礦井充水巷道施工綜合技術(shù)方案一、工程概況1.1巷道基本參數(shù)本巷道設計為半圓拱形斷面，凈寬4.2m，凈高3.5m，凈斷面面積11.8㎡，掘進斷面面積13.2㎡。巷道全長860m，穿越砂巖、泥巖及煤層復合地層，其中含水段占比約45%，主要涉及2#煤層頂板砂巖含水層（富水性中等）及斷層破碎帶（預計最大涌水量350m3/h）。根據(jù)《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》附錄一水文地質(zhì)條件分類，本工程屬于中等復雜型水害礦井。1.2地質(zhì)條件巖性分布：0-220m段為灰色細砂巖（單軸抗壓強度35-45MPa），220-480m段為砂質(zhì)泥巖與煤層互層（泥巖遇水易軟化），480-860m段為粗砂巖夾斷層破碎帶（節(jié)理裂隙發(fā)育）水文特征：正常涌水量180m3/h，最大涌水量按350m3/h設計，水壓0.8-1.2MPa，水質(zhì)偏酸性（pH值6.2-6.8）地質(zhì)構(gòu)造：巷道掘進至650m處將穿越F3斷層（走向NE30°，傾角55°，落差2.5m），斷層帶附近巖體完整性系數(shù)Kv＜0.41.3工程技術(shù)標準支護結(jié)構(gòu)安全等級：二級（服務年限15年）混凝土強度等級：噴射混凝土C25，錨桿錨固劑M32抗?jié)B等級：永久支護結(jié)構(gòu)不低于P6允許變形量：頂?shù)装逡平俊?50mm，兩幫移近量≤200mm二、施工準備2.1技術(shù)準備地質(zhì)預測：施工前完成3個超前地質(zhì)鉆孔（孔徑91mm，孔深30m），采用地質(zhì)雷達與鉆探結(jié)合方法，查明前方20m范圍內(nèi)含水層分布及富水性，繪制巷道地質(zhì)預想剖面圖專項設計：編制《探放水施工設計》《斷層破碎帶支護專項方案》及《防治水安全技術(shù)措施》，經(jīng)礦總工程師審批后實施測量放線：采用全站儀按腰線法施工，每50m設置永久導線點，巷道中線偏差控制在±150mm內(nèi)，腰線偏差±50mm內(nèi)2.2設備與材料準備設備類型規(guī)格型號數(shù)量主要參數(shù)掘進設備EBZ200懸臂式掘進機1臺截割功率160kW，最大截割高度5.2m探水鉆機ZLJ-350坑道鉆機2臺鉆孔深度100m，扭矩3.5kN·m排水設備MD450-60×9離心泵3臺流量450m3/h，揚程540m，配250kW電機支護設備PZ-5B噴射機2臺生產(chǎn)能力5m3/h，工作風壓0.6-0.8MPa注漿設備ZJB-6注漿泵2臺最大工作壓力10MPa，流量6m3/h主要材料儲備：Φ22×2400mm高強度錨桿（屈服強度≥500MPa）、Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格100×100mm）、29U型鋼支架（屈服強度345MPa）、C25噴射混凝土（水泥采用P.O42.5R，骨料級配5-10mm：10-20mm=3:7）2.3施工設施布置排水系統(tǒng)：設置三級排水站，一級水倉（掘進工作面）容積80m3，配備2臺BQW300-15-22潛水泵；二級水倉（中部車場）容積300m3，安裝2臺MD250-30×4離心泵；三級主水倉容積1800m3（分主副兩倉），配置3臺MD450-60×9離心泵（工作+備用+檢修）通風系統(tǒng)：采用壓入式通風，安裝2臺FBDNo6.3/2×30局部通風機（一用一備），風筒選用Φ800mm阻燃風筒，末端距工作面≤5m，風量按250m3/min設計供電系統(tǒng)：雙回路供電，引自地面35kV變電所，井下設置移動變電站（KBSGZY-1250/10），掘進工作面采用風電閉鎖與瓦斯電閉鎖保護三、施工工藝3.1超前探放水3.1.1探水設計鉆孔布置：采用"三花形"布孔，在工作面布置5個探水孔，中心孔方位角0°（沿巷道中線），上仰3°；左右?guī)涂追轿唤恰?0°，下俯2°；孔深20m，超前距5m，幫距2.5m孔口裝置：采用Φ127mm孔口管（長度5m），管外用水泥-水玻璃雙液漿錨固（水灰比1:1，水玻璃濃度35Be'，注漿壓力1.5-2.0MPa），安裝DN100高壓閘閥及Y-100型壓力表3.1.2放水工藝穿透積水區(qū)前控制鉆進速度≤1m/min，每鉆進5m測定鉆孔傾角、方位角并記錄巖芯揭露含水層后立即安裝控水閥門，初始放水量控制在80-100m3/h，待水壓穩(wěn)定后逐步增至200m3/h放水過程中每30min監(jiān)測涌水量、水壓及水質(zhì)變化，當出現(xiàn)渾濁水或有害氣體（H?S濃度＞0.00066%）時立即停鉆處理3.2巷道掘進3.2.1掘進方式采用"全斷面一次掘進，臺階式臨時支護"施工法，循環(huán)進尺1.2m。