工作面底板

工作面底板（共12篇）

工作面底板 篇1

摘要：底板注浆加固技术是一种改善底板结构、提高底板完整性和抗压能力的防治水措施。主要介绍了九里山矿14121工作面煤层隔水底板注浆加固技术。为保证工作面底板注浆加固产生较好的效果, 我们合理选择了14121工作面的注浆材料配比, 并开展了注浆管路耐压试验。有效证明了采煤工作面底板注浆加固技术的合理性和可行性。进而保证工作面的安全高效生产。

关键词：采煤工作面,底板注浆,加固技术

0 引言

由于一些煤矿地质条件复杂, 所以含水层间可能存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带, 致使含水层之间水力联系密切, 宏观上实为一个含水体。若采用疏水降压实现安全开采, 则疏排水费用太高, 浪费地下水资源且经济上不合理, 经长期生产实践, 我矿采用底板注浆加固技术来改造其富水性, 加固底板。该技术主要是沿着工作面巷道布置钻场, 进行注浆钻孔施工, 通过注浆钻孔填充、封堵灰岩含水层的岩溶裂隙和底板隔水层导水裂隙, 从而大大减弱含水层的富水性并切断补给通道, 把含水层改造成不含水层或者弱含水层。从而保证煤矿的安全开采。

1 工程概矿

14121工作面里段位于14采区西翼, 亮马老村东北, 上部与14101工作面里段 (未采) 相邻, 下部与14141工作面相接, 东与14121工作面外段 (已采) 相连, 西部靠近井田边界煤柱。工作面回风巷掘进至设计位置, 切眼及运输巷正在掘进中, 工作面走向长245 m, 倾斜宽135 m。设计开采上限-155.3 m, 下限-198.6 m。

14121工作面里段回采煤层为二1煤, 煤层走向N35°E, 倾角11°~13°。煤层直接顶为灰黑色粉砂岩, 平均厚2.0 m, 老顶为中粒砂岩, 平均厚15 m;煤层底板为灰黑色粉砂岩, 富含云母碎片及植物化石。

工作面内没有发现构造, 局部裂隙发育, 其下部靠近马坊泉分支断层, 该断层走向N65°E, 倾角70°, 落差0~15 m。

2 工作面水文地质条件

1) 含水层情况:本工作面开采二1煤的直接充水含水层为L8灰岩, 水压2.53 MPa, 平均厚度8.0 m。根据14081工作面里段水文地质特征结合物探资料, 14121工作面里段L8灰岩岩溶裂隙不甚发育, L8灰岩含水层富水性不强。

2) 隔水层情况:该工作面隔水层平均厚度21 m, 稳定, 其岩性大部分为灰黑色粉砂岩, 中间夹一层0.5m左右的L9灰岩。

该工作面隔水层厚度21m, 设计开采下限-198.6 m, 根据井下探断层结果显示, 该工作面距马坊泉支断层较远, 受断层牵引影响不大, 本地区Ts值 (临界突水系数) 按0.1 MPa/m, 安全水压 (P) =Ts×M=0.1×21=2.1 MPa。3号水文观测孔 (14采区下部) 显示该地区水位+53.5 m, 本地区实际水压 (P) 2.53 MPa, 大于安全水压, 故需进行底板注浆改造施工。

3 注浆加固施工流程

首先在地面注浆站集中造浆, 然后再通过专用高压注浆管路以及井下工作面注浆孔对薄层灰岩进行预注浆, 每孔注浆前都要进行注浆管路耐压试验, 耐压试验压力达到7.5 MPa, 稳压1 h为合格。因为薄层灰岩具有坚固性及岩溶裂隙的可注性等特征, 所以我们可以浆液在注浆压力的作用下沿岩层的裂隙融入并且结石。最后岩层裂隙在填充的同时将薄层灰岩的水置换出, 将薄岩层转换为不含水层或者弱含水层。进而形成一个完整的注浆系统工艺流程如图1所示。

4 注浆加固技术设计

4.1 注浆材料及配比

1) 粘土:是粘土水泥浆的主剂, 占干料70%~90%, 一般80%左右, 粘土的塑性指数为7~15, 主要成分为高岭石。

2) 水泥:对凝胶体起结构成形作用, 根据工作面煤层底板L8灰岩水压情况, 采用425#普通硅酸岩水泥, 占浆液干料的10%~30%, 一般20%左右。正常情况下采用上述配比, 在裂隙带附近加大水泥用量, 根据底板破碎情况掌握水泥用量, 必要时注纯水泥浆。

4.2 注浆方案

4.2.1 钻场布置

在14121工作面里段运输巷设计切眼位置向外每隔60 m布置一个钻场, 本次设计共布置3个钻场。

4.2.2 注浆钻孔的布置原则

1) 按常规浆液扩散半径10~30 m, 在运输巷向工作面内均匀布置钻孔。力求使浆液在该工作面的注浆改造覆盖率接近100%。

2) 钻探过程中, 对先期钻孔揭露的岩溶发育地段, 加密布置钻孔。

3) 钻孔尽量设计为小倾角钻孔, 这样使得钻孔揭露的含水层段尽量长, 增加可注性。

4) 钻孔方向尽量与裂隙带的发育方向垂交或斜交, 以尽可能的多揭露裂隙。

5) 所有钻孔在穿过L8灰岩底板后均向下 (垂距) 延伸5 m。

根据以上布置原则, 布置本工作面钻孔, 在钻孔施工和注浆过程中, 根据钻孔揭露后水文地质情况和注浆情况补打检查钻孔。

4.3 钻孔技术要求

本次注浆改造钻孔的开孔孔径均为Φ150 mm, 终孔孔径均为Φ75 mm, 钻孔下两级套管, 一级套管直径为Φ146 mm, 二级套管直径为Φ108 mm, 一级套管的底口距煤层底面法向距离5 m;二级套管的底口距煤层底面法向距离15 m;终孔位置靠近巷道或设计巷道的钻孔套管长度增加, 防止注浆时巷道底鼓。

首先用Φ150 mm钻头钻进至该孔径设计位置, 下Φ146mm套管, 管内注浆封固, 凝固时间要达到24 h (浆液中加玻璃水时达到8小时) , 然后用Φ113 mm钻头透孔, 透至Φ146 mm套管以下0.5 m后进行耐压试验, 耐压试验压力必须达到3 MPa, 持续时间达到30min, 孔壁周围不漏水、不渗水为合格, 否则重新封固。一级套管耐压试验合格后用Φ113 mm钻头钻进至二级套管设计位置, 下入Φ108 mm套管, 管内或者管外注浆封固, 凝固时间不少于24 h (浆液中加玻璃水时达到8小时) , 然后用Φ75 mm钻头透孔, 透至二级套管以下0.5 m后进行耐压试验, 耐压试验压力必须达到7.5 MPa, 持续时间达到1h, 孔壁周围不漏水、不渗水为合格, 否则重新封固。二级套管耐压试验合格后用Φ75 mm钻头钻进至终孔。钻孔在穿过L8灰岩底面后延伸5 m (垂距) , 特殊情况下, 可视孔内涌水量大小酌情增加终孔深度, 如果L8灰底面以下水量<0.2 m3/min, 水压与L8灰一致, 就可以结束钻孔施工, 进行注浆;如果L8灰底面以下水量>0.2 m3/min, 水压明显高于L8灰水压, 钻孔需要继续钻进20 m (垂距) , 然后进行注浆。钻进过程中, 孔口按设高压阀门和防喷止水器, 杜绝打钻施工期间出大水造成水害事故。

5 注浆改造效果检查

1) 将实际注浆量与预计注浆量进行对比, 观察两者的符合程度。

2) 检查钻孔, 取芯检查其填充效果看填充是否胶结。

3) 注浆改造完成后检查钻孔水量, 分析注浆情况。

6 结语

1412工作面底板有含水层, 为注浆改造的实施增加了复杂性, 对含水层进行注浆改造具有危险性易发生注浆事故, 经过我矿技术人员的不断探究最终注浆改造工艺实践成功。煤层底板含水层的注浆加固不仅使我矿取得了显著的经济效益和社会效益。更重要的是保障了采煤工作面回采的安全性, 同时矿井排水量减少, 起到了节能减排的功效。所以该项技术在煤矿企业具有重大推广意义。

参考文献

[1]刘鹏程, 侯争.煤层底板注浆改造技术在新桥煤矿2203工作面的应用[J].黑龙江科技信息, 2011 (1) .

[2]朱由军, 高明清, 王乃国.煤层底板注浆改造施工工艺[J].河北煤炭.2004 (2) .

[3]赵斌.注浆堵水加固技术及其应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1998.

