工作面探水注浆措施.docx
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工作面探水注浆措施
一、概述
沛城煤矿技改项目工程位于江苏省沛县朱寨镇境内，该矿井设计生产能力45万吨／年，为低瓦斯矿井。
矿井采用立井开拓方式，主、副二个井筒在同一工业广场内。
井口设计标高为+38.50m。
井筒净直径5.0m，全深623.5m，基岩段深度373m。
现施工至井深542m,已进入二迭系砂岩含水层，目前涌水量逐步增大，现井筒涌水量16.5m3/h。
经建设单位、监理单位、施工单位共同研究决定并根据《煤矿安全规程》中规定的“有疑必探、先探后掘”的原则和现涌水量，选择在现工作面（井深546m）进行探水、注浆工作。
二、水文、地质概况
沛城煤矿技改工程主井井筒检查孔揭露的主要含水层有第四系砂层，，二迭系砂层。
1、二迭系砂岩
根据钻探及抽水试验、流量测井情况分析，主井检查孔揭露的基岩含水，主要是二迭系砂岩。
1.1含水层段
基岩含水层主要是二迭系砂岩，二迭系砂岩揭露厚度452.9m，含水层厚度189.5m，含水类型为裂隙承压水，静水位高出地表2.5m,根据设计对该含水层进行了抽水试验和流量测井。
抽水试验做了三个降深，最大降深66.6m，单位涌水量为0.0116/s.m，渗透系数为0.0057m/d,涌水量为0.773L/s。
1.2隔水层段
二迭系砂岩于砂岩之间有厚度不一的泥岩、砂质泥岩等，可视为相互之间的隔水层。
采用抽水试验及流量测井两种方法取得含水层的水文地质参数，利用承压转无压完整井裘布依公式，分别计算井筒涌水量，井筒涌水量采用计算结果较大值。
主井井筒（199.57～640.10m）涌水量38.09m3/h。
三、探水、注浆方案
主井井筒掘砌至井深546m时，先在工作面预埋两个孔口管，管口东南、西北方对称垂直开孔，孔管采用Φ108×5mm无缝钢管，下端埋入岩石4～6m,上端露出0.5m装上高压闸阀并灌水泥浆加固封堵。
待水泥浆凝固后则进行探水钻进工作，钻进时若单孔涌水量＜2m3/h，继续钻进；若涌水量＞2m3/h，则提钻，关上高压闸阀，施工止浆垫进行注浆封水工作。
根据公式计算出注浆孔数，施工时，在井筒周边均匀布置注浆孔，待止浆垫凝固、养护完成后，再对工作面进行预注浆施工。
本次探水钻进36m（井深546-582m），穿透砂岩底板1m。
四、探水、注浆施工
1、探水注浆前的准备工作
1.1排水系统形成
打钻前排水系统必须形成且完善，吊盘安装1台50DM-80×9型
水泵，1台备用确保使用时能正常运转。
如涌水量小于10m3/h时，利用风泵QYW-25-70型号（流量25m3/h、扬程70m）将工作面的积水抽入吊桶，再将吊桶提升至地面排水；同时要做好井深513m的清理工作，不留淤泥与杂物。
当涌水量较大时，利用风泵将水排至吊盘水箱内，正常启动大泵将水排至地面。
1.2搅拌站设置
利用主井井口搅拌站，同时用5mm钢板加工两个浆池，分别存放配制的水泥浆液，化学浆液。
池旁边布置注浆设备和搅拌罐。
1.3输浆管路的安装
利用放炮电缆绳捆扎两路Φ25mm高压胶管，从地面输送浆液到工作面作为输浆管路，高压胶管的耐压强度不少于25MPa。
1.4井下操作平台的搭设
利用井筒悬挂吊盘作为打钻工作平台。
在井壁的四个方位打入四根铁道锲，将四层吊盘固定在铁道锲上。
工作台固定要牢固稳定。
2、钻探施工
采用SGZ-Ⅲ型液压钻机，钻杆采用Φ50mm×6mm地质钻杆，钻头采用Φ70mm钻头。
