郭屯矿井注浆措施.docx
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郭屯矿井注浆措施
山东鲁能荷泽煤电开发有限责任公司郭屯矿井
主井井筒工作面预注浆施工措施
施工单位：
中煤三建（集团）公司二十九处
编制时间：
二〇〇六年七月五日
编制与审核
编制：
审核：
经理：
生产技术部：
机电科：
安检处：
总工：
审批意见：
山东鲁能荷泽煤电开发有限责任公司郭屯矿井
主井井筒工作面预注浆施工措施
一、工程概况
山东鲁能荷泽煤电开发有限责任公司郭屯矿井设计生产能力240万吨，采用立井开拓方式，主井位于中央区工业广场内，井口设计标高为+45m，井筒净径5.0m，全深862.0m，表土段595.0m，风化带深度587.4～623.5m，冻结深度702.0m。
冻结段采用双层砼井壁支护，其中内壁分三次套壁施工，砼标号为C50～C70不等。
主井井筒于2005年9月16日开始施工，目前已施工至井深684.0m。
二、主井筒基岩段水文地质特征
主井筒基岩段共有7个含水层段：
M1垂深634.20～655.70m；M2垂深674.00～692.40m；M3垂深708.30～714.30m；M4垂深734.00～755.80m；M5垂深779.60～787.4m；M6垂深820.80～826.80m；M7垂深853.50～857.50m。
其中M1、M2为风氧化带裂隙含水层，岩性主要为灰色细砂岩及粗粒状石英长石砂岩，钙质及泥质胶结，垂向裂隙发育，局部岩芯较破碎。
检3孔上简易水文观测水位22.30～22.60m，孔深692.39m，冲洗液漏失量为6.4m3/h。
此段含水层段水量较大，井筒掘砌采用冻结法施工通过。
M3～M7含水层砂岩厚度49.32m，由浅灰色、灰色细粒砂岩，粉砂岩及杂色泥岩组成，790m以上细粒砂岩较发育，垂向裂隙发育，局部岩芯较破碎。
总之，主井井筒基岩段水文地质条件极其复杂，含水层多，水量丰富且竖向裂隙发育，角度为60º～90º，涌水量多达980m3/h，虽经地面预注浆处理，但由于含水层埋藏深、水量大，难以完全保证注浆效果，而冻结段冻结有效深度在深702.0m，考虑井筒及注浆安全，现决定在井筒掘砌至684.0m时，铺筑止浆垫进行对M3含水层进行工作面预注浆，以保证井筒掘砌施工安全。
另外，待M3含水层注浆结束后，再决定M4～M7含水层的注浆方案。
三、注浆方案
井筒基岩段掘进施工要穿过M1～M7含水层，且目前含水层M2位于井筒冻结段内，掘进施工时还将揭露5个含水层，分别为M3～M7含水层，分布较深，竖向裂隙发育，为确保注浆效果，拟采用短段分层加密钻孔注浆方案。
第一段注浆设计在现有掘进位置684.0m，铺筑止浆垫，对M3含水层进行注浆施工，注浆段设计为684.0～730.0m，段高为46.0m，钻探注浆要求为先探后注，并且根据钻孔揭露含水层情况进行注浆，然后再根据本段注浆情况决定下部含水层（M4～M7）的注浆方案。
本段高注浆设计布置10个注浆孔，注浆孔布置两圈，第一道圈径4.2m，沿径向倾斜5º，布置5个孔；第二道圈径4.0m，沿切向倾斜3º，布置5个孔，两圈钻孔交叉均匀布置。
另外注浆结束后，在井筒中心线的位置施工1个注浆检查孔，预计钻进工程量为506.0m。
浇筑止浆垫前预埋孔口管，孔口管设计为Φ108×6mm，下设深度要求6.0m。
四、注浆参数
1、注浆压力
根据检3孔资料显示，本次M3含水层的底板标高为-714.30m，因此推算本次揭露含水层的静水压力为7.0MPa，根据钻探注浆操作规程和以往注浆经验，注浆终压及止浆垫、孔口管的清水试验压力均为静水压力的2.0倍，考虑以往水文地质资料和现有施工条件，决定本次注浆终压及止浆垫耐压试验压力取14.0MPa，注浆施工时，可视具体情况酌情调整。
2、浆液材料选择及现场浆液配制
本次注浆选用单液水泥浆为主，但遇浆液消耗量特别大时，为控制扩散范围或者加快砼凝固时间，可考虑加入速凝剂，或水泥、水玻璃双液浆，水泥选用新鲜42.5R硅酸盐水泥，每袋重量为50Kg；水玻璃选用模数为2-3，Be´=20-40Be´。
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（单液水泥浆现场配制表祥见下表）。
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再稀。
