燕垅主井含水层工作面预注浆施工技术及安全措施2

中国铝业公司贵阳分公司燕垅二矿 主井井筒工作面预注浆及壁后注浆工程

施 工 组 织 设 计

甘肃中煤工程建设有限公司 2012年6月13日 2

施工组织设计（方案）报审表 工程名称：燕垅二矿主井井筒工作面预注浆及壁后注浆 编号：

致： 监理单位 我单位已完成了燕垅二矿主井井筒工作面预注浆及壁后注浆施工组织设计的编制，并经过我单位上级技术负责人审查批准，请予以审查！ 附件： 燕垅二矿主井井筒工作面预注浆及壁后注浆施工组织设计

承包单位（章） 项目经理 日 期

专业监理工程师审查意见：

专业监理工程师 日 期

总监理工程师审核意见：

项目监理机构 总监理工程师 日 期 3

编 制：吴小山

审 核：昝玉泉

机 电 科：张金和

工 程 科：孙正祥

安 监 处：史 潮

项目经理：穆祥瑞

分管总工：祖玉喜

分管经理：彭恩光 4

目 录 一、工程概述 二、地质、水文地质概况 三、注浆方案 四、注浆工程设计 五、砼止浆垫 六、埋设孔口管 七、注浆孔的施工 八、注浆作业 九、钻孔测水 十、井壁注浆 十一、打钻注浆注意事项及技术要求 十二、工期安排、人员组织及注浆效果 十三、钻注设备、材料、记录表格 十四、安全技术措施 十五、质量保证措施 5

十六、附图表 1、工程概况 燕垅二矿主井井口标高为+1305.000m,井底标高为：+1045.000m。井筒净直径4.5 m,井深260 m,井颈段20m采用双层钢筋砼支护,其砼强度等级为C25；井筒段240m采用单层钢筋砼支护，其砼强度等级为C25。井壁厚度300mm。目前井筒已施工到井深89m，距井筒落底还有171m。2012年6月5日，井筒壁后和工作面出现大的涌水，全井筒涌水量约40m3/h，造成矿建施工被迫停工，为确保井筒安全顺利落底，需要对其井壁涌水采用壁后注浆，对工作面含水层采用工作面预注浆法通过。 2、地质水文概况 由于矿方未能提供矿井地质水文资料，我公司派人到现场及井下进行初步考察了解，据介绍该井筒第四系厚度约20m，风化岩约60m，以下进入灰色页岩含水层，井筒目前出现大的涌水正是该含水层位。 井筒出水位置大致分布如下：1、井深68m水平水仓顶部涌水约9m3/h；2、井筒深80m处偏西井壁涌水约11 m3/h；3、工作面东偏北方向有一个约20 m3/h的涌水点，目前全井筒涌水量约40m3/h。 3、注浆方案 本次综合治水方案采用工作面预注浆法治理井深89m以下井筒岩石裂隙水，对井深89m以上40m已成井井壁的涌水采用壁后注浆封水。 根据本区地层变质岩及构造裂隙十分发育，注浆难度大堵水效果差的特点，结合以往我们对该类地层注浆的成功经验，本次注浆拟采用如下特殊措施解决上述难题。 1）打深孔，采用MKQJ120--40型潜孔钻机钻进，在本井筒的施工能力可在60米以上，延长了注浆短高的深度，可以加快掘进速度，缩短建井工期。 2）多布孔，由于高角度裂隙被蚀变的泥石充填，可注性差，浆液扩散的距离较小，堵水帷幕厚度较小，多布孔可以多穿过裂隙，增加注浆帷幕的厚度，暂考虑往下采用一个注浆段高布置18个注浆孔和1个检查孔，施工中根据注浆情况和检查孔检查情况确定是否增加注浆孔； 3）高压力，提高注浆压力可以把裂隙中的充填物推远或者压实，提高堵水效果， 6