工作面底板 篇2

本工程的基坑底板厚度：地下车库为500mm、1#楼为1200mm、2#楼为1200mm、3#楼4#楼为900mm、5#楼为1000mm、6#楼7#楼为600mm，无梁式板。

一、主要施工方法：

为保证上层钢筋网位置的正确性，上层钢筋支撑作以下设计：

1、本工程大面积的底板上、下皮钢筋间距：地下车库为393，1#楼为1075，2#楼为1075mm。上、下层钢筋： 1、2、3、4、5、6、7#楼和地下车库均为Φ25＠150。故采用以下形式进行支撑：

∠

水平角钢支撑为∠50×5@1500； 垂直钢筋支撑为Φ25＠1500； 斜撑采用Φ16钢筋。

2、本工程局部部位（集水井、电梯井）高低跨交结处，上、下层之间的距离较大，在2000～4000之间，故采用以下形式进行支撑：

∠∠50*5

水平角钢采用∠50×5@1500； 垂直角钢采用∠50×5@1500； 斜撑采用Φ16钢筋。

二、设计验算：

轴心受压杆件受力计算：

1．单根立杆受1.5m见方，上层钢筋间距＠140，共为24根，1.5m长。施工动载：

N=G+F=38.4×1.5×24+2000×1.5×1.5=5882N 2.单根立杆验算：（1）Φ25钢筋

实际长度：L=1170

A=л/4×D2=491m2 强度验算：σ=N/A=5882÷491=11.98N/mm2＜∫=205N/mm2

稳定性验算：σ=N/ФA=5882÷（0.52×491）=23.04N/mm2＜∫205N/mm2（2）∠50×5角钢： 实际最大长度为4000mm 受压截面面积：A=480.3mm2

强度验算：σ=N/A=5882÷480.3=12.25N/mm2 稳定性验算：σ=N/ФA=5882÷（0.16×480.3）=76.5N/mm2＜∫=205N/mm2 3.结论：

本方案都能满足施工要求。

三、安全技术措施：

1.本方案底板支撑采用焊接定位，施工现场应注意施工焊接质量，以免给后道工序造成隐患。

2.流水作业施工，先底板下皮钢筋铺设，然后进行钢支撑施工（包括施工员现场定位水平标高），最后上皮钢筋绑扎施工。

工作面底板 篇3

关键词：透水；底板加固；注浆；技术

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0053-01

煤矿的透水事故是一项很难治理的事故，这项事故有很多不利的因素影响事故后期的处理，所以要时刻的预防透水事故。我们这里应用一个某煤矿防止发生透水事故的例子，对深度开采中的煤层构造进行分析，并确定目前能够更好的治理透水事故的方法就是煤层底板注浆加固法，这种方法操作有一定的危险性。

1 采煤考察概述

某煤矿在两个标高之间含有大量地下水的区域进行开采，这样含有地下水的区域周围的岩层的牢靠性就要时刻的注意，在开采期间会发证严重的水害事故。在防止水害的事故中要充分的考虑煤矿的实际情况。包括煤层赋存情况、煤层顶底板情况、地质构造情况、水文地质情况，这四种情况都要进入考察范围。对于煤层赋存情况，这是煤矿要开采前必须要注意的问题，这个内框的赋存情况，见表1。

由表1中我们可以清楚的看到，这个煤矿总储量非常丰富，可采指数为100%。对于这种情况要做好防水害工作，才能够保证更大的经济效益。对于煤层底板情况，煤层底板情况是是否发生透水事故的根源，在开采之前一定要对这个煤层底板主要构造进行研究，这样就能够保证在实施开采发生事故的时候有更好的应对办法。煤层底板情况，见表2。

煤层底板主要分为老顶、直接顶、伪顶、直接底和老底。在进行分析的时候要具体的进行上述底顶是什么样的岩层，厚度有多少，以及各种岩层的主要特点，这些工作是预防透水事故的根本。

对于地质构造情况研究也要作为预防透水事故的一个根本，我们要举例的煤矿的地质岩层构造，见表3。

对于水文地质情况我们研究的也很多，根据钻孔资料及工作面掘进实际揭露资料分析，影响该工作面回采的主要充水因素，这样水害的防止工作就更加明显，在防止工作中要考虑顶底板砂岩裂隙水，主要表现为：工作面顶板、煤壁滴水、淋水。

1.2 透水预防处理办法

为保证安全的进行开采，根据以上考察勘探的资料，要在掘进过程中分别于轨道、胶带顺槽及切眼，第一步，根据一定的测算要用21个顶板，这21个顶板钻孔对顶板K4砂岩相对富水区进行验证及砂岩裂隙水预疏放。验证钻孔多数表现无水，只有在轨道顺槽16号点施工的验证钻孔水量较大，最大涌水量1.8 m3/h，目前涌水量为0.6 m3/h。第二步，施工38个底板地质孔，疏放了4-1号煤底板砂岩裂隙水（钻孔内只有少量出水），同时探明了4-1号与4号煤层间距及4号煤厚度。

对于DX3号陷落柱探测，这是一种三维地震勘探预测，在煤矿矿井工作面内有DX3号陷落柱发育，经相关公司进行探测K1、K2、K3三个钻孔对预测DX3陷落柱进行探测。钻探结果是探测范围内未发现陷落柱构造异常。

对于奥灰水根据上述资料，我们发现煤层底板距奥灰顶界面157 m左右，奥灰水静止水位标高为1 139 m，工作面煤层标高为642.8～717.7 m，低于奥灰静止水位标高496.2～421.3 m左右，属带压开采。经计算，巷道底板突水系数为0.043～0.038 MPa/m，小于《煤矿防治水规定》的突水系数值，属于带压开采安全区；在没有构造导水的情况下，不会造成突水事故。它的最大涌水量为150 m3/h，正常涌水量为80 m3/h。这样就可以进行开采。

2 注浆加固技术设计方案

根据上述材料进行注浆加固防水技术设计，首先要根据上文中叙述的材料进行分析，一般情况下都会根据工作面的标高测算出注浆扩散半径为15～20 m之间。另外在钻孔空管下设立一定的标注，这样设计能够预算够三种情况，第一种入股底部是煤层可以利用钢管进行注浆。这样在经过24 h之后在进行打孔操作。第二种是如果底板是岩石就可以进行压力注浆，这种注浆的过程要给泥浆加4 MPa，这个操作过程中要加大到6 MPa，这种加压的时间不能少于30 min，这样就能够使底部泥浆能够自己加固。

3 施工过程中遇到问题及解决办法

问题一及解决办法，在钻孔的过程中出现了涌水的现象，这种现象的处理方法就是；采用水泥，砂浆把套管固定好，然后进行试水压的过程，在这个过程中要密切关注钻孔内的出水情况，出水量大于40 m3/h时，停钻汇报，专业技术人员现场进行指挥施工；出水量大于80 m3/h时，应立即退出1.5 m钻杆，然后在钻机上固定2 m左右钻杆，启动钻机把钻孔内部剩余的钻杆推入钻孔内，随后立即关上阀门。

问题二及解决办法，对于在灌浆的过程中出现的跑浆情况一般都是由于钻孔的时候空比较浅，但是水压特别大。这样就导致水速度特别大就会出现跑浆的情况，这时要进行不断的清水冲洗，还要保留空口为下次注浆的时候做保证。

问题三及解决办法，对于注浆压力问题，在保证压力不变的情况下及时停止注浆，一般停止的顺序是关闭浆泵-关闭球阀-卸去U型翘，这样就能够保证施工的正常进行。

4 结 语

在进行深部开采底板注浆加固防水技术时，要进行时刻的检测，要做到“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则。按照地测中心编制的工作面防治水措施进行回采。施工对组必须配备足够的排水设备及管路并要定期检修，防止工作面涌水量增加而造成工作面被淹。回采队组要经常组织工人认真学习防治水知识及熟悉采煤工作面避水灾路线。如果工作面发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水增大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有人员。在工作面初采初放期间，跟班队干及验收员要密切注意工作面涌水量，轨道顺槽排水沟必须畅通，水泵工必须坚持岗位。做到以上这些，就能够保证煤矿开采时不发生透水事故。

参考文献：

[1] 薛宗建，刘晓飞，李梅娟，等.深部开采工作面底板注浆加固防治水技术的应用[J].金属矿山，2012，（2）.

[2] 曹胜根，姚强岭，王福海，等.承压水体上采煤底板突水危险性分析与治理[J].采矿与安全工程报，2010，（2）.

工作面底板 篇4

1 表面风化层极限比压和抗压入刚度

详见表1以及该表中对应测点的特性曲线所示。该组曲线的压入阻力——压入深度曲线无明显突破点, 压入深度增长比压力的增长快。或者压入深度增长过程中, 压力增长较少或者不变, 属于塑性流变型破坏的测点。

这些测点都出现在底板表面浮煤比较厚, 或者暴露时间比较长的风化煤层或者风化夹矸层。抗压入刚度数值小, 压入深度变化快、同时极限比压低的情况。为了更清晰的认识工作面底板比压特性, 把极限比压小于5MPa的测点归为一类, 把实测的平均值作为12081工作面风化层极限比压、压入深度和抗压入刚度, 对应的平均值为:极限比压3.162MPa、容许值2.3 7 2 M P a;抗压入刚度0.0 8 3 M P a/m m, 容许值0.062MPa/mm。

2 实体煤 (第一) 极限比压和抗压入刚度

详见表2以及该表中对应测点的特性曲线所示。该组曲线在破坏前, 压入阻力—压入深度呈线性与非线性关系, 破坏后继续加压有更大峰值出现。或者破坏后再多次加压, 压力峰值小于第一次破坏峰值。属于脆塑性增阻或者降阻破坏型。

特点是采用BPN型内注式静压比压仪测定底板实体煤层的比压, 测试坑深入煤体、未风化或未破坏的底板煤体。特别符合当前12081工作面受到顶板压力后的支柱工作状态。对应的12081工作面第一极限比压为10.516MPa, 容许值为7.887MPa抗压入刚度为0.515MPa/mm, 容许值为0.3 8 7 M P a/m m。