若遇可注性较差情况，每次注浆前可考虑注入1～2m3水玻璃对钻孔裂隙进行润滑处理，以提高可注性，并增加注浆效果。
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。
速凝剂选用现有的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
3、注浆孔数及布孔方式
本次注浆共布置11个钻孔，沿井筒周圈布置两圈共10个注浆孔，井筒中间布置1个检查孔。
采用Φ75mmPDC复合片钻头或Φ75mm潜孔冲击器成孔。
钻探注浆顺序为对称开孔注浆，先外后内，切忌乱钻不注。
由于注浆段竖向裂隙较发育，井筒周圈孔，外圈钻孔沿径向倾斜5º，外圈注浆孔距离井帮为400mm，内圈注浆孔沿切向倾斜3º，距离井帮为600mm，两圈钻孔交叉布置。
（详见钻孔平面布置图）。
4、泵量和注浆量估算
（1）泵量：
一般情况下可根据压水试验结果确定泵量，在压力相同情况下，初期泵量为压水泵量的80%左右为正常，以后随着泵液注入量的不断增加，压力渐升，泵量逐减，直至结束为止。
（2）注浆量估算
利用公式计算如下：
Q=λπR2Hηβ/m
=1.3×3.14×62×46×0.02×0.8/0.80
=135.20m3;
式中：
Q-注入量m3;
λ-注液损失系数取1.3
R-浆液扩散半径R=6m
H-注浆段高H=46m
η-岩层裂隙率%η=2%
β-注浆有效充填系数β=80%
m-结石率m=0.80
按水灰比1：
1折算，本注浆段水泥用量约为101.40吨。
5、注浆结束标准
本次工作面预注浆结束标准为实际浆液注入量大于或接近设计计算的注浆量，注浆压力呈规律性增加并达到终压，钻孔基本不吸浆或吸浆量≤20L/min，维持终压终量30min即可结束注浆。
五、止浆垫设计
本次注浆选用单液平底形混凝土止浆垫。
利用公式计算如下：
式中：
B--止浆垫厚度m
P0--注浆终压P=14MPa=140kg/cm2
r--井筒荒半径r=2.5+1.75=4.25m
[a]--混凝土允许抗压强度kg/cm2
[a]=R/k=500×2/3/2=167（kg/cm2）
k--安全系数。
k=2
砼垫用C50混凝土砌旋，止浆垫厚度取5m,
六、孔口管结构及安设
选用Φ108×6mm无缝钢管，上焊高压法兰，做钻探注浆孔口管用。
要求孔口管埋设长度为6m，上端高出止浆垫1.0m；预埋部分管壁外用16#螺纹钢筋缠绕并焊牢（详见钻孔结构示意图）。
在浇筑止浆垫前，孔口管按设计孔位固定牢靠。
孔口管安设：
在预制砼前，由专业技术人员按照设计要求标定各钻孔倾角、方位角，然后由施工人员采用绳索或相互连接等方法将孔口管固定并预埋，要求预埋孔口管管壁密实牢固。
待止浆垫凝固后，用钻机对各个钻孔扫孔，扫孔孔深6.5m，然后连通注浆装置，向孔内注入清水，对孔口管埋设进行清水耐压试验，试验要求：
耐压14.0MPa，稳定30min，钻孔进水量小于20L/min，孔口管不活动、孔口周围不漏水为固管合格。
七、止浆垫的浇筑施工与加固
按照上述公式计算，本段注浆设计止浆垫厚度为5m，采用C50砼，浇筑砼时，要保持连续不得中断，工作面要分片用震捣捧震捣，同时应防止孔口管位移或偏斜，且在止浆垫上部泵位附近预留一个0.5m3的水窝，以便注浆施工时排水。
止浆垫加固：
止浆垫浇筑凝固后，必须对其进行承压试验，具体方法为，用钻机将预埋钻孔孔口管扫孔6.5m，进行清水耐压试验，试验压力为14.0MPa，若试压不合格，出现漏水和从其它地点渗水等情况，要求进行注浆加固，注浆时可采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆的水灰比为1:
1，单液水泥浆与水玻璃的配比为1:
1，注浆时可适当减小泵量，待漏水及渗水点不出浆时，再加压注浆，并达到注浆结束标准。
待全部加固完毕并凝固后，再次进行清水耐压试验，直至止浆垫承压合格。
八、打钻注浆前的准备工作
1、排水系统形成
打钻注浆前应形成不低于50m3/h的排水能力。
井筒安装一趟Φ108mm无缝钢管作为排水管路，吊盘上安设一台DC50-80×10型高扬程离心式水泵及水箱，工作面放置多台潜水泵。
利用工作面潜水泵将工作面涌水排至吊盘水箱，然后由DC50-80×10型泵将水箱中的水通过供水管路排至地面。
井口外备用一台DC50-80×10型高扬程离心式水泵，要保证设备完好，随时投入使用。
2、输浆管路的安装