暂考虑注浆压力取静水压力的3-3.5倍。 4）采用适合本地层特点的注浆材料，考虑到岩体破碎，裂隙发育，前期采用PO.42.5r水泥及外加剂进行固结加固并封水注浆，以增加岩体整体强度，减少放炮震动的影响，封堵大的裂隙水。在水泥浆注浆达到设计压力后，改用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液注浆，因其为流体注浆材料，可注性好，这是解决此类有泥质充填裂隙封水的最有效途径，在多项治水工程中使用非常成功。 本次工作面注浆施工方法是：人工砌筑砼止浆垫，预埋或后埋无缝钢管作注浆孔口管，用潜孔钻机在工作面施工注浆孔，井下设注浆站，如果有条件可在地面设注浆站注水泥浆，通过地面注浆泵和井壁固定高压注浆管，将地面搅拌好的水泥浆液或化学浆液压入注浆孔含水层裂隙中。 井筒壁后注浆，采用手抱钻打眼，预埋孔口管根据井壁出水情况在出水位置采用三花眼或五花眼布孔，根据漏水情况选用单液水泥浆和双液水泥浆封水，若可注性差，采用化学浆液注浆。 4、注浆工程设计 4、1注浆起止深度及注浆方式 根据井筒水文地质条件及钻探设备的施工能力，确定下部含水层的注浆采用1个段高。注浆结束后，进行此段的井筒掘砌。 注浆起止井深89m—140m，注浆段高51m。 注浆方式，采用全段高下行压入式注浆。钻进过程中，当钻孔涌水量大于5m3/h时，暂停钻进，先注浆封水，钻孔水量减少至5m3/h以下时，恢复钻进至终孔。 4.2注浆钻孔的布置参数 4.2.1注浆孔数： 注浆孔的孔数按下式计算： N=π（D-2A）/L 式中：D—井筒净径，4.5m A—注浆孔与井壁距离，为0.5m L—注浆孔间距，取0.61m 计算得N=18个+1个，（增加1个为中心检查孔）。 4.2.2径向倾角 7

α=tg-1（S+A）/H 式中：α—钻孔在径向上与竖直轴线的夹角 S—终孔位置在径向上超出净径的距离，取S =2.4m（终孔位置在径向上超出下部掘进荒径2m） A—注浆孔与井壁距离，为0.5m H—段高，H=51m 计算得：α1=3°11′31″。 4.3注浆孔施工顺序 注浆孔18个，1#布置在正北方向，按顺时针编钻孔序号。18个钻孔均匀布置，分两组交替施工 1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#、17#孔为第一组，先行施工，封堵大的裂隙，第二组2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#、16#、18#孔封堵细小裂隙，其中1#孔为初检孔，主要检查水量和地层的岩性，18#孔作为终检孔，检查本次探水注浆的质量。增加19#孔在井筒中心位置，检查井筒中心的注浆质量。 4.4注浆压力 注浆压力是浆液在裂隙中流动，扩散充塞，压实的能量，是控制浆液距离的重要因素之一，本次选用注浆终压取地下水压力的3～3.5倍，注浆压力为工作面表压力，前期封堵大裂隙注浆取低值，后期针对小裂隙注浆取高值。 工作面注浆终压为：4.2-4.9MPa 4.5注浆材料及注入量 本井筒工作面预注浆选用单液水泥浆和水泥、水玻璃双液浆为主，单液水泥浆采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，另掺入水泥重量0.5%的食盐和0.05%的三乙醇胺作为外加剂，外加剂起速凝早强作用；水泥、水玻璃双液浆根据配比在地面配制；注浆后期视注浆效果压注双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液，封堵小的裂隙水。 水泥浆液的注入量按下式计算： V=AHπR2nB/m