3 夹矸层和底板岩石 (第二) 极限比压和抗压入刚度

详见表3以及该表中对应测点的特性曲线所示。该组曲线属于脆塑性增阻或者降阻破坏型。

特点是采用BPN型内注式静压比压仪测定底板比压, 测试坑深入煤体遇到煤层有夹矸或者进入无煤带的表面页岩石底板。对应的12081工作面第二极限比压为24.53MPa, 容许值为18.39MPa;抗压入刚度为0.5 1 8 M P a/m m, 容许值为0.3 8 9 M P a/m m。

4 结论

电熨斗底板如何去污 篇5

【1】在污垢处涂少量牙膏后，用干净的棉布用力擦，污垢即可除去。

【2】电熨斗通电预热至100℃左右，切断电源，用一块浸有食醋的布料在污垢表面上反复擦几次，再用清水洗净，或在污垢处涂上少量苏打粉，用干净的布料来回擦拭，污垢即可清除。

不同材质刮刀底板的加工方法 篇6

因此，刮刀底板在使用过程中要求重量轻，底面与使用斜面的平行度、直线度要好，且刮刀底板本身不出现生锈现象。图1所示为刮刀底板装配简图。在加工过程中，刮刀底板的上下移动、旋转运动、前后运动均为手动操作，因此具有一定的加工难点：零件较长且薄，加工易变形，平行度、直线度难以保证，加工质量不太稳定。笔者根据多年的设备加工经验，总结了不同材质刮刀底板的加工方法及改进措施，现与同行分享 。

45号钢板刮刀底板

1.加工工艺流程及要点

选用45号钢板为原材料的刮刀底板加工工艺流程为：下料→热处理调质处理→粗加工→热处理定型去应力处理→精加工→镀铬。

在加工过程中，由于刮刀底板较长，为了提高其刚性及综合机械性能，以利于切削加工，特意安排了热处理调质处理工序；在粗加工后，安排了热处理定型去应力处理工序，以减少加工应力及热变形；在精刨、磨削工序中，注意多次翻面加工，以保证刮刀底板的平行度达到设计要求；最后，使用组合夹具来磨平斜面。

2.加工特点分析

选用45号钢板为原材料的刮刀底板有如下优点：

（1）毛胚成本低。

（2）加工难度较小，便于组织生产，且加工质量比较稳定。

加工缺点如下：

（1）刮刀底板加工成型后，重量比选用铝材的刮刀底板重，不利用安装操作。

（2）因各面要求全部加工，所以加工周期长，成本较高。

由于45号钢板的刚性较好，所以这种材料的刮刀底板具有一定的优势，如今在我公司大幅面高速凹印机上得到了广泛应用。

铸铝件ZL104刮刀底板

1.加工工艺流程及要点

选用铸铝件ZL104为原材料的刮刀底板加工工艺流程为：铸造毛胚→粗加工→热处理消除应力→精加工→表面氧化处理。

在加工过程中，考虑到刮刀底板的长度较长，加工过程中易发生变形，因此安排了热处理消除应力工序，有效消除了加工应力及变形现象；粗加工时，若零件变形程度较大，用工装夹具夹紧校平后再进行热处理；由于铸铝件ZL104不能进行磨削加工，在铣削加工过程中应选择合适的转速与走刀量，以确保零件加工粗糙度及表面美观度；还要根据实际加工情况，多次翻面加工以确保零件的平行度达到要求；为提高表面硬度及达到防锈目的，最后还安排了表面氧化处理工序。

2.加工特点分析

选用铸铝件ZL104为原材料的刮刀底板有如下优点：

（1）完成加工的刮刀底板重量轻，装配后易操作。

（2）使用过程中不生锈。

加工缺点如下：

（1）为避免毛胚出现气孔缺陷，在加工过程中，工件的各个表面均需要经过粗、精加工，所以加工周期较长，生产成本较高。

（2）加工周期较长，必然会经历较多的生产转运过程，在此过程中工件被磕碰划伤的概率较高，容易破坏刮刀底板的整体外观质量。

铸铝件ZL104刮刀底板在我公司幅面较宽的凹印机、中速小批量生产的凹印机上应用较为广泛。

铝开模冷拉成型刮刀底板

1.加工工艺流程及要点

选用铝开模冷拉成型制造刮刀底板的工艺流程为：与铝材生产厂家合作，使用模具按照原定图形尺寸进行冷拉成型→加工总长、长槽及螺孔→精铣斜面（其余各面不加工）。

为使刮刀底板的质量、生产效率与成本达到最优化的目的，刮刀底板的毛胚生产组织是与铝材生产厂家合作，使用模具冷拉定尺成型（刮刀底板的厚度与斜面尺寸均达到图纸要求）的。冷拉成型控制起来有一定难度，容易出现一些尺寸偏差，比如有一次冷拉成型后，刮刀底板上下表面与斜面的平行度、直线度出现0.15～0.35mm的偏差，且产品质量不稳定，影响使用要求。

经工艺分析后发现，刮刀底板在装配时只与两个支承座的滑块把合连接在一起，其余部分悬空，实际使用时接触面积更小。依据加工定位基准与装配基准重合的原则，使用组合夹具在刮刀底板的两个定位处分别用8个螺钉在4～12沉孔处找正并压紧（不需要在较大平面内定位，可减少加工定位接触面）。之后再精铣斜面直至见平，保证所加工的斜面与装配定位面直线度误差控制在±0.05mm以内，从而有效解决刮刀底板存在的质量问题，减少了三包费用，提高了整机装配质量，客户使用效果较好。此方法对刮刀底板长期使用出现变形后的维修也很奏效，能显著降低用户成本。

2.加工特点分析

铝开模冷拉成型制造刮刀底板的加工优点：

（1）适合大批量生产。

（2）由于两大表面与斜面采用冷拉成型，且加工量较少，因此生产周期较短。

（3）生产成本较低。

（4）不占用关键加工设备，节约公司加工能力。

（5）工件加工部位较少，生产中减少了工序之间的周转，避免了工件的磕碰划伤。

（6）冷拉成型后，刮刀底板的表面光洁度较好，外观美观。

（7）重量轻，便于操作。

（8）使用过程中不生锈。

加工缺点：冷拉成型后质量不稳定，需要专门安排工序加工斜面。

此方法在我公司定型及改型凹印机的加工上得到了广泛使用。

煤矿工作面底板突水通道的研究 篇7

关键词：突水通道,断层,水压,矿压,堵水,底板,定量

0 引言

煤矿生产过程中的出水可分为井筒水、巷道水、工作面水。其中工作面的出水次数大大高于巷道和井筒的出水次数。特别是随着煤矿开采深度的加大, 水压、矿压越来越大, 工作面的出水次数也愈来愈多。由于工作面的出水通道的复杂性, 所以到目前为止, 还没有一套成熟的理论[1]。河南焦作市神龙公司注浆堵水的历史已经有50多年, 完成煤矿生产巷道和工作面突水的注浆堵水工程已有百次, 多年的实践使该公司摸索出了定量的评价工作面底板突水通道方法。

1 地质背景

焦作煤田位于昆仑秦岭构造带北支边缘, 祁吕贺山字型构造前弧东翼与新华夏系第三隆起带———太行山复背斜的复合部位。焦作矿区为华北型煤田, 主要地层有:奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、第四系、第三系。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层。主要开采煤层为二1煤。

焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼山前倾斜平原地带, 地层走向N60°E, 倾向SE, 倾角8°～12°, 呈地堑、地垒、倾斜断块等组合形式, 以断裂构造为主。区内奥陶系灰岩中岩溶裂隙发育, 为地下水提供了良好的储水空间和迳流通道。地下水总体流向由山西晋城流向焦作。焦作煤田主要含水层有:第四系冲、洪积孔隙含水层、基岩风化裂隙带含水层、二迭系砂岩裂隙含水层、L8灰岩裂隙岩溶含水层、L2灰岩裂隙岩溶含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。

2 工作面底板突水通道研究成果

2.1 突水通道与断层的关系

在煤矿生产过程中, 断层使出水事故多次发生。因此, 认为煤矿的出水事故大部分都是由断层引起。根据这一理论, 在过去注浆堵水设计钻孔时, 都把钻孔布置在断层上, 用这一理论, 我们过去成功堵水很多次。但用这一理论去设计钻孔堵水时, 还存在着一些不完善的地方[2]。

如韩王矿21031工作面突水时, 平行于工作面有一条16.5 m落差的断层如图1所示。21031工作面又位于断层的上盘, 底板L8灰岩含水层距二1煤的间距只有16 m, 断层使得断层上盘的煤层和断层下盘的L8含水层接触。

又如禹州市房山二矿某工作面突水时, 平行于工作面有一条落差大于100 m的大断层, 如图2所示。由于工作面位于断层上盘, 所以断层使得工作面的煤层和对盘的寒武系灰岩含水层相接触。