具體工序：切割落煤（巖）：掘進機截割頭由下向上、由左至右螺旋式切割，周邊眼距輪廓線200mm，保留200mm光爆層裝巖運輸：掘進機鏟板收集矸石，通過轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機運至臨時矸石倉排矸系統(tǒng)：采用1t礦車經(jīng)軌道運輸至地面矸石山，運輸能力≥80m3/h3.2.2特殊地段處理斷層破碎帶：采用"短掘短支"法，循環(huán)進尺縮短至0.8m，超前支護采用Φ25×4500mm管縫式錨桿（間距800mm，排距600mm）含水層段：掘進前進行預注漿加固，采用Φ50mm注漿孔（孔深8m，間排距1.5m×1.5m），注入水泥-水玻璃漿液（凝膠時間30-60s），加固半徑≥1.5m3.3支護工程3.3.1支護方案支護類型適用范圍技術(shù)參數(shù)臨時支護全段面Φ42×3500mm管縫錨桿+金屬網(wǎng)（網(wǎng)格200×200mm），間距800×800mm，初錨力≥50kN永久支護一般巖層段Φ22×2400mm螺紋鋼錨桿（間排距800×1000mm）+Φ6.5mm鋼筋網(wǎng)+C25噴射混凝土（厚100mm）加強支護斷層破碎帶/含水層段29U型鋼支架（棚距600mm）+雙層鋼筋網(wǎng)+注漿錨桿（Φ25×3500mm，間排距800×800mm）3.3.2支護施工工藝錨桿安裝：采用MQT-130氣動錨桿鉆機鉆孔，孔深2450mm（誤差±50mm），安裝樹脂錨固劑（K2350+Z2360雙速藥卷），攪拌時間20-30s，等待時間≥3min，錨桿預緊力矩≥300N·m噴射混凝土：分兩次噴射，初噴50mm厚封閉圍巖（初凝時間≤15min），復噴至設計厚度（終凝時間≤2h）。配合比（重量）：水泥:砂:碎石:水=1:2:2:0.45，添加速凝劑（摻量3%）及防水劑（摻量2%）鋼支架安裝：支架梁腿搭接長度300mm，采用Φ20mm螺栓連接（扭矩≥200N·m），背板選用100×50mm松木（間距300mm），支架架設后及時噴射混凝土充填背空區(qū)3.4排水系統(tǒng)建設3.4.1排水管路布置主管路：沿巷道右側(cè)敷設Φ200mm無縫鋼管（材質(zhì)20#鋼，壁厚8mm），采用法蘭連接（配耐高壓橡膠墊片），每50m設剛性支架固定支管路由：工作面設置Φ150mm伸縮軟管（耐壓2.5MPa），連接至一級水倉，安裝DN150電動閘閥遠程控制管路防腐：外壁采用環(huán)氧煤瀝青涂料（干膜厚度≥200μm），內(nèi)壁涂刷聚脲防水層（厚度1.2mm）3.4.2水倉施工主水倉采用錨噴+砌碹復合支護，混凝土強度C30，壁厚500mm，設置3道沉降縫（間距20m），縫寬20mm，內(nèi)填瀝青木絲板水倉進口處設兩道過濾設施：第一道為Φ10mm鋼筋篦子（網(wǎng)格50×50mm），第二道為斜板沉淀池（傾角60°，表面積15㎡）安裝超聲波液位計（測量范圍0-5m，精度±10mm），實現(xiàn)水位自動監(jiān)測與水泵聯(lián)動控制四、關(guān)鍵技術(shù)措施4.1斷層破碎帶治理采用"注漿加固+剛?cè)釓秃现ёo"技術(shù)體系：超前預注漿：采用Φ75mm鉆孔（孔深12m，環(huán)向間距800mm），注入超細水泥-水玻璃漿液（粒徑≤3μm，擴散半徑≥2.5m），注漿結(jié)束標準為單孔吸漿量＜5L/min且持續(xù)30min支護參數(shù)優(yōu)化：U型鋼支架增設可縮性接頭（最大收縮量300mm），架設前在頂?shù)装邃佋O20mm厚鋼板（規(guī)格1000×500mm），支架間采用Φ16mm拉桿連接（間距1.5m）圍巖監(jiān)測：安裝JSS30A型數(shù)顯收斂儀，每5m設1個監(jiān)測斷面，初期每天觀測1次，穩(wěn)定后每周觀測1次，當變形速率＞5mm/d時啟動預警4.2防水抗?jié)B處理噴射混凝土防水：添加FS-P型混凝土防水劑（摻量3%），采用潮噴工藝（骨料含水率5%-8%），確保表面平整度≤50mm/2m施工縫處理：環(huán