式中A——浆液消耗系数，取1.5 H——注浆段高H=51m R——浆液有效扩散半径，前期注浆取8m，后期注化学浆取6m。 B——浆液充填系数，取0.85。 8

m——结石率，取0.85。 n——裂隙率，前期注浆取2%，后期注化学浆取0.5%。 计算得浆液量：V =365m3，需要单液水泥浆292 m3， 需化学浆：73m3。 说明：由于注浆堵水工程是一项隐蔽性的工程，且地质情况较复杂，故在实际施工中，计算出的浆液注入量可能与实际用量有一定差别，应以实际注入量为准。 5、 砼止浆垫 5.1砼止浆垫厚度计算 砼设计标号C30砼止浆垫设计成单级平底型，配合比在现场试配。采用P.O42.5R普硅水泥配制砼，早强减水剂掺量按外加剂说明书标准执行。 砼止浆垫厚度计算，根据平底型砼止浆垫公式： Bn=kPOr/R3～7+0.3r 式中：PO：注浆终压， 4.9MPa [σ]：砼3～7天极限抗压强度，取33.3MPa，现场应根据实际试验强度取值 r：井筒荒半径2.55m k：安全系数，取2 计算得砼止浆垫厚度： BN＝3.1m 在施工时，先注浆加固止浆岩帽，使岩帽与混凝土止浆垫共同承受注浆压力，故止浆垫砼部分取3m。 5.2砼止浆垫施工 为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆，要求止浆垫与井壁重叠600mm，砼浇灌采用井筒施工的地面砼配制，经底卸式吊桶下料浇注，砼浇注要连续施工，并加强振捣。止浆垫上部要预留一个0.5m深的水坑，供排水电泵抽水用。（止浆垫施工由矿建单位负责，施工好后需凝固时间7天）。 6、埋设孔口管 6.1孔口管长度取值 孔口管长度大于止浆垫总厚0.5m，取3.6m。孔口管规格为Φ108×5mm无缝钢管，孔口上部焊接法兰以便与高压注浆阀联接，中下部加工成倒鱼鳞结构。 6.2孔口管埋没 先施工砼止浆垫，然后埋设探水孔口管，将潜孔钻机按设计的方位、孔径、倾角 9

固定在施工平台上，用φ130mm冲击钻头开孔钻进，钻进深度为3.1m，用压风吹净孔内岩粉，在钻孔内灌满2:1水泥砂浆，紧接着下入孔口管，并用木楔将孔口管找正后，浇砼止浆垫，孔口管上端露出止浆垫500mm。1天后用钻机扫掉孔口管内水泥砂浆，并做压水试验，压力控制在比注浆终压高0.5 MPa，压水10～20min不漏即为合格，否则注双液浆加固孔口管直至合格为止。 7、 注浆钻孔的施工 注浆孔采用1台MKQJ120-40型潜孔钻机，配Ф60mm钻杆，与DHD3.5冲击器施工，钻头Ф90mm，用清水作循环液。采用现场压风机供风，配套的钻机在本井筒的施工能力可以达到60m以上。在打钻前，要在Ф108mm孔口管上安设Ф100mm高压球阀，以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。 钻孔施工是在工作平台上进行的，打钻平台距止浆垫2.0m，工作台采用φ108mm钢管等钢构件搭设，钢管固定在止浆垫砼上，并卡好保险绳，在钢管上铺δ＝50mm木板，钻进过程中，若钻孔涌水量超过5m3/h，或因岩石破碎打不下去时，停钻注浆，否则一直钻进直至终孔，终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。 8、 注浆作业 8.1注浆前的准备工作 注浆站布置在井下工作台上，站内安装两台2TGZ210/50型注浆泵，浆液在地面预搅拌均匀后用吊桶下到井下工作面平台上注浆。若水泥浆注浆泵放在地面，则选用HFV-C型注浆泵注水泥浆，在井口附近建注浆站，并设置清水池、水泥浆搅拌系统。一级搅拌池利用井口搅拌机，在井口附近砌筑二级搅拌池，采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池。地面注水泥浆利用一路高压注浆管作输浆管路。化学浆液均在井下工作平台用2TGZ210/50型注浆泵泵注，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用高压胶管连接。 8.1.2注浆设备试运转 注浆设备及管路安装完毕后，必须进行试运转，注浆系统要满足最大注浆压力和流量的要求，经试运转或耐压试验，设备应无异常响声，具体作业程序如下： ⑴ 全面检查注浆、搅拌系统及管路连接处等。 ⑵ 注浆系统进行无负荷试运转。 ⑶ 全系统联合试运转。