这两个地方出水时因多种原因在突水后不知道出水点的位置。按照传统的断层导水的理论经验, 是工作面突水通道位于断层和巷道相交或最近的地方。按照这种传统的理论去布置钻孔注浆堵水时, 用了很长时间, 也没有把水堵住。这两个地方的实际情况是, 突水通道仍位于工作面采空区之内, 而不在断层带附近。由于大断层的存在, 工作面底板裂隙增大, 抗压强度降低, 从而导致突水。打破了传统的断层导水的理论经验后, 用很少的钻孔就把水堵住了。

以上事实说明, 工作面附近的断层对工作面底板突水有很大的影响, 但出水的通道不一定在断层带上。这一结论是神龙公司在注浆堵水寻找通道方面的一个非常重大的研究成果。它的难点是打破传统的注浆堵水寻找通道的理论, 它真正体现了该公司在注浆堵水理论方面的不断创新。

根据多次注浆堵水的经验认为:煤矿回采工作面突水的通道有两种:一种是工作面附近的断层导致突水;一种是工作面底板破坏导致突水。

当工作面突水后, 首先要收集工作面停采线看到的出水点位置资料。根据这种资料和它与断层的位置关系有时就能肯定或否定两种出水通道的一种。如果没有这种资料, 那么就要收集断层上下盘的导水性, 断层距工作面的距离, 煤层底板隔水层厚度及破碎情况, 大顶来压情况, 井下巷道见断层情况等, 然后根据这些因素去综合分析突水通道的位置。如果根据这种情况仍不能肯定或否定出水通道的位置, 那么就采用双管齐下的方法布钻孔。然后根据钻孔的漏水情况, 岩芯情况, 注浆情况来判断出水点的位置。

2.2 水压、矿压对工作面突水通道的作用

随着开采深度的增加, 水压、矿压越来越大, 回采工作面底鼓出水点越来越多。在深部开采时, 煤矿的出水事故大部分都是由水压、矿压引起的, 水压、矿压引起的煤矿出水事故比断层引起的煤矿出水事故要多。

实际上, 当巷道穿过较大的断层时, 都采取了加固措施, 因此并不容易出水。过去, 我们只重视了断层对煤矿出水事故的影响, 而忽视了或不重视水压、矿压对煤矿出水事故的影响。今后, 我们要高度重视水压、矿压对煤矿出水事故的影响, 采取必要的技术措施, 防止或减少煤矿出水事故的发生。

2.3 煤矿工作面底板出水规律

在水压、矿压、采动、裂隙的作用下, 煤矿工作面底板发生突水事故。当工作面的煤被回采以后, 工作面煤层底板的含水层在采空区的下边向上产生压力, 而在停采线以里尚未被采动的煤层上面, 产生一种向下的压力。在天然状态下, 煤层上覆的岩层向煤层的压力是平均的。由于采动产生了采空区, 采空区上覆的岩层向下的压力就转移到了煤层回采工作面的停采线。水压产生向上的压力和采空区在停采线产生向下的压力使煤层工作面的底板发生破裂, 从而产生破裂面而导致出水。

2.3.1 工作面突水大多都与顶板第一次来压有关

采动、水压对于工作面底板的作用是均匀的, 而矿压和裂隙的存在是不均匀的。从整个工作面回采过程看, 工作面回采第一次大顶来压时矿压最大, 因此, 这个时候的底板最容易被破坏, 工作面第一次大顶来压突水的例子很多。其次周期性来压也会引起工作面底板突水。

2.3.2 工作面出水通道的位置

通过对大量工作面出水案例的分析, 得出以下结论:

(1) 从工作面的推进方向来看, 煤层工作面停采线矿压最大。因此, 突水点从工作面推进方向看, 出水点位于停采线附近。

(2) 从停采线看, 工作面压力最大的地方在运输巷和停采线相交点往上的地方及回风巷和停采线相交点往下的地方。其中在运输巷和停采线相交往上的地方的压力大于工作面回风巷与停采线相交往下的地方的压力。因此, 工作面底板的突水点大多集中在停采线的下段或上段。下段突水的次数及水量大于上段突水的次数和水量。

(3) 工作面底板突水的位置大都发生在“槽头” (工作面运输机机头) 或“槽尾”;“槽头”突水的次数和量度大于“槽尾”。这一现象在许多工作面突水的例子中可以验证。

(4) 工作面突水一般发生在“槽头”或“槽尾”, 但并不是所有的出水点都在“槽头”或“槽尾”。这里面所要讲的就是裂隙这个影响因素。裂隙包括断层, 但不光指断层。

当有导水的裂隙或断层存在时, 工作面在没有矿压的情况下也会出水, 并且在矿压的作用下会不断增大。

当有不导水的断裂存在于工作面时, 在矿压的作用下, 它有可能变为导水的断层。当这种不导水的断裂在矿压作用下变为导水断层时, 工作面底板就突水。当有不导水断裂存在于工作面时, 虽有矿压作用, 但当这种矿压的破坏程度达不到增大裂隙或虽增大裂隙, 但达不到出水的程度时, 工作面虽有断裂存在, 但不一定就出水。

在停采线, 断裂的程度是不一样的, 断裂发育的地方就容易出水, 断裂不发育的地方就不容易出水。矿压的存在也是不均匀的。矿压大的地方容易出水, 矿压小的地方不易出水;矿压大的地方出水量较大, 矿压小的地方出水较小。煤矿工作面底板的出水与这两个因素综合作用有密切关系。

(5) 煤矿工作面回采后, 在停采线附近由于水压向上的力和矿压向下的力对工作面的底板形成剪切作用。当这种剪切作用大到一定程度时, 工作面煤层底板就会产生一个破裂面或破碎带。这个破裂面或破碎带的倾向为采空区方向。这个破裂面或破碎带与煤层底板的交面线就在停采线附近。它的倾角受水压、矿压、含水层和煤层底板的隔水层的厚度, 岩性等因素影响而不相等, 一般50°～70°。这个破碎带的宽度与矿压、水压、煤层底板的厚度、岩性、裂隙发育程度, 底板鼓起的速度与高度有关。所以每个地方都不一样。本条结论是在大量注浆堵水钻孔资料基础上总结出来的。

在采空区方向, 愈靠近这个破裂面或破碎带, 岩石愈破碎, 裂隙愈发育。相反的方向逐渐减弱至零。

3 工作面底板突水机理研究的意义

多年的突践使我们摸索出了工作面底板突水的通道。然而在这之前, 我们在治理工作面突水方面也走了不少弯路, 掏了不少学费, 甚至堵水失败。掌握了工作面底板突水机理后, 大大节约了工程量, 加快了注浆堵水的速度。

(1) 工作面回采大顶第一次来压时压力最大, 对底板的破坏也最大, 所以最容易发生突水事故。因此, 通过采取一些措施, 就能避免大顶来压或者降低第一次来压时矿压的强度, 就能避免很大一部分工作面的突水。如采取强制放顶措施, 改变开采方法, 对第一次来压的地段底板重点加固, 在工作面的“槽头”或“槽尾”部分进行重点底板加固等等。这些措施对防止煤矿工作面底板突水具有重要现实意义。

(2) 煤矿工作面停采线处底板底鼓是突水机理最重要的表现形式和特征。底鼓的速度和高度是突水机理特征的尺度。因此, 煤矿工作面底板突水时, 认真准确收集工作面底板鼓起的速度和高度对于预测突水、分析、发现出水的通道具有重要意义。

(3) 根据煤矿工作面底板突水的机理, 在注浆堵水时能很快找到突水的通道, 进而快速把水堵住。在以前, 由于没有掌握这种规律, 所以在注浆堵水时只好朝出水点位置打钻孔。这样所打的钻孔有好些不管用。特别是打在停采线以里 (不在采空区) 的钻孔, 对堵水不起作用或作用不大。因此, 掌握工作面底板突水的通道是注浆堵水的首要任务, 找不到突水通道就堵不住水。根据这一理论, 就能很快找到出水的通道。

(4) 根据“工作面附近的断层对工作面的底板突水有很大的影响, 但出水的通道不一定在断层上”这一结论, 在注浆堵水设计钻孔时, 不能只考虑在断层周围布孔, 要根据具体情况来确定出水的通道, 必要时双管齐下。这一条理论的现实意义是, 在寻找突水通道时, 要全方位, 多渠道去研究寻找出水的通道。

参考文献

[1]刘阳.煤矿重大水害预防与快速治理新技术及水害监测预警实务全书[M].北京:中国煤炭出版社, 2006.