2.1钻孔施工顺序采取对称开孔。
为防止钻孔偏斜，预埋孔口管时，钻孔的方位角、倾角要由专业技术人员进行操作，预埋过程中要及时准确校对。
钻进时使用平顶钻头或PDC金刚石复合片钻头并带同径具长度不小于3m的扶正器。
2.2禁止弯曲钻杆下井，提高对中度，过硬岩时，不应加压过量。
带阀清水钻进，地面连续供水，一旦水量变小或中断应立即停钻或提钻，检查原因，恢复正常供水后，再继续钻进。
2.3定时检查钻具，发现不符合要求应及时更换，钻具加工要规范，出刃一致，焊接牢固，加压、钻速适当。
为防止掉物入孔，钻进时孔口钻杆套厚皮胶板。
2.4每孔终孔停钻后，应加大水量冲孔，冲孔时间一般为30min左右，直到孔内岩粉基本排除为止。
2.5要认真做好钻进记录与钻机维修工作。
3.注浆施工
注浆泵采用HFV-C型注浆泵，一台工作，一台备用。
3.1工艺流量：
单液水泥浆（化学浆）经二次搅拌—注浆泵—输浆管—控制阀—孔口管—岩层裂隙。
3.2压水试验
每孔终孔测水后接通输浆管路进行压水试验，压力由小到大逐步升压到最大注浆终压，测定各不同压力参数时的吸水量并绘制吸水量曲线，压水时间可为20～30分钟。
并根据压水结果，确定起始浆液配比。
3.3压力调整：
注浆压力变化有时渐变，有时呈波状，调整压力应与孔内情况、浆液浓度等密切配合，当浆液浓度确定后，用人为的方法控制泵量，使压力达到终压。
3.4浆液调整：
浆液在岩层裂隙充填阶段中，如压力和进浆量稳定不变时，应逐级加大浓度，如压力上升快，进浆量很快减小，应依次降低浆液浓度，每改变一次浆液浓度可持续20分钟。
3.5注浆结束前，应压注清水，使管路大部分浆液注入岩层裂隙中去。
但要防止清水压入地层，当压清水时需及时通知井下准备闭阀泄浆，然后清洗整个注浆系统。
3.6养护、扫孔和复注：
每孔首次注浆结束后，养护2～3小时，用钻机扫孔到底，冲孔测水后进行复注。
复注次数可为一至多次，复注时采用稀浆。
五、注浆参数
1、止浆垫铺设
1.1止浆垫厚度计算
本次工作面预注浆选用平底型混凝土止浆垫。
本次注浆，已预留10m岩柱与止浆垫共同构成承压部分，止浆垫位于含水层上泥岩中，
止浆垫厚度利用公式计算如下：
=1.7m
B-止浆垫厚度（m）；
D-井筒净径为5m；
P1-岩柱加固段注浆压力（Mpa），取静水压力的1.5倍；
λ-超载系数，一般为1.1~1.2，本次取1.1；
-混凝土重度（t/m3）取2.6；
C-混凝土允许抗剪强度（Mpa）取抗压强度的1/10。
说明：
1、井筒荒半径为2.95m。
2、砼垫用C60混凝土砌旋，[a]=R/k=600×2/3÷2=200kg/cm2
3、具体浇筑止浆垫时，可适当将止浆垫厚度加大。
（实际取值为2.0m）。
2.止浆垫浇筑施工
浇注混凝土前，严格按照设计孔位预埋Φ108×5mm无缝钢管，上端焊接高压法兰盘，做打钻注浆孔口管。
上端高出止浆垫0.5m，下端深入岩石2m；管壁外用20#热轧带肋钢筋焊牢以固定在止浆垫中。
止浆垫混凝土采用C60砼，浇筑砼时要保持连续不得中断，工作面要用振动捧分片振捣，同时应防止孔口管位移或偏斜，且在止浆垫中间位置预留一个0.5m3的水窝，以便注浆施工时排水。
止浆垫凝固后，要连同预埋的孔口管进行耐压试验，耐压试验压力要求达到设计终压，若达不到，则进行止浆垫加固注浆。
3、注浆参数设计
3.1注浆孔布置
工作面探水注浆设计注浆孔数计算公式如下：
N=π（D-2A）/L=6.28,取6个
N-注浆孔数（个）
D-井筒净直径为5m，
A-注浆孔与井壁距离为0.5m，
