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、质量保证措施十六、附图表1、工程概况燕垅二矿主井井口标高为1305000M,井底标高为1045000M。井筒净直径45M,井深260M,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11M3/H；3、工作面东偏北方向有一个约20M3/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MKQJ12040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，暂考虑注浆压力取静水压力的335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PO425R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89M140M，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。42注浆钻孔的布置参数421注浆孔数注浆孔的孔数按下式计算N（D2A）/L式中D井筒净径，45MA注浆孔与井壁距离，为05ML注浆孔间距，取061M计算得N18个1个，（增加1个为中心检查孔）。422径向倾角TG1（SA）/H式中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S24M（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05MH段高，H51M计算得131131。43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。44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335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4249MPA45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PO425普通硅酸盐水泥，另掺入水泥重量05的食盐和005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VAHR2NB/M式中A浆液消耗系数，取15H注浆段高H51MR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085。M结石率，取085。N裂隙率，前期注浆取2，后期注化学浆取05。计算得浆液量V365M3，需要单液水泥浆292M3，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51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PO425R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BNKPOR/R3703R式中PO注浆终压，49MPA砼37天极限抗压强度，取333MPA，现场应根据实际试验强度取值R井筒荒半径255MK安全系数，取2计算得砼止浆垫厚度BN31M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。52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05M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61孔口管长度取值孔口管长度大于止浆垫总厚05M，取36M。孔口管规格为1085MM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。62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、倾角固定在施工平台上，用130MM冲击钻头开孔钻进，钻进深度为31M，用压风吹净孔内岩粉，在钻孔内灌满21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05MPA，压水1020MIN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MKQJ12040型潜孔钻机，配60MM钻杆，与DHD35冲击器施工，钻头90MM，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108MM孔口管上安设100MM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20M，工作台采用108MM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81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HFVC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108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。