断层附近工作面底板突水评价研究 篇8

1 突水系数法评价公式

我国煤矿开采对于底板水危害程度评价普遍使用突水系数法计算底板临界隔水层厚度,此方法是从大量的、长期的实际突水资料的统计分析中得出的一种规律性认识,并作为基本规定列入规程规范和煤矿防治水条例中,其表达式为

式中: TS为突水系数; p为水压,MPa; m0为等效隔水层厚度,m; Cp为矿压破坏底板深度,m; Mi为隔水层底板各分层真厚度,m; mi为各分层等效厚度换算系数。

2 断层上盘倾斜隔水关键层模型

突水系数法应用于断层附近工作面底板突水评价时,并未考虑断层受工作面采动影响的效应,为了研究断层对有效隔水层厚度的影响,首先建立断层上盘倾斜隔水关键层模型［4－6］。

工作面采用走向长壁采煤法,断层倾角为 α,煤层开采后,在工作面周围围岩内形成应力增高区和应力降低区,造成采场围岩破坏。对煤层底板来说形成底板采动导水断裂带,对断层带而言可能出现断层活化、承压水沿断层带导升,并且断层面由于受承压水及采动应力的影响发生一定位移,当底板采动导水断裂带深度波及到断层导水断裂带时,就会发生工作面底板突水; 当底板采动断裂带深度未波及到断层导水断裂带时,在底板采动导水断裂带与断层导水断裂带之间还存在剩余完整的岩体,若此剩余完整岩体能够抵抗承压水的作用,则不会发生工作面突水,反之发生断层突水。

工作面回采后,除了煤层底板采动破坏深度,在底板采动破坏带(导水断裂带)与断层导水断裂带之间还存在完整的岩层带(断层上盘倾斜阻水带),将剩余完整岩体内强度较大、位于同一层位、隔水性较好的岩层取出,建立断层上盘倾斜隔水关键层力学模型,如图1所示。

通过对断层上盘倾斜隔水关键层的受力情况分析可知:作用在倾斜隔水关键层上的横向载荷在x方向是保持不变的,而在y方向上是线性增加的(断层上盘倾斜隔水关键层上覆载荷及承压水载荷均呈线性分布),故在断层上盘倾斜隔水关键层四边固定支护的边界条件下,依据变分法[7],选取挠度函数表达式。设在纵向及横向载荷联合作用下,此断层上盘倾斜隔水关键层的挠度函数[8,9,10]为

通过弹性力学变分法求得,在横纵向载荷联合作用下此断层上盘倾斜隔水关键层的挠度函数w的系数amn为

将所得的amn代入求解式( 2) 即可得出所解挠度函数公式如下:

式中: m、n为级数求和的下标; q0为薄板上端所受的力; p0为薄板下端上边界所受的水压力; Δq为所取模型沿y方向上下边界所受上部压力差值; Δp为薄板沿y方向上下边界所受的承压水差值; a为所取模型沿x方向长度; b为所取模型沿y方向长度; F为所取模型体积力; F1为所取模型沿y轴方向体积力分量; F2为所取模型沿z轴方向体积力分量; hkey为隔水关键层厚度; D为变分系数。

3 工程应用及评价结果

3. 1 断层上盘隔水关键层模型工程应用

为了验证改进型公式的实用性和可靠性,以鲁西矿区某矿为例对公式进行验证。根据鲁西矿区某矿3下A04 采煤工作面实际地质条件、工作面开采状况,并结合断层上盘倾斜隔水关键层挠度公式,取m = 1,n = 1( 因为公式为含有三角函数的级数式,当m,n分别取1 时精度也可达到要求) ,a =200 m,b = 20 m,q0= 0. 5 MPa,p0= 4 MPa,hkey= 1 m,α = 35°,F1= 3. 4MPa,F2= 4. 9 MPa,Δq = 0. 3 MPa,Δp = 0. 5 MPa,D =0. 003 5。将所取参数代入式( 4) 并采用数值计算软件处理,可得断层倾斜隔水关键层薄板三维视图,见图2。

由图2 可以得到如下结论:

1) 断层上盘倾斜隔水关键层薄板模型沿断层面走向方向载荷保持不变,因此,断层上盘倾斜隔水关键层最大挠曲位置定位于x = a/2 的直线上,如图2( a)所示,薄板挠度的最大值发生在沿断层面走向100 m处,也是所取计算长度的中间位置。

2) 断层上盘倾斜隔水关键层薄板模型由于受到沿断层面倾斜方向线性增加横向载荷Q( y) 的作用,挠曲位置不对称,如图2( b) 所示,其模型薄板所产生的最大挠度偏离中心位置,偏向右侧,在11 m左右达到最大值,右侧方向也是薄板所受载荷增加的方向。

现场实测结果,3下A04 采煤工作面底板破坏深度为14. 5 m。3下A04 采煤工作面底板无其他隐含构造,取底板最大破坏深度平面与工作面底板平面平行。

图3 为断层倾斜隔水关键层三维视图,其中平面所表示的是采煤工作面底板平面,其与所取的薄板计算模型平面呈35°,其坐标系以断层上盘倾斜隔水关键层模型的坐标轴为基准。

由图3 可以得出,在采煤工作面底板发生塑性破坏时,其破坏深度的最大值与断层倾斜隔水关键层的挠度最大值之间的连线即为断层附近工作面底板最易突水路径,如箭头所示( 其中箭头指向煤层底板采动破坏最大深度所处的平面) ,且随着工作面的推进,最易突水路径在工作面底板最大破坏深度平面上与隔水形成1 条如图3 虚线所示的直线型区域。其中隔水关键层最大挠度值处也是临界突水危险点。当断层中承压水水压大于隔水关键层所能承受的极限水压时,承压水将沿最易突水路径侵入工作面,对工作面安全生产造成威胁。

3. 2 工作面底板改进突水系数法评价

将3下A04 工作面底板承压水水压值及有效隔水层厚度代入式( 1) 可以得到其TS= 0. 099 MPa / m,处于临界值0. 06 ~ 0. 10 MPa /m之间( 参见《煤矿防治水规定》( 2009 年) ) ,工作面底板属于突水较危险区; 而若采用最短突水路径值hi来代替有效隔水层厚度,hi随工作面的推进,距断层距离减少其值也将发生变化,在工作面推进距断层25 m时( 断层防水煤柱宽度) ,依据断层上盘倾斜隔水关键层计算模型可得hmz= 27. 51 m ( 最易突水路径值) ,进而可得TS= 0. 145 MPa / m,其值大于按经验公式( 1 ) 所得值0. 099 MPa /m,且大于0. 10 MPa /m,工作面底板属于突水危险区。

4 结论

工作面底板 篇9

地层注浆加固改造是工程地质中改良岩土体的重要手段[1], 近年来注浆工程大量应用于煤层底板含水层加固改造防治底板突水[2,3,4]。然而目前底板注浆改造技术实例中大多数是从注浆工艺层面上进行工程质量控制研究, 而对注浆加固改造效果检验研究没有形成系统的、规范的注浆加固改造质量评价方法。现结合淮北矿业集团朱庄煤矿3628工作面底板注浆改造工程, 尝试采用定性、定量相结合的方法对注浆改造质量进行综合评价, 给出具有实用价值的注浆质量评价指标, 以确保煤矿注浆加固工作面安全生产。

1 注浆工程概况

淮北矿业集团朱庄煤矿目前主采煤层为山西组6煤, 其直接充水的含水层太灰上段三灰、四灰富水性极强, 采用“疏水降压”开采方法疏水量太大、降压效果差、成本高;而一灰、二灰岩溶裂隙一般不太发育, 可通过对一灰、二灰含水层注浆加固改造, 增加底板隔水层抗水压能力。3628工作面水文地质条件十分有利于“注浆加固改造”, 为此朱庄煤矿对3628工作面底板进行注浆加固改造。

注浆加固改造工程历时120 d, 完成钻孔42个, 钻孔进尺6 887 m, 注水泥3 876 t。注浆层位为6煤以下砂岩至太原组一灰、二灰。当砂岩段涌水大于5 m3/h或压水压力在5 MPa以下时, 采用下行分段注浆。当砂岩与灰岩孔段水量小或无涌水时, 则采用砂岩、灰岩全孔段联合注浆。注浆采用水泥单液浆, 标号为罐装425#普通硅酸盐水泥, 浆液比重控制在1.2~1.4。先期注稀浆, 后期逐渐增大浆液浓度, 最大比重不超过1.4。为增大浆液扩散半径, 保障注浆质量和效果, 注浆时均采用低档连续注浆, 初始压力3~6 MPa, 注浆结束终压为水头压力的1.5~2倍, 结束注浆的吸浆终量标准为40 L/min。

2 3628面底板注浆改造质量综合评价

为了检测3628工作面底板注浆加固改造质量, 采用了注浆终压评价、钻孔取样检查、原位压水试验、物探资料对比等综合评价方法。在注浆后的3628工作面风巷、362集中巷、362边界回风巷设计3个检查孔W1、W2、W3, 并对钻孔进行取样观察注浆填充情况;利用检查孔对工作面底板岩层进行原位压水试验, 研究煤层底板注浆加固改造后岩体的相对透水性, 以检验岩体的注浆质量、效果;利用3628工作面底板注浆改造加固孔的注浆终量、终压值, 结合行业内的评价指标, 进行注浆质量检验;对比分析注浆前后井下高分辨直流电法探测结果, 评价底板注浆加固改造的效果。

2.1 3628工作面注浆工程质量评价

终压、终量是控制注浆工程主要的技术指标, 3628工作面总计42个注浆孔对一灰、二灰含水层进行注浆加固改造, 注浆终量全部达到设计规定终量指标要求。40个孔注浆终压值超过实测水压的1.5倍;另外两个注浆孔风3-5孔、机3-7孔注浆终压值分别达到实测水压1.3倍、1.4倍, 注浆质量合格率95%, 基本满足注浆工程设计要求。因此, 3628工作面注浆工程质量符合行业内注浆质量标准, 注浆质量可靠。

