搅拌时间不少于3分钟。水泥和符合国家标准的32.5#普通硅酸盐水泥；粉煤灰符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596）国家III级标准；施工拌制用水采用饮用水符合《混凝土拌合用水标准》；速凝剂选用水玻璃。采空区治理为水泥粉煤灰浆，其中水泥占固相的20%，粉煤灰占固相的80%。竖井采空区注浆浆液为纯水泥浆，其中水灰比为1：1.0—1：1.8。根据现场情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的2—4%速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，防止浆液流失。（4）注浆工艺及有关参数注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法。钻孔达到设计深度，应立即停钻，将注浆管下入孔内，直至下到采空区域。封口安装球阀，连接管路准备注浆。水泥搅拌机浆液池注浆泵钻孔速凝剂水或粉煤灰制浆采用JB-600高速搅拌机进行搅拌注浆，每次搅拌量为0.6立方,制浆完成后,放入浆液池内,由注浆机吸入注入孔内。注浆时应先注水1-2分钟后，打通注浆通道后，再进行注浆。注浆量较大时应采取间歇注浆，并调整注浆的浓度，待初凝后再进行补充注浆，使浆液不能走的太远，起到区域填充的目地。地表漏浆，注浆量达到或压力达到设计要求时，只要满足其中任一条件时，应停止注浆，为本孔结束注浆。注浆过程中做好以下几项记录：水泥数量、粉煤灰数量、其它添加剂数量、注浆起始时间、终止时间、注浆压力、停止注浆原因等数据，及时告知监理。当泵量小于50L/min时，孔口压力在2-3Mpa，稳定10-15分钟后可结果该孔的注浆施工。为便于浆液能顺利的到达采空区域，不受气阻的影响。更充分而有效地填充采空区域，注浆孔内都必须安设一根排气管进行排气，八、注浆设备设备配置GX-200型钻机四台，每台配置4人以上，设备及人员就位，按孔数加工及采购孔口管及注浆管、修建钻孔用的蓄水池吸浆池，及注浆材料堆放棚。施工前注浆材料应及时就位。并提前布置孔位，对影响钻孔的不平整场地进行平整，对临时占用的临时土地进行租用，以免在施工中产生不必要的纠纷。设备组织情况一览表序号名称规格数量备注1钻机GX-2004台2泥浆泵BW-2504台3注浆机KBW-7/50/602台4搅拌机JB-6002台5电焊机4001台人员配置一览表编号职务人数1队长12机组长43司钻手84助钻手125注浆66采购员17炊事员1九、填充注浆的检验注浆完成后待10天固结期，在填充区域内任选1-2个全孔取芯孔，并要求岩芯采取率达到60%以上，在取芯过程中对孔内漏水段，及软弱段的孔深，深度作一详细的记录；并将取出的岩芯进行分析，对不同深度的岩体裂隙固结程度进行分析断定，对本次采空区填充及塌陷区挤密提供有效的技术参数。经过全孔取芯钻孔的依据和岩心采取分析，未达到设计要求的建议增加钻孔数量补充注浆。地表注浆完成后在注浆区域内打设置3-5个孔用于检测、排放瓦斯（不注浆）。十、冬季施工措施1、注浆开工前，搅拌站修建临时遮风保温工作棚，设置火炉，保证搅拌和注浆能正常工作。2、避免浆液中粗颗堵塞注浆管道引起冻管，进入浆液池的浆液必须过滤。3、暂停使用的注浆管道应用清水清洗干净，拆管疏干管内积水。4、对施工料场堆放的水泥、粉煤灰上要覆盖保温材料，搅拌用水利用锅炉进行加热。5、材料员根据天气信息，加强材料储备工作。6、冬季施工时，采取防滑措施。对道路、架子、坡道经常清扫。十一、质量保证措施(1)应严格按照设计参数进行钻孔。钻孔孔位及角度偏差符合相关规范规定，若现场钻孔孔位因为客观条件限制不能满足设计要求，应进行移位并进行计算确定参数，必要时应进行补孔。(2)注浆材料应满足设计要求，严禁使用过期结块的水泥，必要时进行检验。(3)浆液配比应符合设计要求，配浆时最大误差为：水泥、水±5%，水玻璃±1%。(4)浆液搅拌应均匀，一般水泥浆、超细水泥浆搅拌时间为3～5分钟。未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。(5)注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施。如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的。(6)注浆过程中，若跑浆时可采取缩短凝胶时间，间歇注浆等措施。注浆过程中若发生串浆时，可采取两孔同时注浆措施。(7)注浆过程中压力突然升高，应及时查找原因，进行处理，确因浆液凝胶时间过短，则应停水玻璃泵，只注水泥浆，待泵压恢复正常后再进行双液注浆。(8)一台泵发生故障时，应立即换上备用泵继