812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，具体作业程序如下全面检查注浆、搅拌系统及管路连接处等。注浆系统进行无负荷试运转。全系统联合试运转。处理存在问题，并再次进行试运转，直至符合要求。82注浆作业注浆作业流程浆液经搅拌系统搅拌后，经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。作业程序当注浆孔钻到既定深度后，先用清水冲孔（破碎带不冲）直到流清水后进行注浆作业。注浆作业程序如下接通输浆管路压水试验注浆定量压清水冲洗输浆管路拆洗注浆泵扫孔或钻进压水试验注浆前进行压水试验，冲洗岩石裂隙中的充填物，提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗透能力，并根据泵压及注入量，进行钻孔吸浆量的测定，钻孔吸水量的计算公式为QQ/H式中Q单位钻孔吸水量，L/MINQ压水最大压力时的流量，1/MINH试验段的高度，分别为75/80/115/115M。压水试验时，尽可能采用大泵量，压力值控制在本段注浆终压，一般压水时间为20MIN（破碎带压水时间缩短或不压水），精确测量并记录压水段高、流量和压力，根据压水时间测定的单位钻孔吸水量，确定注浆时浆液的起始浓度，并作为鉴定注浆效果的依据之一。注浆压力的调整在注浆过程中，注浆压力可分为初期、正常及终压三个阶段变化，当初始浓度确定后，根据注浆压力变化情况，应及时控制浆量，调整浆液浓度及凝胶时间等，使注浆压力平缓地升高，避免出现较大波动，直至达到注浆终压和终量，并稳定20分钟以上。浆液的调配单液水泥浆常用的水灰比为21、151、1251、11、0751、061和051单液水泥浆配制见表81；每次注浆的初始浓度根据压水试验测定的单位钻孔吸水量进行选择，见表82；注双液浆时，水泥浆与水玻璃体积比例为10806。每个钻孔注浆时，初注用浓浆，复注时逐渐降低浆液浓度，但每次注浆时，一般先稀后浓。当浆液在裂隙中沉析、充填阶段，若压力不升且进浆量也不减时，应逐渐加大浆液浓度；反之，若压力上升快且进浆量减量也快，应依次降低浆液浓度；每更换一次浆液浓度，一般持续20分钟。单液水泥浆配制表表81水灰比水泥用量（KG/袋）水（升）三乙醇胺（KG）氯化钠（KG）浆液比重浆液体积（M3）0511200/246000661810030611100/226600555517210240751950/1971204848162103711750/15750038381510021251650/15812038331421030151550/1182502828137100921450/9906023231291051浆液起始浓度选择表表82单位钻孔吸水量（L/MIN）水泥浆浓度（水灰）3331502151708015125190111113075115061双液浆（水泥水玻璃）配比对照表表83水灰比水（KG）水泥（KG）水玻璃（KG）浆量（M3）118006437601010875071467610107710756626101066608035701010559085750810化学浆凝胶时间温度与A/B液配比参数表表83时间S温度C030秒60秒90秒A液B液A液B液A液B液25C030C0315181A液B液A液B液A液B液18C020C0315515815说明化学浆液受温度、含水量、地层条件等因素影响，施工中可根据具体情况进行调整,具体配方在注浆施工前，由专业人员根据施工地点的温度、水文地质与工程地质条件、工程要求、材料性能等，进行配方试验后确定。注浆结束当钻孔注浆达到结束标准，或因裂隙较大，虽未达到结束标准，但为防止浆液扩散较远，按预定和本次注浆的注入量已达到要求，可结束本次注浆。在结束注浆前，需压注一定量的清水，将管路中的浆液冲洗干净，注入量为输浆管路和注浆孔容积的80，然后关闭孔口高压球阀，打开放浆阀，冲洗输浆管路。扫孔和复注注浆结束后，原则上在注浆段位置能托住钻就可扫孔，一般需46小时；扫孔后进行压水试验，当耗水量小于20L/MIN，可不再注浆，进行下一个钻孔的钻进，否则应复注。8化学浆注浆化学浆按照设计的量分9个孔均量注入。83注浆结束标准及注浆过程中的质量检查831注浆结束标准各注浆孔的注浆压力达到设计终压值，注入量小于5060L/MIN，稳定20分钟以上。注浆结束时，浆液的水灰比不低于11（即11浆液或更稀）。浆液的注入量基本达到设计要求。832注浆过程中的质量检查注浆施工是隐蔽性工程，施工过程中的技术资料以及出现的与注浆相关的现象，都是评价注浆质量的重要依据；必须及时进行整理、统计和分析各孔的注浆参数、注入浆量和材料等，以便了解各孔间参数的变化，从而采取相应的措施；对于返浆和窜浆情况都要做好记录，查出原因，避免再次发生。