2.2 注浆层浆液填充、结石情况

岩芯鉴定是注浆质量检查的方法之一, 为了观察浆液在岩石裂隙中的填充、结石情况, 对注浆检测孔进行了取样观察。在W1孔二灰岩样段裂隙中填充有凝固水泥, 说明二灰岩体裂隙已被浆液充填;W3检验孔岩芯中在一灰岩样段裂隙中发现充填有凝固水泥, 说明一灰岩石裂隙已被浆液充填。检查孔岩芯裂隙中发现有注浆水泥裂隙填充并结石, 说明注浆质量、效果较好。

2.3 注浆加固改造质量压水试验检测

压水试验孔要求: (1) 采用清水钻进, 终孔层位必须穿过二灰2 m, 每钻进10 m校正一次钻孔深度。 (2) 钻孔套管用水泥封孔止水24 h后, 采用1.5倍灰岩水头压力进行试压, 试压时间不少20 min, 合格后方可钻进, 否则要求重新固管止水。 (3) 钻进中要求认真观测钻孔涌水、漏水、耗水的层位和孔深, 并测定水量、水压。 (4) 钻进至一灰、二灰涌水层位段时, 必须停钻观测水量、水压, 并做好记录。 (5) 压水前要用高压水将钻孔冲洗干净, 自上而下分段压水, 每钻一段, 停钻作一段压水试验。同一试验段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩体。在钻进过程中, 如发现冲洗液突然消失或消耗量急剧增大, 应停钻进行压水试验。 (6) 钻孔钻至目的层一灰时停钻, 在孔口管安装压力表, 选择注浆泵的二档进行压水试验, 压水时间不少于30 min, 观测压力表的变化, 并记录稳定时压力值和相应的流量, 当钻进至二灰时, 重复上述步骤。压水试验结果如表1所示。

钻孔压水试验可以测定裂隙岩体的单位吸水量, 并以单位吸水量换算求出渗透系数、透水率, 用以说明裂隙岩体的透水性。单位吸水量是表征岩体透水性大小的指标, 其计算公式为[5]:

式中, ω为单位吸水量, L/min.m.m;Q为稳定的压入流量, L/min;s为压力水头高度, m;L为试验段的长度, m。

根据单位吸水量按以下两式可近似求取岩体渗透系数K1、K2[5]:

式中, r为钻孔的半径, m。

当试验段与下部隔水层的距离远大于试段长度时采用公式 (2) ;反之, 采用公式 (3) 。

根据压水试验结果, W1、W2、W3三个压水孔试验段压力分别为5 MPa、5 MPa、7.5 MPa, 分别换算成压力水头高度为500 m、500 m、750 m。各试验段长度都明显大于其下部隔水层厚度。因此根据公式 (1) 计算W1压水试验孔一灰、二灰单位吸水量分别为0.008 L/min.m.m和0.006 8 L/min.m.m。

根据公式 (2) 、 (3) 计算W1压水试验孔一灰、二灰压水试验段岩层的渗透系数K1、K2分别为2×10-5cm/s和1.67×10-5cm/s。

透水率q计算公式为:q=Q/ (P×L)

式中, Q为稳定的压入流量, L/min;P为水压, MPa。

经计算, W1压水试验孔一灰、二灰压水试验段岩层透水率q分别为0.8 L/min和0.68 L/min。

同理, 可求W2、W3各试验段单位吸水量、透水率、渗透系数, 计算结果如表2所示。

由表2可知3628工作面底板注浆改造后一灰渗透系数在0.25×10-5~2×10-5 cm/s之间, 二灰的渗透系数在0.28×10-5~1.67×10-5 cm/s之间;一灰透水率在0.18~0.8 L/min之间, 二灰的透水率在0.28~0.68 L/min之间。根据《水利水电工程地质勘察规范》岩土体渗透性能分级标准, 当岩体渗透系数10-6cm/s≤K<10-5cm/s, 0.1 L/min≤q<1 L/min时, 渗透性等级为微透水等级。说明3628工作面底板经过注浆加固改造以后, 一灰、二灰含水层已经改造成为微透水岩体, 具有良好的阻水性能。

2.4 注浆工程质量电法检测对比分析

为了检测3628工作面底板注浆改造质量, 朱庄煤矿在注浆前后分别在3628工作面风巷、机巷进行高分辨率电法勘探。6煤层下伏太原组灰岩通常为高阻电性层, 但岩溶发育的情况下视电阻率较低, 因此视电阻率低阻异常往往是含水异常部位。注浆改造后, 灰岩裂隙被充填, 灰岩视电阻率会有所上升。通过注浆前后视电阻率值的分析与对比, 可以作为定性评价底板注浆改造加固效果的方法之一。

注浆前风巷测线在7~8号点、12号点、15号点、25号点、29~30号点, 呈现低阻反应, 依次命名为1号异常~6号异常, 如图1 (a) 所示。在6煤底板以下60 m范围内, 只有3号异常, 说明一灰、二灰富水性较弱, 其它各异常点相对较深, 不在注浆质量评价深度之内。注浆以后3号异常点消失, 其它异常位置相对下移, 如图1 (b) 所示, 说明风巷测线范围内岩溶裂隙被填充、异常点富水性大大降低, 底板注浆改造加固的效果较好。

机巷注浆改造以前, 底板以下60 m范围内, 有2号点、4~5号点、6~7号点、10号点、15号点、17~18号点、20~23号点、24~25号点出现明显的低阻异常, 依次命名为1号异常~8号异常, 如图1 (c) 所示。底板注浆改造加固以后, 视电阻率剖面图显示, 1号、2号、3号、5号、6号异常基本消失, 7号、8号异常位置明显下移, 如图1 (d) 所示。说明机巷注浆效果较好, 基本上达到了注浆改造的目的。

3 结 语

对工作面底板进行注浆加固改造是防治底板突水的有效方法之一, 但是迄今仍然没有规范的底板注浆改造质量评价方法。通过严格控制注浆终量终压、钻孔取样观察岩芯裂隙浆液充填状况和注浆前后工作面底板视电阻率对比, 可以对注浆改造质量进行定性分析;通过对注浆加固改造目的层原位压水试验, 可以分析计算注浆目的层渗透系数、单位吸水量定量研究底板注浆改造的质量、效果。定性分析和定量计算相结合的综合方法为评价工作面底板注浆质量提供了更加有效的途径。

摘要：通过对注浆加固改造后的工作面底板进行原位压水试验, 求取注浆目的层渗透系数、单位吸水量, 定量评价注浆加固改造的质量;结合注浆终量、终压参数、岩体裂隙浆液充填状况和注浆前后工作面底板视电阻率对比, 对工作面底板注浆加固改造质量进行了定性分析、综合评价。

关键词：注浆加固,压水试验,质量评价

参考文献

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[2]于新锋, 柏建彪.张集矿综采工作面破碎煤壁注浆加固技术研究[J].煤炭科学技术, 2006 (2)

[3]牛学良, 付志亮, 高延法.岩石注浆加固实验与巷道稳定性控制[J].采矿与安全工程学报, 2007 (12)

[4]魏军贤, 王安舍, 等.注浆加固技术在煤矿综放回采中的应用[J].矿业工程与环保, 2010 (2)

工作面底板 篇10

杨庄煤矿位于安徽省淮北市烈山区，隶属于淮北矿业集团公司。井田地层属于华北型，石炭系～二迭系含煤地层覆盖于奥陶系灰岩地层之上。井田地处闸河复向斜的南段，以宽缓的褶皱构造为主，次级褶曲发育，区内小型断层比较发育，大中型断层相对较少。含煤地层上部被第四系冲积层覆盖，地面标高+30m左右。

二迭系山西组6煤层是本矿主采煤层之一，6煤层开采过程中受底板太原群灰岩水害的严重威胁。从1996至2007年的12年中，该矿6煤层的开采曾发生6次底板太原群灰岩突水，涌水量160～1400m3/h。Ⅲ625工作面水文地质条件十分复杂，表现在物探资料揭露，工作面外段210m灰岩水存在原始导高Cp，而且该段掘进时顶底板出水量30m3/h，经水质化验判断为灰岩水。而且风巷沿落差8.0m断层上盘布置。6煤底板以下45～58m段岩性为泥岩厚度2.4m，砂岩厚度36m，海相泥岩15.0m，构成相对隔水层，其下为太原群岩溶裂隙含水组(简称“太灰”)，总厚度约156m，以薄层灰岩与煤层、泥岩互层为主，所见灰岩共12层，从上至下分别简称为“1灰～12灰”。灰岩累计厚度69m，单层厚度较大的有3灰、4灰、11灰、12灰等。根据各单层灰岩厚度及层间距的大小，可将本组分为上、中、下三个含水段，上段1灰至4灰，中下段5灰至12灰。含水层岩溶裂隙发育，富水性强，钻孔单位涌水量q=2.338～11.313L/s.m，渗透系数K=0.128～97.16m/d，水压3.8MPa。为保证Ⅲ625工作面安全生产，采前对该面底板灰岩含水层进行了注浆加固，改造含水层为隔水层，提高底板综合抗水压能力。

2 底板灰岩含水层的改造方案

2.1 加固地段与改造含水层位

根据淮北矿区经验，当突水系数Ts值小于0.07MPa/m时6煤层开采一般才是安全的。由于工作面的灰岩水压值P=3.8MPa，根据《矿井水文地质规程》，突水系数Ts满足公式将突水系数Ts、水压P、灰岩水导高Cp代入该式，可以反算出隔水层厚度PN厚度应当大于66m。根据6煤底板隔水层厚度及岩性，确定底板改造方案为：以改造1灰～3灰为主，尤其以改造1灰～2灰含水层位为重点。