)向施工縫設置遇水膨脹止水條（規(guī)格30×20mm，膨脹倍率≥300%），縱向施工縫采用Φ10mm止水鋼板（寬度300mm）排水孔設置：在巷道低洼處（每200m）設集水坑（尺寸1.5×1.0×1.2m），安裝Φ108mm排水孔（孔深5m，傾角15°），接入支管排水系統(tǒng)4.3設備防腐蝕針對酸性水質(zhì)采取以下防護措施：水泵葉輪及泵殼采用高鉻鑄鐵（Cr26）材質(zhì)，軸封選用機械密封（碳化硅-石墨摩擦副）電氣設備采用IP65防護等級，控制箱內(nèi)安裝除濕裝置（濕度≤60%RH）金屬支架及管路每半年進行一次防腐處理（除銹等級Sa2.5，涂刷聚氯乙烯涂料）五、安全保障體系5.1水害防治措施"三線"管理：劃定探水線（距含水層15m）、警戒線（距探水線5m）、停采線（距警戒線3m），懸掛明顯標識牌應急排水：在一級水倉儲備2臺BQW500-10-30潛水泵（備用電源取自柴油發(fā)電機），排水管路由設置快速接口避災路線：每100m設置防水閘門（抗水壓2.0MPa），避災路線圖懸掛于巷道交叉口，每月組織1次水害應急演練5.2頂板管理采用"敲幫問頂"制度，每班開工前由班長用2.5m長撬棍處理活矸危巖空頂距離嚴格控制在2.0m以內(nèi)，臨時支護緊跟工作面（滯后距離≤1.5m）安裝GYX-III型頂板離層儀（測點深度6m/12m），臨界值設定：淺基點位移＞10mm或深基點位移＞20mm時停工處理5.3通風與瓦斯管理工作面風流中瓦斯?jié)舛取?.8%時自動切斷掘進機電源，≥1.5%時啟動緊急撤人程序配備2臺光干涉式瓦斯測定儀（精度±0.01%）及1臺便攜式甲烷報警儀（報警點0.8%）風筒出口風量每小班測定1次（要求≥250m3/min），風筒漏風率≤8%/100m六、質(zhì)量控制與驗收6.1質(zhì)量控制標準項目允許偏差檢驗方法巷道斷面尺寸中線±100mm，腰線±50mm激光投點儀+鋼卷尺（每50m測3點）錨桿安裝質(zhì)量孔深±50mm，角度±5°測繩+量角器（每30m檢查1組）噴射混凝土厚度-5mm，+10mm鉆孔取芯法（每100m取樣3點）鋼支架間距±50mm鋼卷尺（每20m檢查1處）6.2驗收程序分項工程驗收：掘進、支護、排水等分項工程完成后，由施工單位自檢（合格率≥90%），報監(jiān)理工程師驗收隱蔽工程驗收：包括錨桿錨固力測試（抽檢率5%，最低值≥設計值90%）、注漿飽滿度檢測（采用聲波探傷法）竣工驗收：巷道施工完成后進行為期30d的穩(wěn)定性觀測，累計變形量≤設計允許值80%方可通過驗收6.3資料歸檔施工記錄：包括掘進循環(huán)圖表、支護參數(shù)記錄表、涌水量觀測臺賬（每小班記錄）試驗報告：混凝土試塊強度報告（28d抗壓強度≥25MPa）、錨桿拉拔試驗記錄（最小錨固力≥180kN）竣工圖紙：巷道實測剖面圖（比例1:500）、支護結(jié)構(gòu)圖及隱蔽工程簽證單七、施工組織管理7.1勞動力配置采用"三八"作業(yè)制，配置以下專業(yè)班組：掘進班：12人（掘進機司機2人，支護工6人，信號工2人，普工2人）探水班：6人（鉆機司機2人，注漿工2人，記錄員1人，安全員1人）機電班：8人（電工3人，鉗工3人，焊工2人）輔助班：10人（運輸5人，排水3人，通風2人）7.2進度計劃采用網(wǎng)絡圖控制施工進度，關(guān)鍵線路：測量放線→超前探水→掘進作業(yè)→永久支護→設備安裝計劃總工期150d，其中：準備階段：15d正常段施工（600m）：90d（日均進尺6.7m）特殊段施工（260m）：45d（日均進尺5.8m）7.3成本控制材料消耗指標：錨桿≤11根/10m，水泥≤1.2t/10m，鋼材≤0.8t/10m機械效率：掘進機利用率≥75%，排水系統(tǒng)運行效率≥90%優(yōu)化措施：采用混凝土配合比優(yōu)化（降低水泥用量5%）、錨桿回收復用（回收率≥30%）等技術(shù)節(jié)約成本八、應急預案8.1突水應急處置預警響應：當涌水量突然增至250m3/h或水壓驟升0.5MPa時，立即啟動Ⅱ級響應，切斷工作面電源，組織人員撤離堵水措施：采用"速凝混凝土+棉絮"快速封堵（初凝時間＜5min），必要時投放高分子吸水膨脹材料（膨脹倍率200-300倍）排水調(diào)度：啟動三級排水系統(tǒng)聯(lián)動，主水泵全開（總排水能力900m3/h），同時調(diào)用地面消防車輔助排水8.2冒頂事故處理發(fā)生冒頂時立即啟動"