进风井筒工作面注浆措施

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长平矿釜山进风立井井筒工作面探水预注浆施工组织设计施工单位：宏圣矿建安装分公司第二项目部项目经理：吴小方编制：窦周宏圣矿建安装分公司第二项目部二零零六年六月 目录一、概况二、地质及水文情况三、注浆方案的确定四、注浆设计五、注浆前的准备工作六、钻进施工七、注浆施工八、注浆结束标准及效果的检查九、施工安全技术措施十、工序、工期及劳动组织附图：1、止浆垫施工结构及钻孔布置平剖面图2、地质剖面预想图3、注浆站平剖面布置图4、注浆工艺流程及孔口装置示意图 长平矿釜山进风立井井筒245m～285m段工作面预注浆施工组织设计一、概况长平矿釜山进风立井井筒全深410米，马头门设计落底水平+572m，井口标高为+955m，井筒净直径7.00m。基岩段井壁厚450㎜，砼设计标号为C30。为保证井筒的安全顺利施工，本着“有疑必探，先探后掘”的原则，依据施工组织设计和施工规范的要求，现井筒施工246m，浇注止浆垫，然后进行常规工作面探水预注浆施工。二、地质及水文情况根据长平矿提供的“进风立井地质检查孔说明书及柱状图”资料，在孔深步272～274m处岩芯破碎，多次出现掉块、塌孔事故，且冲洗液消耗量增大，在256～274m简易水位急剧下降，冲洗液全部漏失，属裂隙发育，且连通性较好的地段。三、注浆方案的设计根据“进风立井地质检查孔说明书及柱状图”资料注浆段起止深度为245m～285m，段高40m。为了保证井筒的施工质量，本次注浆采用浅孔锤打钻孔，钻孔直径Ф91㎜。四、注浆设计工作面预注浆设计主要包括三个方面的内容：（一）止浆垫及止浆帽的设计；（二）钻探成孔设计；（三）注浆参数。（一）止浆垫的设计 1、止浆垫厚度的确定为了安全起见，每次钻探施工前必须在工作面施工止浆垫，本次注浆设计为了施工方便，采用单级平底型砼止浆垫，砼设计标号为C30。利用公式：Bn=Po.r/︱δ︱＋0.3r=（5×3.95/32×1/2）＋（0.3×3.95）=3.66m式中：Bn——砼止浆垫厚度Po——注浆终压取5MPr——井筒荒半径取3.95m︱δ︱——砼允许抗压强度C30砼14天强度（掺2%Cacl2）取32×1/2钻孔中心距井壁荒径只有500㎜（不考虑钻孔偏斜），所以止浆垫无法施工成喇叭口形状，决定采用直墙形式，具体尺寸见附图。2、井壁强度验算与止浆垫连接处为井壁，砼设计标号为C30，利用公式：︱δ，︱=Po.[（D＋2E）2＋4h2]/4E（D＋E）≤︱δ︱=3.0[（7＋2×0.45）2＋4（0.3×3.95）2]/4×0.45（7＋0.45）=15.22<︱δ︱=16MP式中：︱δ，︱——井壁材料的实际压力MPD——井筒净直径取7mE——井壁设计厚度取0.45mPo——注浆加固注浆压力，考虑到工作面已处于含水层内，注浆前，必须对止浆垫及以下岩石进行注浆加固，注浆压力取3.0MP为宜。 ︱δ︱——井壁砼设计标号32.0/2=16MP（一）钻探成孔的设计1、注浆孔数及布置采用同心园等距布孔，布孔数可按下式计算：N=∏（D－2A）/L式中：N——注浆孔数D——井筒净直径D=7mA——注浆孔距净井壁的距离。依据潜孔锤钻机施工要求，取A=0.6mL——注浆孔距，依据《煤矿注浆技术》，注浆孔直径大于65㎜时，孔间距在大裂隙中取2-3m，小裂隙中取1.5-2m，鉴于该井筒实际穿过含水层情况，取L=2.0m，则N=3.14×（7-2×0.6）/2=9.10个按《井巷工程验收规范》，注浆孔数应取8-12个，结合实际岩石垂直裂隙较发育的情况，本次注浆取N=10个，钻孔布置在以井中为圆心，半径2.9m的圆周上，则孔间距为L=1.82m。由于潜孔锤施工的困难，本次设计注浆孔为直孔，注浆孔直径为Ф91。