2.2 工程布置

根据注浆改造方案，机巷钻孔层位穿过2灰，进入3灰5m。3灰钻孔按照浆液扩散半径≤50m均匀布置，特殊地段和物探异常区加密布孔，钻孔孔底平面间距一般为100m，机巷和风巷里侧布孔原则上孔底距巷道40m。沿机巷和风巷分别布置钻场钻孔，斜距92～196m，平均140m，钻孔倾角30°～35°。沿工作面走向设计钻孔4排，其中机巷外侧断层下盘1排，工作面内3排(见图)。钻孔设计方向与断裂构造和裂隙发育方向尽量正交。钻孔布置还要便于钻孔排水、有利于注浆。

3 钻孔施工、注浆工艺

3.1 钻孔施工

考虑到Ⅲ625工作面斜长达200m，工作面钻进过程中采用ZDY-1900S大功率、高钮矩钻机施工。为揭露更多裂隙，提高注浆改造效果，所有钻孔基本低角度施工，即风巷异常机巷开孔，机巷异常风巷开孔，本次注浆采用地面注浆站造浆，Φ91钻孔和Φ32高压管路输送系统。应用结果表明，地面注浆站系统因其造浆和输送的连续性、浆液密度的可控性，非常适合于大量连续注浆需要，具有井下注浆站无法比拟的优越性。主要注浆设备为M3B260/7型四档变量泥浆泵。钻孔结构为：开孔直径Φ130mm，终孔直径Φ75mm。0～4m用Φ127mm的护壁管;Φ110mm孔径下Φ108mm止水套管28～39m，其下为Φ91mm裸孔，Φ108mm止水套管耐压不少于10MPa。

每一钻场首先施工高角度钻孔，其次钻孔间隔施工，相互作为探查孔。底板探查孔和底板注浆孔施工至砂岩段，灰岩含水层段分别做压水试验，掌握管路、水泵性能，探查各含水层段的裂隙发育情况，求得相应含水层参数，事先预计钻孔注浆量，根据注浆情况可初步评价注浆效果。对注浆效果通过检查孔验证。检查孔的数量不少于注浆孔的20%，当检查孔出水量大于20m3/h时，需进行复注。重点检查地段为构造带、物探异常区、富水区、注浆量少及水电影响地段。

3.2 注浆工艺

选用425#普通硅酸盐水泥作为注浆材料，辅助材料为粉煤灰。浆液浓度的控制原则是：为保证浆液扩散得较远，浆液浓度不宜过大，一般水泥浆液水灰比应控制在1∶2左右，最高不超过1∶3，最低不低于1∶1，先期注稀浆，后期逐渐增大浆液浓度。控制注浆压力一般为钻孔静水压力的1.5～2倍，最大不超过9MPa。当单位时间吸浆量小于40L/min且稳定10min即可结束注浆。通常本着充分进浆的原则，对注浆量不做限制，但单孔注浆量超过620吨水泥，可考虑增加注浆浓度。如果注浆加固孔砂岩段出水，无论水量大小，均实行分段注浆;即使砂岩段出水不明显，压水试验的水压低于4MPa也进行分段注浆，以确保高渗透率地段充分进浆。只对全段不出水且水压试验无异常的钻孔实行终孔全段注浆。工程中要求涌水量大于30m3/h的钻孔在注浆结束后要进行透孔，以检验钻孔涌水量，至钻孔涌水量小于30m3/h为止。在实际施工时个别钻孔曾透孔4次。

4 底板注浆加固及含水性改造效果检验

本次钻进采用ZDY-1900S钻机施工。从2007年1月～5月的120天时间内共在Ⅲ625机巷和风巷12个钻场内共施工47个孔，钻进工程量为6887m，平均钻进效率为29m/d.台。

Ⅲ625工作面底板改造注浆工程中，47个注浆孔共注水泥5454吨，最大单孔注浆量达876吨，平均单孔注浆量121.2吨。注浆后进行了二次电法检查，透孔压水试验及取芯验证注浆质量。二次电法资料显示注浆后灰岩视电阻率低阻异常大大削弱，底板隔水性能显著增强，注浆效果良好;取芯验证，灰岩含水层裂隙内有水泥浆充填。检验后期的压水试验，灰岩内在低泵量下已压不进水，单位吸涌水量大大减少，表明达到改造含水层为隔水层的目的。

摘要：以淮北杨庄矿Ⅲ625工作面底板灰岩含水层改造工程为例, 介绍了6煤防治底板灰岩含水层注浆加固改造工程的背景条件、实施方案与钻进、注浆工艺。依据注浆量、透孔或取芯验证和一、二次物探对比等综合测试技术, 评价注浆改造效果。

地下室底板混缝控制 篇11

关键词：温度应力；干缩应力；贯穿性裂缝；非贯穿性裂缝

随着我国城市化建设的发展，我们普遍面临一个问题就是地下室底板裂缝问题，这不仅影响到建筑物的使用寿命，也会影响到人们的生活，因此，我们应该采取有效的措施来减少出现裂缝，把这些裂缝控制在允许范围内。

1 底板的裂缝的产生主要原因

（1）水泥的选用不当，水化热过高。

（2）温度产生的裂缝。

（3）地势的沉降导致底板产生的裂缝。

（4）施工质量问题长生的裂缝。

2 裂缝的危害性

地板的结构好坏将导致混凝土钢筋的腐蚀以及使用安全，有些贯穿裂缝更将导致毁灭性的伤害。有时深、浅部表面温度变化会导致收缩裂缝，虽然不是通过裂缝，但它必须及时处理和加固措施，否则使用寿命将会下降。

3 裂缝特征

约束裂缝，是由一个很长的板裂缝系统或结构，大部分时间和窄边平行于大容量和大裂缝交叉而构成的。裂缝宽度和温度变化保持同步。另一个产生的原因是表面与外界空气温度有差别，造成快速收缩，导致表面元素组成部分和不规则表面产生裂纹以及中心的浅平面构件表面温度的变化产生非穿透性裂纹。

4 采取对策

（1）寻找使混凝土的水化过程中降低水泥水化热的办法，降低混凝土的温度，在施工过程中，这样可以使盲目扩张和收缩应力减少。

（2）延长全部定型的时间，因为水泥混凝土水化热是恒定的，加长冷却时间，减少温度梯度的峰值，用这种扩张和收缩应力的办法达到的最好效果，裂缝迅减少。

（3）适当的选择，总厚度的混凝土水灰比、不同掺适量的微膨胀剂、缓凝剂所引起结构应力、张力运行阻力的混凝土的能力，使他能得到强化，以减少热膨胀、收缩时产生结构裂缝的数量和提高抗渗能力。

（4）在结构设计与计算中应考虑的大体积混凝土的水化过程中产生的热应力水泥对结构的不利的因素。所以结构加固应在最少增加额外的压力下，由于温度应力加固的同时，或使用钢纤维混凝土，可以大大提高混凝土内的抗拉强度，减少或消除的重要性的结构裂缝产生的结构措施。

（5）混凝土养护实力不断增强，以适当的方式来影响表面热、防潮措施来维持合适的价值，使其保持外面温度和混凝土表面的温差不同，并保持足够的水，以确保混凝土凝固的更好的效果，减少了温度梯度的膨胀和收缩，以确保混凝土凝固在一个适当的水平。

5 控制裂缝的措施

5.1 安排合理的钢筋布置

钢筋混凝土弹性模量弹性模量的7～15倍大，合理配置可以帮助减少钢筋混凝土的收缩、在相同的配筋率，我们应该采用细筋密布的方法。

5.2 控制伸缩缝在一个适当范围

膨胀节的结构，以防止由于温度效应。最新的《钢筋混凝土结构的设计规范》规定：连续钢筋混凝土结构在室内或土里德条件下，伸缩缝间距大约在55m，所以重要部分应使用适当的伸缩留缝，这可以减少大型结构温度裂缝。

5.3 设计后浇带

后浇带设计的是控制临时温度裂缝的关键。需要后绞带在灌注之前暂时保留的过程中，保证温度收缩变形接头结构混凝土至少30%的收缩都完成了。

5.4 使用合适的混凝土

在实际最高温度上升的过程中，需要一定数量的水泥混凝土、水泥品种。有些需要给予较低水泥水化热的，如矿渣硅酸盐水泥。根据该设计的要求下，应该降低的混凝土强度，降低水泥的数量。地下室外墙施工时，考虑到体积收缩比普通硅酸盐水泥矿渣水泥大25%，所以使用普通硅酸盐水泥。

5.5 骨 料

当前的泵送混凝土的技术指标，通常在5～25mm范围内。根据试验，使用5～40mm比使用5～25mm的沙石，可以减少用水量每立方米混凝土，在同条件即相同的水灰比，水泥消耗量减少了20公斤左右，所以尽量选择一个大尺寸粗骨料。

5.6 砂

粗砂细度模数，必须控制在2.3点或以上、土的含量保持在2%或更少。因为使用细度模数2.8相比2.3每立方公尺的沙子水泥用的混凝土可以减少大约30千克，降低水的消耗量20～25公斤，从而减少混凝土水化热、收缩，这是由温差所引起的。泵送混凝土、砂率应控制在38%到45%。