利用伞钻绳捆扎两路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16MPa。
3、井下操作平台的搭设
利用井筒悬挂第四层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。
4、搅拌站设置
在地面井口房一侧设置搅拌站，同时在地面挖三个池，分别存放配制的水泥浆液，水玻璃浆液和清水池。
池旁边布置注浆泵。
九、施工设备及器具
本次工作面预注浆采用XY-2B型液压钻机一台，SGZX-3型钻机一台，钻具采用Φ50×6mm的地质钻杆，Φ75mmPDC复合片钻头或Φ75mm潜孔冲击器。
注浆泵采用HFV-C型双液注浆泵二台，一台工作，一台备用，搅拌采用自制1m3的搅拌桶。
十、钻进施工
1、钻孔施工顺序为对称开孔，先外后内。
2、工作台与钻机安装要牢靠平整，禁止弯曲钻杆下井，提高对中度，过硬岩时，不应加压过量。
3、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。
4、无芯钻过，分层测水，砂岩较硬时，可在砂岩段采用取芯钻进。
5、定时检查钻具，发现不合格者应及时更换、加压、钻速适当。
6、为防掉物入孔，钻进时孔口钻杆套厚皮胶板。
7、钻头加工要规格，出刃一致，焊结实，使用前严格检查。
8、每孔终孔停钻后，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。
9、要认真做好钻进记录与钻机维修工作。
十一、注浆施工
1、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。
2、注浆
（1）工艺流量：
单液水泥浆经二次搅拌-注浆泵-输浆管-控制阀-孔口管-岩层裂隙。
（见示意图）
（2）据压水结果，确定起始浆液配比。
（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。
（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。
（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。
（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，水灰比选用3：
1或2：
1。
注浆结束后，由记录员及技术员整理各孔钻注全部数据资料。
填制绘图上报、存档。
十二、钻孔防偏斜措施
1、将钻机用4颗Φ18mm的螺丝将钻机底盘和工作面吊盘紧密连接在一起，要求安装牢固，并且保证钻孔施工时，钻机不活动，不偏移。
2、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。
3、钻进使用平顶钻头或PDC金刚石复合片钻头并带同径具长度不小于3m的扶正器。
4、换层钻进时，压力减小，当钻进不小于0.5m深度时再正常给压钻进。
5、弯曲或不同心的钻具一律不能使用。
十三、钻孔防突水及防喷措施
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，并配备两台以上完好排水泵（卧泵），备用。
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。
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、钻孔出水后要及时进行“三量”观测，当钻孔出水大于5m3/h时，停钻进行注浆。
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高压石棉垫圈，并压紧压牢。
十四、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、施工前应对打钻、注浆、供水、排水等设备进行严格检查，在止注垫砌筑和打钻注浆期间要确保有２台卧泵完好。
3、在止浆垫砌筑和打钻过程中，必须安排有经验的水泵工操作以保证水泵正常运行，二回路供电，打钻期间工作面水位距操作台距离应不小于1.5米。
4、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接近卧泵排水能力时，必须立即停钻注浆。
5、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。