L-注浆孔间距取2m。
注浆孔布置一圈，要求注浆孔与井壁距离为0.5m，注浆孔间距为2m，均匀布置，注浆孔孔径向倾角α＝2°，切向倾角
2°。
止浆垫耐压试验合格后，在注浆孔上安装高压闸阀后方可钻进施工。
钻注顺序采取对称开孔注浆，切忌乱钻不注。
3.2注浆压力
设计注浆终压为静水压力的2.5倍。
3.3浆液材料选择及现场浆液配制
注浆选用单液水泥浆，单液水泥浆水灰比选用3：
1、2：
1、1.75：
1、1.5：
1、1.25：
1、1：
1共6个级配。
单浆液消耗量特别大时，则控制扩散范围或者加快砼凝固时间，可考虑加入速凝剂，或选择水泥、水玻璃双液浆，若含水层不进浆或注浆效果差，则考虑使用超细水泥或化学浆液进行注浆。
注浆时，视压水吸水量确定起始浓度，注浆浆液调配原则为先稀后浓。
若止浆垫和孔口套管耐压试验出现漏浆现象，即可加入双液浆，双液浆与单液水泥浆的配比为1：
1。
速凝剂选用三乙醇铵和氯化钠复合速凝早强剂，其用量分别是水泥浆液量的0.05%和0.5%。
单液水泥浆现场配制表
水灰比
水泥（袋）
水（升）
制成浆量（m3）
3：
1
6
900
1.000
2：
1
9
900
1.050
1.75：
1
10
875
1.042
1.5：
1
11
825
1.008
1.25：
1
13
812
1.029
1：
1
15
750
1.000
4.钻孔防突水及防喷措施
4.1钻孔施工前要建立完善的排水系统，确保工作面至地面的排水管路畅通，并配备一台完好排水泵（大泵），一台备用。
4.2每个钻孔孔口管耐压试验合格后，均要在孔口法兰上安装高压闸阀和防喷阀后方可钻进。
4.3孔内涌水后立即启动排水系统，并及时向项目部领导汇报，经同意后方准提钻，提钻时钻具一律由立轴中以上卸下，提钻后立即关闭孔口高压闸阀，并连接注浆装置进行注浆。
4.4钻孔出水后要及时进行观测记录，当钻孔出水大于2m3/h时，停钻进行注浆。
4.5套管法兰盘与闸阀以及闸阀与注浆法兰盘之间一律使用铅垫圈，并压紧压牢。
5.注浆结束标准
单孔注浆结束标准：
注浆压力达到设计终压，泵量<30L/min，稳定20～30min，即可结束注浆。
工作面探水注浆结束标准：
施工到最后检查每个孔的涌水量总和来计算井筒开挖的最大涌水量，若水量超过6m3/h，应补打注浆孔，继续注浆。
注浆结束后，由技术员整理各孔钻注全部数据资料。
填制绘图上报、存档。
五、施工安全技术措施
1、建立健全各工种及技术人员的岗位责任制，并严格执行。
2、施工时项目部要成立专门组织，统一指挥，负责工作面打钻注浆工作，并派专人值班。
3、施工人员必须经过专业技术培训，考试合格，并持证上岗。
4、非工作人员严禁到现场，参加注浆人员应佩戴好劳动保护用品，穿戴要整齐，衣襟、袖口、裤口必须束紧。
5、机电设备管理必须按照煤矿安全规程内容执行操作。
6、开钻人员必须熟悉钻机的工作原理，掌握钻机的操作要领，维护、保养及排除故障的技术知识。
7、作业人员必须经过安全知识培训，掌握煤矿的防灾、避灾知识。
9、井下钻探施工前，必须了解钻探工程的设计目的、任务，施工措施要传达到人并签字，并严格按照措施施工。
10、打钻时，操作人员应注意观察钻孔内涌水情况，一旦发现孔内涌水量达到大于2m3/h时，必须立即停钻注浆。
11、打钻、注浆操作人员应密切注意人身及机械安全。
注浆时，注浆泵操作人员、工作面注浆人员应密切注视压力变化情况，严格控制注浆压力。
压力表读数由专人读取，当发现超出工作压力区时应立即停泵，查明原因，立即处理。