2、注浆孔的施工顺序注浆孔施工本着对角施工，先稀后密，先注后查的原则，其施工顺序为1-6-3-8-2-7-4-9-5-10。（二）注浆参数1、注浆深度及段高的划分 本次注浆的地层为含水层，根据潜孔锤钻机的钻进能力，配备专用压风增压机，注浆总深度设计40m，即245m～285m。为确保注浆质量，保证浆液的扩散半径，采用下行式注浆方法。为防止淹井事故，钻机中发生塌孔缩径，突水或涌水量达15m3/h时，即应停钻注浆。2、浆液的选择及配比根据地质资料可知，岩层竖向裂隙发育，注浆时，浆液流动阻力较大，为将浆液尽量推远，增加其扩散半径，本次注浆采用单液水泥浆。水泥选用525#普硅水泥。当浆液消耗特别大时，为控制扩散范围，可适当加入速凝剂。速凝剂然后在水泥浆液中加入BR-CE型增强防水剂搅拌，BR-CE型增强防水剂加入量为水泥用量的10%（水泥的重量比）。再加入专用粉，用量为水泥用量的3%（水泥的重量比）。两分钟后边搅拌边用注浆泵吸，这池吸的同时，另一池搅拌，这样循环作业。单液水泥浆的浓度本着高压稀浆和先稀后浓的原则，水灰比由3：1、2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.8：1逐级调配。失效结块的水泥禁止使用。浆液的初始浓度，是依据压水试验的吸水量来确定的。水泥浆配制表水灰比水泥（袋）水（m3）制成浆量m3BR-CE防水剂专用粉（㎏）3：1711.1173510．52：11011.16750151.5：11311.2176519．51.25：11611.26780241：12011.33310030 0.8：12511.41712537．5水泥50㎏/袋。备注：为现场制浆方便，在一搅拌池内加入一定量的水（可为1m3）并做好标志，每次制配浆液均先加入1m3水，加入不同袋数的水泥，以达到不同水灰比的浆液。表中水泥袋数是依据计算结果，采用四舍五入方法获得的。3、注浆压力依据《井巷工程验收规范》规定，注浆终压为受注点静水压力的2-4倍，结合所注地层竖向裂隙发育和所采用注浆泵的实际能力，本着高压稀浆的原则，本次注浆终压取4MPa，施工时，可根据钻孔静水压力，酌情调整。止浆垫及以下岩柱加固注浆，采取浓浆（水灰比0.6），低压、慢注的原则，注浆压力取长3.0MPa。施工中要认真观察井壁及止浆垫变化情况，适当调整注浆压力大小。4、注入浆量和泵量（1）注入量浆液的注入量主要取决于浆液的有效扩散半径，岩石裂隙大小、水泥结石率等因素。依据《验收规范》注入浆量可按下式计算：　Ｑ＝Ａ·∏Ｒ２·Ｈ·n·B/m=1.3×3.14×8.92×40×0.03×0.9/0.67=521.2m3式中：Ｑ——注入浆量m3　　　Ａ——浆液损失系数　　取１.３R——浆液有效扩散半径（以井筒中心为基点）取6＋[（7-1.2）/2]=8.9 H——注浆段高度取40mB——浆液在裂隙中有效充填系数一般为0.9～0.95，此式中取0.9m——浆液的结石率，按水灰比1.5：1，则取0.67。n——岩石的裂隙率3%按水灰比1.5：1计算，用水泥量为260吨。（2）、泵量通常情况下可根据压水试验结果确定泵量。在压力相同的情况下，初期泵量为压水量的80%左右为正常，以后随着浆液注入量的不断增加，压力渐升，泵量逐减，直至结束为止。三、注浆前的准备工作1、孔口管的埋设选用Ф159×6㎜无缝钢管，上焊相应的高压法兰盘，配备相应的闷盖和高压瓦笼，长度超过止浆垫顶面500㎜，考虑埋设时挖100㎜的窝，这样，孔口管长度设计为2.1m。孔口管按设计10个同心圆等距布置。孔口管埋在砼内的管体每500㎜用钢筋焊一道加固肋。施工方法：把工作面清理干净，按设计挖好10个孔口管管窝，在井壁上打锚杆2排用以固定各个孔口管。孔口管要找正、垂直。10个孔口管埋设结束后，用Ф16螺纹钢筋将各孔口管焊连成整体。注意各孔口管底部及工作面不得存在铁器，影响将来打钻。