5.7 使用粉煤灰等矿物质外掺料

因为粉煤灰的粒子是球形的，空心结构，主要由二氧化硅，氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁，所以在实际工作中，使用粉煤灰混凝土可以改善混凝土的工作性、减少了水泥的水化热，减少收缩替代，提高抗裂性能有很好的效果。然而，粉煤灰应该注意的是，早期强度的混凝土低水泥用量应根据种类的不同、施工工艺、工程对象所决定。

5.8 外加剂

为了达到目的：减少裂缝。在水的研究过程中，通常要求添加混凝土减水剂、缓凝剂，微膨胀。对于混凝土掺合料的质量非常大的，有一种轻微的膨胀剂与其它助剂在一起使用可能会引起副作用，所以在使用前要确定测试通过。微膨胀肿胀是目前应用品种更多，质量参差不齐，我们通过实验，比较常用的是更好的是UEA-H，水中养护空气中养护分别为，28d14d。0.045%和0.011%，符合建材行业标准（JC478-9214d）在水和空气28d0.04%保持在一个适当范围内，UEA-H60d0.018%。

5.9 控制混凝土浇筑温度

根据技术规范，在浇注大体积混凝土应合理使用分层，温度白痴恒定的混凝土混合之前上升外面温度低、混凝土浇筑温度不应超过28℃。夏天，如果模具温度过高、可用的水混合水少，不仅可以覆盖粗骨料，也可以防止太阳值晒来降低室内温度。在混凝土灌注的過程中，混凝土水泥水化热温度和最高温度是主要的进入模具温度、影响混凝土水化热的原因。规格：温度范围内的设计要求，设计时没有特别要求，温度升高不应超过25℃。建议限制ΔT30℃，根据我们的经验ΔT28℃没有表面裂纹。厚度浇注料的地板1.0～250万的，实际的最高温度通常发生在混凝土形成第3天。

5.10 注意混凝土施工的操作程序

除了按照《混凝土施工及验收》实施，我们还应该注意：

（1）控制坍落度的混凝土泵送安逸和一般需要一个更大的工作地点，通常由搅拌站解决掺高效减水剂。建设单位应当在订单合同中订立的混凝土坍落度、价值要求。坍落度的一般控制120±20mm是合适的。

（2）泌水、混凝土振动浇注过程中可能会出现大量泌水，在混凝土边坡的坡脚接近最好选用的一个统一的模板，这样可以改变方向，从混凝土浇筑远端，背部，原材料加工在一个污水坑里，再用一个软轴。

5.11 加强混凝土的养护

塑料薄膜覆盖和稻浇水草袋覆盖是用来防止高层建筑地下室裂缝的重要组成部分，这个样做的目的是为了控制温度和防止表面产生裂纹，可以充分利用早期强度的混凝土温度应力产生σmax%216t拉伸强度Rf，可以防止裂缝的产生。另一方面，潮湿的环境中，防止混凝土表面因脱水造成收缩裂缝、水土保持不少于14d。

5.12 做好测温工作

混凝土底板的工作温度决定的混凝土水化热的大小。通过调节的具体措施来控制中心的最大温差、表面温度不会超过临界温度裂缝。

6 总 结

工作面底板 篇12

关键词：煤柱应力区,综采工作面,底板瓦斯,治理实践

1 概述

山脚树矿属于近距离煤层群开采, 采用自上而下逐层开采的顺序, 分阶段进行煤炭开采。主采煤层有10#、12#、15#、18#、18-1#、19#、20#煤层, 10#煤层上覆有3#、4#、9#煤层, 但由于3#、4#、9#煤层赋存不稳定, 属不可采煤层, 山脚树矿各煤层之间的层间距均在18米左右, 依次上部煤层均可作为下部煤层的保护层开采。

22151工作面位于山脚树矿北采区二水平一区段, 属15号煤层, 其上部的10号层22101采面、22103采面和12号层22121采面都已经回采结束, 层间距10号煤层与12号煤层为18米, 12号煤层到15号煤层为20米, 使得22151回采工作面瓦斯部分已经得到释放。

22151采面在掘进过程中, 沿煤层倾斜方向施工了本煤层钻孔, 对本煤层瓦斯进行预抽, 由于其上部的煤层回采完毕后, 已经不具备做高位巷抽放条件, 瓦斯治理主要采取在回风巷铺设采空区预留管抽放的方法来治理瓦斯。

22151采面回风巷铺设一趟Ф350mm管路, 使用一台2BEC52泵进行抽放, 瓦斯浓度15%～20%, 采面配风1200m3/min, 回风瓦斯0.5%～0.6%, 瓦斯涌出量在20m3/min～26 m3/min。

2 存在问题

22151工作面上覆的22121采面在回采工程中, 采面有50米12号煤层变薄不可采, 从而在推进过程中留下倾向50米, 走向长110米的岩柱, 该段给22151采面回采时造成应力集中区, 22151采面进入该段回采时, 从55号架子到85号架子底板往外出瓦斯, 局部高达6%～10%不等, 回风瓦斯从原来的0.5%增加到0.9%, 风排瓦斯增加5m3/min左右, 采面被迫停止生产, 采面在倾向上如图1所示。

3 解决底板瓦斯的措施

针对22151综采工作面的瓦斯情况, 本煤层瓦斯经过抽放, 已经得到有效控制, 瓦斯主要来源于煤层底板, 表现为从溜子底板瓦斯涌出最大, 来源于下临近18号煤层及围岩瓦斯 (层间距约23米) , 15号煤层直接底为泥质粉砂岩, 老底为砂岩。使用风煤钻往底板瓦斯涌出量大地点打钻孔, 孔深1.0以上时, 撤出钻杆后, 从钻孔内大量往外喷瓦斯, 裂隙发育, 直接将钻孔使用PPR管封接管抽放后, 周围1.5米范围内底板不再有瓦斯涌出, 收到很好效果, 制定了以下措施:

3.1 22151综采工作面每一个架子在底板上, 使用风煤钻沿采面推进方向在溜子底板施工钻孔, 孔深1.0～1.5米, 封孔后接管抽放。采面每割一排煤, 溜子移靠煤壁后, 重新施工钻孔进行抽放, 保证溜子下部和局部瓦斯不超限。

3.2 在回风巷每20米施工一个钻场, 在钻场内向采面底板有瓦斯涌出地段施工俯孔, 终孔位置位于15号煤层底板5米, 每个钻场施工20个钻孔, 抽放采面底板瓦斯, 下一个钻场施工的钻孔部分覆盖上一个钻场钻孔, 能够接茬, 实现不间断的抽放。

4 施工过程中的注意事项

4.1 使用风煤钻进行施工时, 钻机一定要扶好, 不能随意摆动, 防止钻杆与溜子电缆架后架子等铁器相碰, 防止产生机械火花。

4.2 钻孔为俯孔, 抽放工程中管路容易积水, 做好抽放管路检查和放水工作, 防止管路有积水后不能有效抽放瓦斯, 造成局部瓦斯超限。

4.3 采面割煤时在有瓦斯涌出地段暂时不移溜子, 该地段全部割完通过后, 机组停好, 切断采面电源后, 采面进行移溜子和施工抽放钻孔, 待钻孔施工结束, 检查局部瓦斯都在1%以下再恢复生产。

4.4 钻孔施工过程中瓦斯压力较大, 使用水排屑不便施工, 容易堵钻, 钻进困难, 抽放时孔内水多, 影响抽放效果, 应用压风排屑, 但必须使用好风、水转换装置, 一旦发现钻孔内异常, 及时切换将水注入钻孔内, 防止打钻着火事故。

4.5 采面移架后, 要及时检查采面及上出口的瓦斯抽放缠丝软管, 防止移架后造成抽放管路脱落及缠丝软管挤压, 影响瓦斯抽放效果。并及时回撤随采面推进而造成采面上出口多余的瓦斯抽放缠丝软管。

5 采取措施后的效果

22151综采工作面经过采面钻孔和回风巷钻场钻孔抽放后, 回风瓦斯由0.9%降到0.5%, 生产期间没有出现瓦斯超限现象, 刚开始治理时采面出现瓦斯超限的每个架子都需要进行施工抽放钻孔, 待回风巷钻场钻孔施工抽放钻孔后, 采面只需要施工5～10个钻孔就完全能够满足要求, 主要依赖回风巷钻孔抽放采面底板瓦斯, 在回风巷外钻场钻孔抽放效果最好的时候, 采面不施工钻孔也能保证安全生产。

6 瓦斯治理结论

6.1 22121工作面回采时留煤柱, 造成应力集中, 给22151综采工作面瓦斯治理和瓦斯管理带来困难, 今后在回采时不能为保煤质, 在煤层变薄地段而留设煤柱, 应采取降低采高通过, 防止出现应力集中。

6.2 采面在回采过程中, 穿层钻孔主要抽放动压瓦斯, 22151采面回风巷钻孔浓度一般都能保持在30%～70%, 钻孔汇合后浓度都在40%以上, 为22151采面安全回采创造条件。

6.3 瓦斯是可防和可治的, 我们只要以科学的态度去应对, 分析好瓦斯来源, 采取强有力的针对性措施, 从源头上去治理去治理瓦斯, 防止瓦斯超限, 防范瓦斯事故发生。

参考文献

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