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1、分类号：分类号： 密级：密级： U U D D C C 编号：编号： 四川华蓥山广能（集团）有限责任公司四川华蓥山广能（集团）有限责任公司 科学技术报告 带带压压封封堵堵高高压压瓦瓦斯斯及及硫硫化化氢氢气气体体 施施 工工 技技 术术 研研 究究 *（研究人员名）（研究人员名） 工作完成日期：二工作完成日期：二七年十一月七年十一月 报告提交日期：二报告提交日期：二七年十二月七年十二月 四川华蓥山广能四川华蓥山广能( (集团集团) )公司公司 华蓥市滨河东路华蓥市滨河东路 1 1 号号 二二七年十二月七年十二月 摘 要 龙滩矿井是设计 90 万吨/年的在建大型矿井，+450 回风石门掘 进施工中
2、，在茅口灰岩内遭遇特大高压（3MPa） 、高浓度瓦斯及硫 化氢有毒气体异常带，矿井总回风瓦斯和硫化氢大量超标,不仅无法 按照一般的掘进工艺施工,而且安全威胁极大,造成全矿井建设停止施 工。本课题即是针对这一严重灾害，将治理高压有毒气体作为主要 研究对象，研究了带压钻进、带压注浆的带压堵气核心创新技术， 攻克了掘进通过高压瓦斯及硫化氢有毒气体异常带的难关，实现了 安全、科学施工。节约矿井建设工期 90 天，可创直接经济效益 604 万元，并创间接经济效益达 1227 万元以上。项目的成功，为煤矿井 巷施工提供了防治高压瓦斯、硫化氢等有毒有害气体的新方法，是 一种新型的具有较大推广价值的施工工艺。
3、 关键词：带压堵气；瓦斯；硫化氢；施工；研究 I 目 录 1 绪言.1 1.1 项目研究背景1 1.2 国内外研究现状1 1.3 课题研究目标和内容2 1.3.1 课题研究目标2 1.3.2 课题研究内容2 1.3.3 技术难关3 2 地质概况.3 2.1 工程地质条件3 2.2 水文地质条件5 2.3 构造带特性6 3 课题研究思路、方案及工程设计.9 3.1 研究思路9 3.2 带压堵气技术方案研究10 3.2.1 带压钻进技术研究10 3.2.2 带压注浆技术研究11 3.2.3 注浆材料及其性能研究12 3.3 带压堵气工程设计20 3.3.1 钻孔布置及技术参数21 3.3.2 注浆
4、技术参数25 3.3.3 施工顺序25 3.3.4 效果检验标准25 3.3.5 信息化施工设计26 II 4 施工准备27 4.1 机具配套的选择27 4.1.1 施工设备特点27 4.1.2 钻孔机械的选用及其技术参数27 4.1.3 注浆设备的选用及其技术参数28 4.1.4 制浆设备选用28 4.2 施工技术要求29 4.2.1 止浆墙29 4.2.2 单孔施工顺序29 4.2.3 弧线段注浆孔放线参数30 4.3 施工措施34 4.3.1 组织措施34 4.3.2 安全技术措施36 5 现场施工44 6 项目实施效果44 7 经济与社会效益44 7.1 经济效益44 7.1.1 直接
5、经济效益45 7.1.2 间接经济效益45 7.2 社会效益46 8 结语46 参考文献.47 附录 A 带压封堵高压瓦斯及硫化氢气体施工技术研究工作总结 附录 B 应用证明 1 1 绪言 1.1 项目研究背景 为缓解四川煤炭严重短缺的矛盾，龙滩矿井作为川电东送主发 电厂广安发电厂的配套煤源基地，于 2003 年正式开工建设。施 工中，矿井主回风石门+450 回风石门遭遇一富含高浓度、高压 力、大储量瓦斯和硫化氢气体的特大地质构造，不仅严重阻碍了矿 井建设进度，同时对矿井安全也有着极大的威胁。 +450 回风石门是矿井建设关键连锁工程中必不可少的关键环节， 是矿井通风系统的咽喉通道。不及时解决