2、砼止浆垫的施工施工止浆垫时先将迎头工作面浮矸清理干净，钢管上端高出止浆垫顶面500㎜并带有法兰盘和30㎜厚的密封盖盘。然后浇注砼止浆 垫。砼止浆垫厚度设计标号为C35，采用525#普通硅酸盐水泥，砂用中砂，含泥率<3%；石子采用粒径为10～31.5㎜坚硬石灰岩碎石，含泥率<1%。3、工作平台的打设及钻机下放的固定为施工方便计，操作平台可加工成可拆卸式平台，为了保证平台的稳固，在浇注砼止浆垫时，预埋4根Ф159的钢管，埋深2米。钢管立柱上部焊接法兰盘，下端为防止注浆时浆液从立柱管串出，必须用厚钢板焊死。立柱露出砼垫面为2.2m。4、注浆站及输浆管路的形成注浆站如图所示布置。两台Y2B200/13液压注浆泵，一搅二搅两个搅拌池及相应的搅拌机。皮带输送机或斜平台人工上料。清水池一到二个。输送管路要求耐压18MPa。地面和井筒内均要Ф50×5.5㎜钻替代。工作面、井口连接处及注浆泵出口均用Ф50高压胶管。闷盖、法兰盘及孔口管上端的球筏均为高压产品，要求耐压大于15Mpa。钻杆间用厚皮接头和锁接头相连。用绞车钩头下料，下完后封口用垫叉及8#铁丝固定。下部出套管处要用卡子固定在6寸砼输送管终端卡子上。钻杆下井前，应认真检查，做好耐压试验，严防堵管或泄漏。钻杆连接处需加白铅油、油棉线拧紧。注浆前必须进行耐压试验。5、加固止浆垫及岩柱加固办法：钻孔到止浆垫底界下8m停钻，采用浓度水灰比1：1或0.8的浆液，水泥浆液中加入BR-CE型增强防水剂搅拌，BR-CE型增强防水剂加入量为水泥用量的10%（水泥的重量比）。再加入专 用粉，用量为水泥用量的3%（水泥的重量比）。注浆压力为3.0-3.5Mpa，缓慢压注。同时，观察井壁和止浆垫的情况。止浆垫加固可选择钻注对称交叉的4个孔。如：1-6-3-8的钻注顺序。三、钻进施工1、钻机安装，潜孔锤钻机型号：SGZ-2B300。施工期间需要多次移位安装，要求底盘与工作盘之间用“u”形卡拦固定，同时，注意对中及平整。禁止弯曲钻杆下井。利用吊盘悬吊点应安全可靠。同时要求双层吊盘固定牢靠。2、钻进顺序，对称钻注逐个进行。切忌乱钻不注或草草注浆。3、根据设计要求，原则上按设计段高进行钻探，如遇突水或塌孔或水量达到15m3/h，可停钻进行注浆。跟班技术员要根据钻压、岩粉判断层位且作图，分层测水。4、10个孔口管上端均得加上高压闷盖。每孔钻进时，需在孔口管加上高压球形阀，第一个孔钻进前还一定要在闸阀上方加装专用防喷密封阀，以防突水伤人。同时，准备管子割刀，在来不及提钻时，割段钻杆，让钻具落入孔底而闭阀止水。5、清水钻进。一旦水量变小或中断时，应立即提钻或停钻，检查原因恢复正常后再继续钻进，以防埋钻。6、杜绝不合格的钻具下井。要定时检查钻具，钻压和转速要适当。7、防止物件掉入孔中，钻进时孔口钻杆套厚皮胶板。 8、每孔停钻时及终孔后，应加大水量冲孔，冲孔时间一般为30分钟左右，直到孔内岩粉基本排除为止，暂时钻进停止或遇停风事故时，钻杆应提出一段距离，以防埋钻。9、潜孔锤钻机下放、安装及操作规程有钻机队另行编制。七、注浆施工注浆工艺流程为：清水一次搅拌池二次搅拌池注浆泵水泥BR-CE增强防水剂专用粉注浆管路加入加入需要时（一）、注浆前的准备工作1、备齐注浆材料、按设计要求将新鲜的525#普通硅酸盐水泥、BR-CE增强防水剂，BR-CE增强防水剂专用粉。2、注浆设备运转。包括注浆机具、搅拌系统、注浆管路、仪表能状态检查。3、压水试验，目的一是检查注浆设备及管路状态；二是根据压水压力选择合理的浆液浓度；三是冲洗岩石裂隙中的泥质、岩粉等充填物，以提高浆液的充填密实性和结石强度。压清水时间延续30分钟左右。（二）、造浆工作面关闭阀门，测定钻孔的净水压力，确定本孔注浆终压，同时，根据该孔出水、吸水的特点，按技术人员要求配制一定浓度的水泥浆，先在一搅拌池中放入定量的清水，按要求加入一定数量的水泥进行搅拌，将初步搅拌好的水泥浆放入二搅拌池内，按需要加入一定配比的外加剂，搅拌均匀，二次造浆即完成。