12、钻进时要严格按照工程技术人员指定的孔位、孔深、角度进行施工，未经同意不得擅自改动。
13、严禁使用非煤炭安全标志的钻探设备及大于25o以上倾角的钻孔，严禁人工提、下钻杆。
14、必须保持孔内干净，无残留岩石、金属杂物等。
15、钻头下至孔底时应慢速，在距孔底0.5m开大泵量冲孔，轻压扫扎到底，正常钻进后再逐步加大压力和转速，严禁采用单纯加快转速的做法，正常钻进时，应保证压力均匀。
16、不得无故提动钻头，如发现孔内有异状，应立即处理，无效时应立即提钻。
17、对钻机的传动部分：
皮带、传动链条等要安装防护装置。
18、接通电源之前首先检查电源电压是否与电机的额定电压相符，电源有无漏电现象。
19、启闭开关时，精力要集中，做到手不离按钮，眼不离钻机，随时观察和听从司机命令，准确、及时、迅速地启动和关闭开关。
20、禁止用手脚直接制动机械运转部分，严禁将工具和其他物品放在钻机、水泵、电机防护罩上。
21、扶把手时，要站在立轴和手把一侧，不得紧靠钻机，钻机后面和前面到给进手把活动范围内，不准站人，防止高压水将钻具顶出伤人或给进手把翻起打伤人。
给压要均匀，根据孔内情况及时调整钻法及压力。
22、要保证有足够的水分，不准打干钻，钻具下至孔底前1-2m时，立即开泵送水，正常返水后才能钻进。
23、钻进过程中，一旦发现“见软”，“见空”、“见水”和变层，要立即停钻，丈量残尺。
24、水压突然加大或顶钻时，必须立即停止钻进，但不得拔出钻杆，迅速向调度人员汇报，并派人监视水情。
25、钻进过程中若发生机械故障或突然停电，立即断开开关，用人力将钻具提到安全高度。
26、注浆人员要时刻注意设备的运转情况，当设备运转出现异常时应立即停机，切断电源，进行检查处理。
27、施工前应对打钻、注浆、供水、排水等设备进行严格检查。
28、作业地点要保障风量可靠，钻进过程中严禁停风、停电、停水。
29、制浆前所用各种设备应完好，各阀门应处在正常的开关位置，供水应通畅，照明设备应齐全，各岗位人员应到齐。
30、注浆前用电话和工作面联系，先供清水，检查管路。
31、注浆前先进行冲孔，水量应逐渐加大，每孔冲水时间不少于20min，进水畅通后再注水泥浆。
32、注浆前应对注浆管路系统进行耐压试验，耐压程度应大于最大注浆压力。
33、搅拌人员严格掌握浆液浓度，严防水泥纸屑及其它杂物入池，放浆口设过滤网，严禁使用失效结块水泥。
34、应设专人处理吸浆笼头，以防糊堵。
35、注浆期间，应密切注意管路及各阀门情况，发现堵孔或管路漏浆时，应首先通知井上停止注浆，进行处理。
36、正在注浆的钻孔，发现进浆不正常时，应暂停注浆，进行给水。
37、注浆时，不要在高压胶管附近停留，以防管路崩坏伤人。
38、井上下与注浆泵站设直通电话、电铃、规定电铃信号，管路必须安装牢靠，压力表要经常检查，坏表应及时更换。
39、工作过程中应经常检查油位、油路、油温不得超过规定参数。
40、下班前应做好场地的清理工作，并按要求管理好设备，保证蓄水池有足够水量。
41、停泵前应用清水将泵及管路清洗干净。
42、工作结束后，值班记录人员要认真及时做好原始记录，要核实本班的注浆量，浆液浓度，并将本班工作情况详细记入注浆日志并在工作地点交接班。
43、本措施未尽事宜按《煤矿安全规程》、《华润天能沛城煤矿技改项目工程新主副井筒冻结及井筒掘砌施工工程施工组织设计》、《华润天能沛城煤矿技改项目工程新主井井筒基岩段作业规程》执行。
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