6、+450 回风石门的施工问题， 整个矿井井巷工程的施工将全面停止，建设工期将无限延长，经济 损失巨大。同时，由于地质构造中富含的瓦斯和硫化氢气体属有毒 有害气体，其浓度超过煤矿安全规程规定值上百倍，危害极大， 若不采取切实有效、安全可靠的施工方案和施工工艺，不仅石门无 法掘进通过，矿井和人员安全也无法得到保障。 为此，必须进行技术攻关，解决施工难题，从根本上保证施工 安全和施工进度。 1.2 国内外研究现状 对于煤矿井下施工，过伴随大流量、高浓度、高压力瓦斯和硫 化氢气体涌出地质构造带的施工未见报道。但对于穿越松散地层、 破碎岩层或充水地层，则有较多研究和报道。最常见的施工工艺有 冻结法、沉井
7、法、帷幕法以及新奥法等等。大型隧道或大断面地下 工程施工目前多采用盾构机施工。这些施工工艺大多工艺复杂，成 本极高，对施工环境、施工机具有着特殊的要求，如冻结法和沉井 2 法，常应用于含水冲积层，而盾构机则一般应用于特大断面积地下 工程施工，煤矿井下因断面所限，难以应用。 1.3 课题研究目标和内容 1.3.1 课题研究目标 由于+450 回风石门是矿井建设关键连锁工程中必不可少的关键 一环，是矿井施工的咽喉工程，同时又是矿井生产期最主要的通风 线路，确定的施工方案和施工工艺要能确保现场掘进工作安全、可 靠，由此确定以下课题研究目标： （1）不改变+450 回风石门的使用功能； （2）施工方案
8、和施工工艺能够确保施工时的安全和使用期的可 靠； （3）施工方案和施工工艺便于现场组织实施。过构造的施工时 间不能太长（控制在 6 个月以内） ，减少对矿井建设工期的影响程度； （4）施工方案和施工工艺的研究确立，以高压气体封堵和岩体 固化作为主要矛盾和研究方向。 1.3.2 课题研究内容 根据以上研究目标，确立以下具体研究内容： （1）通过钻孔控制，基本摸清地质构造的范围和特征，为施工 方案和施工工艺的研究、确定，提供可靠的基础依据； （2）寻找并确定防治的理论依据，用以指导施工方案和施工工 艺的建立和完善； （3）提出具体的施工方案和施工工艺，确定相关的技术参数； （4）制订现场实施时的安
9、全技术措施； 3 （5）组织管理保障体系的建立和完善。 1.3.3 技术难关 （1）带压钻进技术研究：攻克在具有 3MPa 高压力瓦斯、硫化 氢有毒气体的情况下，实现安全钻进的技术难关； （2）带压注浆技术研究：攻克在具有 3MPa 高压力瓦斯、硫化 氢有毒气体的情况下，实现安全注浆堵气的技术难关。 2 地质概况 2.1 工程地质条件 龙滩井田位于华蓥山腹部，山脊脊部宽缓，一般标高 1050m 左 右，向东、西两侧低下。龙王洞背斜东翼飞仙关组三段隆起，构成 井田地表分水岭，最高点为叶家大梁子，标高 1092.81m，最低点为 西翼龙滩子，标高 364.20m，属中山中低山地形，中等切割区。 矿
10、井长 11.3 公里，宽 2.8 公里，面积 30.26 平方公里。含煤地层为 二叠系，含煤两层，可采煤层仅 K1 煤层一层煤。井田地层分布情 况如下： （1）石炭系中统威宁组和二叠系下统梁山组（C2w+P1l）：总 厚度 8.80 米，成条带状分布。威宁组为白云质灰岩，梁山组为黄绿 色泥岩，裂隙不发育，为隔水层。 （2）二叠系阳新统（P1q+P1m）：总厚 342.00m，为薄厚层 状含燧石灰岩，地形上多呈陡坡或低洼谷地，广布背斜轴部及两翼。 其中栖霞组（P1q）厚 155.00m，岩性为灰至深灰薄厚层状石灰岩， 下部夹泥质灰岩；茅口组（P1m）厚 187.00m，岩性为石灰岩，颜色 由下至
11、上逐渐变浅。栖霞组与茅口组之间没有隔水层，可视为一个 含水层。茅口组石灰岩地表岩溶发育，各种形态岩溶均有出现，尤 4 以垂直类型的溶斗、落水洞居多。茅口组石灰岩是区内主要强含水 层。 （3）二叠系上统龙潭组（P2l）：厚 122.51m，多出露在背斜轴 部及两翼，受风化剥蚀后在地形上呈环形条带状分布的次生槽谷。 根据岩性可分为五段， P2l2、P2l4 段为石灰岩，地表时见小型溶洞 或裂隙，含岩溶裂隙水；P2l1、P2l3、P2l5 段多为泥岩、细砂岩、 粉砂岩组成，P2l5 夹薄层石灰岩，厚度小。全区可采的主要煤层 K1 位于 P2l1。P2l1、P2l3、P2l5 段地层除浅部具风化裂隙外