（三）、压注浆液 将二搅拌池内的浆液通过注浆泵压入孔内岩层裂隙中，专人详细观测记录注浆泵及吸浆量的变化。正常初始吸浆量为压水时吸水量的80%左右为正常。如果大的多时，可将浆液调浓一级。如压力上升很快、吸浆量很少时，可调稀一级。每个注浆浓度持续30分钟，流量、压力无变化，可调浓一级。（四）、定量压入清水每孔每次注浆结束均应压入定量的清水，使注浆泵内及注浆管路中剩余水泥浆压入岩层。清水压入量为注浆通道空间的1.5倍为宜。（五）、清洗注浆系统定量清水压入后，通知井下工作面，应关闭孔口阀门，打开泄压阀，用清水冲洗注浆泵，管路及造浆系统，并进行检修。（六）、养护、复钻、复注每孔首次注浆结束后，关阀养护5-6小时，复钻到下一段设计深度，测水，重复以上注浆步骤。复注间隔时间为18-20小时为宜。八、注浆的结束标准及注浆效果的检查（一）注浆结束标准每孔注浆达到该段注浆设计终压，吸浆量小于或等于30L/min，上面两状态维持时间为30分钟以上时，可认为此次注浆结束。（二）、注浆效果的检查1、施工情况及资料分析注浆是隐蔽性工程，为保证注浆堵水质量，应对工程的全过程施工情况及技术资料进行详细分析，如钻孔的偏斜是否合格；钻孔深度是否达到设计深度要求；浆液的浓度是否合适；注浆压力是否满足要求等。2、检查孔检查 先施工的注浆孔的注浆效果，可通过后期施工的注浆孔进行压水试验检查，并详细记录后期注浆孔的涌水情况，以判断注浆效果。九、施工安全技术措施1、施工前应对参加人员进行安全、技术措施的学习，做到人人皆知，定岗、定位责任明确。2、严格执行砼止浆垫砌筑及孔口埋设管理的措施，确定专人落实、负责，以保证止浆垫的施工质量和孔口管埋设质量。3、钻进、注浆系统必须安装牢靠。吊盘及其他悬空作业、人员应佩带好保险带且生根牢固。4、每次注浆前应对供电、供水、搅拌、注浆设备及井筒提升、排水、吊挂、信号及劳动组织进行严格检查、落实。注浆前应对注浆管路进行耐压试验，试验压力为18Mpa。同时，应对加固后的止浆垫，孔口管等进行耐压试验，试验压力为12Mpa。试压时和注浆时，非工作人员严禁到现场，工作人员应按《煤矿安全规程》要求佩带劳动保护用品。制浆人员也要佩带眼镜、口罩、手套等保护用品。5、打钻或注浆时，井上下和注浆站要配备直通信号和电话。发现情况好及时联系。工作面应设置压力表，坏表要即使更换。6、探水钻进时，应确保吊泵及排水管路完好，及时排出积水，以防淹钻机和电器。同时，应准备风泵及压风管，以备吊泵坏了及时用吊桶排水。7、第一孔、第二孔钻进时，必须在闸阀上加装防喷密风阀，同时现场施工人员及技术人员应密切注视孔内涌水的变化，严防突水淹井事故。 8、注浆时，应有专人观察井壁、止浆垫及各孔口尤其是先期注浆过的孔口管闷盖，发现异常或跑浆应立即停止注浆。研究或处理后，采取措施再注。9、制浆人员严格配比，严防水泥纸屑及其他杂物入池。放浆时设过滤网，设专人看管笼头。一搅和二搅池上部应设置防护钢筋网以防人员掉入池内。10、技术人员要严把质量关，做好原始记录，记录数据要齐全、可靠。11、钻注期间，工作面、吊盘均应设专职信号工，人员、设备上下均得遵守原井筒作业规程及各类规章制度和措施，未尽事宜按《煤矿安全规程》执行。十、工序、工期及劳动组织（1）、工序、工期见下表次序施工内容及工程量工期（天）备注1清底、搭平台、安钻机5注浆站地面准备同时2输浆管路形成1指井筒内部分3工作面钻探、注浆404拆除清理1合计46（一）劳动组织实行钻注合一（不包括压风、绞车、信号、把钩、水泵司机及轮休人员）工种名称园班人数夜班早班中班合计钻工666运输工888 制浆工666记录员222井下注浆工444机修工333钻注技术员111机电技术员1材料员1电焊工2合计112