6、试验管路及注浆时，在注浆系统范围内，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，方准进入现场。
7、每次注浆前，必须对供电、供水、搅拌、供风、注浆设备及管路，井筒提升、排水、信号及劳动组织进行严格检查落实。
以防注浆中断及堵管。
8、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。
9、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。
10、打钻、注浆操作人员应密切注意人身及机械安全。
注浆时，司泵、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。
若发现异常应立即处理。
工作面一定要设压力表，没有压力表时严禁注浆。
11、应设专人处理吸浆笼头，以防糊堵。
12、值班记录人员要认真及时做好原始记录，记录数据要齐全并在工作地点交接班。
13、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。
14、除本措施外，其他有关井内作业安全措施，执行部颁《煤矿安全规程》中有关规定及原井筒作业安全规定。
十五、工期及劳动组织
1、工期：
本次钻探注浆约用工期３０天；
2、劳动组织：
实行钻注合一，钻孔人员终孔后参加注浆工作，见表如下：
附：
1、钻孔平面布置图
2、钻孔剖面布置图
3、钻孔结构示意图
4、注浆工艺流程图
5、止浆垫浇筑布置图
6、钻注劳动组织表
7、主要设备及材料明细表
钻注劳动组织表
工种名称
圆班人数
备注
1
2
3
合计
钻工
6
6
6
18
钻后参加注浆
司泵
3
3
3
由钻工兼
运输工
8
8
8
24
制浆工
5
5
5
15
笼头工
2
2
2
6
放浆、处理笼头、记池数
记录员
1
1
1
3
记录打钻、注浆原始数据
巡检员
1
1
1
3
打钻注浆时观察水量及管路等
井下注浆工
3
3
3
9
观察工作面及井壁、开、关进泄浆阀门等
电焊工
1
1
1
3
焊钻头
钻注备料加工
1
材料员
1
领料及材料计划
机厂加工
2
机电修
3
3
3
9
机电技术
1
钻注技术员
1
1
1
3
值班
1
1
1
3
合计
101
说明：
1、井上信号把钩打点工未列入；2、施工班队长未计算在内
主要设备及材料明细表
名称
型号或规格
单位
数量
备注
钻机
XY-2B
台
1
钻机
SGZX-3
台
1
注浆泵
HFV-C
台
2
搅拌机
立式
台
1
自制
操作台
吊盘
座
1
自制
调度绞车
JD-11.4
台
2
配SGZX-3型钻机用
钻杆
φ50×5.5mm
米
100
接头
Φ50mm
个
50
钻头
φ75mmPDC
只
5
潜孔钻头
φ75mm
只
5
水接头
φ50mm
只
5
垫叉
叉φ50mm钻杆
只
2
提引器
φ50mm
只
2
法兰盘
Dg100Pg64
付
12
闷盖
Dg100Pg64
只
12
螺栓、螺母
M20×100/AM20
条/个
各100
铅锭
kg
50
铅丝
8#、10#、12#
把
各10
塑料桶
20Kg、50Kg
只
各2
白铁皮
20Kg
只
2
秒表
块
2
压力油壶
把
4
牙钳
36、24、18、12/寸
把
各3
扳手
24、18、10/寸
把
各3
两用扳手
10件套
套
2
链钳
24、36/寸
把
各2
砂布
0#、1#
张
各30
氧气
瓶
20
乙炔
瓶
20
电焊条
kg
50
硼砂
kg
2
滑车
5t
只
2
高压阀门
Dg100Pg64
只
12
压力表
10MPa抗震
块
24
无缝钢管
Φ127×6mm
70m
焊管
高压球阀
Dg25Pg64
个
24
高压胶管
Φ25mm×20m
根
70
钢锯条
细、中、粗
根
各30
皮带蜡
筒
5
皮带扣
45#、55#
盒
各2
液压油
抗磨100#
kg
500
齿轮油
kg
100
三角皮带
A-600-630
根
20
三角皮带
B-1194-1250
根
20
水泥
42.5R普硅
吨
101.4
暂定
水玻璃
20-40Be＇2-3模数
吨
5
氯化钙
吨
1
三乙醇氨
Kg
100
温度计
只
2
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