12、，深部裂 隙少见，为隔水层。 （4）二叠系上统长兴组（P2C）：厚 170.05m，分布于背斜两 翼，为含燧石的厚层状石灰岩，岩性竖硬，多突起成高耸的山岭， 地表岩溶发育，溶洞、溶道规模较大，是区内主要强含水层。 （5）三叠系下统飞仙关组（T1f）：厚 490.13m，出露于龙王 洞背斜两翼。根据岩性可分 8 段，其中 T1f1-2、T1f2-1、T1f2- 3、T1f3-1、T1f3-2 为石灰岩，含岩溶裂隙水，岩溶发育规模较大， 是区内主要含水层。T1f1-1、T1f2-2、T1f3-3 为紫红色钙质泥岩，裂 隙不发育，为隔水层。 （6）三叠系下统嘉陵江组（T1j）：厚 562.24m，上
13、部以白云 岩、白云质石灰岩为主。下部以石灰岩为主，夹少量白云岩。富水 性强，为区内主要地下水水源地。 （7）三叠系中统雷口坡组（T2l）：厚 349.32m，分布于华蓥 山脉的两侧，岩性为灰岩、泥灰岩、钙质泥岩、白云质灰岩等组成， 岩溶少见，泉水亦少，富水性弱。 （8）三叠系上统须家河组（T3xj）：厚 406.81m，出露于华蓥 山脉的两侧，形成低山丘陵。岩性为灰白、黄灰色石英砂岩，深灰 5 色泥岩为主，夹灰色砂岩、薄煤层及煤线。浅部裂隙发育，时有流 量较小的泉水出露，富水性弱。 +450 回风石门位于龙王洞背斜西翼，地层属于二叠系茅口组灰 岩。该组灰岩上部为灰、浅灰色厚层状粉晶灰岩，质地坚
14、硬、致密， 局部含燧石，层厚 16.3636.55m，其顶部 10m 内裂隙较发育，岩 芯较破碎，方解石呈树枝状、网状；中部为深黑灰色中厚层泥质 灰岩夹灰质泥岩，层厚 8.4338.81m，富含生物碎屑，硫化氢含量 高，乃至隔数月敲打岩芯仍具浓愈的臭味；下部为棕灰色、灰色粉 晶灰岩，含燧石结核及方解石脉。 2.2 水文地质条件 井田出露最老地层为二叠系上统长兴组，于井田北端沿龙王洞 背斜轴部呈天窗出露。出露最新地层为三叠系中统雷口坡组，分布 于背斜两翼外缘，其余各地层依次对称分布于背斜两翼，沿走向呈 长条带出露，现将上述各层及矿井有影响的各层含（隔）水特征分 述如下： （1）第四系（Q）：零星
15、分布于地形低洼及沟谷地带，厚度 012.76m，为黄褐色、黄色粉质粘土及粉质砂土组成。 （2）雷口坡组（T2l）：厚约 398.34m，以薄层状泥质灰岩、 厚层状灰质白云岩及岩溶角砾岩组成，底部为黄绿色灰质泥岩（厚 约 2.00m） 。为一富水性中等的岩溶裂隙含水层。 （3）嘉陵江组（T1j）：厚 524.04m，由浅灰色中厚层状白云 岩、细晶灰岩及薄至中厚层状石灰岩组成。为富水性强的岩溶裂隙 含水层。东、西两翼相比，西翼含水性强于东翼。 （4）飞仙关组（T1f）：厚 450.46m，上部有厚约 25.8234.90m 浅灰色、紫红色灰质泥岩，裂隙少见，富水性极弱， 6 可视为隔水层。中下部由
16、灰色细晶灰岩、厚层状鲕粒灰岩、灰质泥 岩及中厚层状粉晶灰岩等组成，岩溶裂隙发育。该段为一富水性中 等的岩溶裂隙含水层。东、西翼相比，仍是西翼含水性强于东翼。 （5）长兴组（P2c）：厚 193.33m，为灰色、深灰色中厚层 状泥晶灰岩及粉晶灰岩，局部为生物礁灰岩。于井田北端呈天窗出 露，面积 6 平方公里。地表岩溶裂隙发育，地下水潜入深部，补给 了其它水层。经连通试验证实，补给了飞仙关组含水层。全井田水 位标高 865.35731.55 米，勘探线以北地下水有由东向西流动的趋 势。该层富水性极不均一，长兴组为富水性中等的岩溶裂隙含水层。 （6）龙潭组（P2l）：厚 128.34153.24m，平均厚 136.85m。 根据岩性可分为五段，第一、三、五段为深灰色薄层状砂质泥岩、 粉砂岩，薄层灰色石灰岩、泥岩组成，含 K1、K2 煤层及铝质泥岩， 属隔水层。第二、四段