9、钻孔测水91井下测水井下注浆孔在揭开含水层后，即开始测量钻孔的涌水量；钻进中发现水量增减或揭开新的含水层，都要及时测水量。每孔注浆前，都要测量静水压和水量。方法容积法，正常情况用水桶从三通上接水，水量太大可用井筒水位的增加计算钻孔涌水量。92井口测水注浆前进行压水试验，测泵压和清水池中单位时间消耗量。10、井筒壁后注浆根据井壁现状、出水特征及地质条件，决定采用以堵水加固井壁为目的的壁内注浆施工方案。101施工方法在漏水点上方和下方均匀布置多孔导水，堵截井壁过水通道，采用三花眼或五花眼布孔注浆。将水赶至内壁出水裂纹以下进行封堵。102施工顺序根据出水点位置，确定采用先上行后下行压入式注浆。103浆液类型堵水以水泥水玻璃双液浆为主，加固以单液水泥浆为主。封堵小的出水点可采用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆封堵。水泥为新鲜的PO425R普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为3540波美度，水灰比为11081，水泥浆与水玻璃的比例为108。104注浆孔深度、排间距、孔间距注浆孔深度225M，孔口管长度加工成500MM，排间距根据井壁涌水情况确定约254米，孔间距每周圈810个。105注浆压力静水压力P0注浆压力PP0（0515）如140M水平注浆最大压力为1929MPA106注浆量总注浆量因无法推测空隙率难以计算，单个注浆孔要根据注浆量及注浆压力适当控制。根据多个类似井筒施工经验，预计40M井壁注浆需用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液20M3、水泥、水玻璃浆液70M3（现场实际注入量根据堵水情况，注浆参数如压力、泵量、注浆时间的变化综合确定）。107注浆系统1）注浆设备选用2TGZ210/50型注浆泵。2）浆液搅拌铁皮桶，4个。3）混合器三通式。4）注浆站布置在吊盘上。108钻孔及埋管先采用YTP26凿岩机凿眼深225M，紧接着埋入注浆管40MM长500MM并安装好12“球阀，注浆管露出井壁50100MM，然后用注浆泵进行压水试验，若漏压则需重新埋管，若不漏压，准备注浆。109注浆注浆孔安装好后，装上混合器，联接好输浆管路及压力表，测定水压。按选定的浆液及配方调配浆液。注双液浆时，先送水玻璃后送水泥浆，停机时则相反。注单液浆时，若压力不升，进浆量不减时应逐级加大浓度，反之，若压力上升快进浆量减少时，应依次降低浆液浓度。注浆时，设专人观察井壁和压力变化及检查管路是否堵塞，并记录注浆量及注浆时间、注浆压力等数据。注浆时，达到注浆终压，且终量小于40L/MIN时即可结束该孔注浆。停泵后应及时压清水，冲洗管路和器具。11打钻注浆技术要求及注意事项11、1打钻注意事项开钻前要认真检查钻机安装的牢固性、平稳性、各部件连接是否可靠，操作手柄是否灵活，并进行钻机的试运转，确认无误后可进行钻进。检查风压系统各管路接头是否拧紧。钻具要拧紧，各工具及其它物品严防掉进孔内，下放和提拔钻具时，要有人指挥，确保安全。4钻杆丝扣连接时要缠白铅油麻丝。11、2注浆技术要求制浆前对注浆材料进行试验，材料的质量应符合现行国家标准及技术条件，并找出在给定条件下浆液的最佳配比和浓度。注浆时必须注意注浆压力和吸浆量的变化情况，及时进行相应的调整，并认真记录，每注1M3或5MIN记录一次泵压和泵量。发现异常情况，及时采取措施进行处理。3各工程操作人员要坚守岗位，服从统一指挥，发现异常情况及时汇报，以便采取措施。4灰浆搅拌先加水后加灰。必须保证连续供浆、不得间断。5每次注浆结束后，灰浆搅拌池要洗干净，无残浆、灰碴。注浆泵打开清洗、检修、试运转，待下次注浆使用。值班技术人员整理好资料，填写注浆报告单。12、工期安排及人员组织、注浆效果12、1工期安排（1）准备时间（包括设备、工器具、周转材料和人员长途搬迁，场地准备、原料采购、钢平台加工制作、配比实验、准备机具、设备检修改造等）12天（不算工期）；（2）止浆垫施工5天；（矿建单位施工不算工期，在止浆垫凝固期内，可以进行井筒壁后注浆）（3）每个钻孔打钻及注浆时间3天，计工期54天。（4）壁后注浆40M段高12天；（5）钻机平台安装、拆除2天；（6）竣工验收2天（不算工期）注浆总工期68天。12、2人员安排见表12。123注浆效果实施注浆后预期井筒涌水量控制在8M3/H以下。（不含雨季地下水增加的水量和未注浆井筒部分增大的淋水量）。13钻注设备、材料、记录表格13、1钻注材料、设备、记录表格分别见表131、132。劳动组织表表12序号工种数量备注1拌浆工15包括放水、放浆、倒运灰2注浆化验记录员33技术员14司泵工45电工、机修工46打钻工127值班干部28材料员1合计42按三八制配备不包括项目部管服人员、绞车压风、井上下信号把钩、井下排水、吊盘起升等辅助工作由矿建单位负责主要设备表表131序号设备名称规格型号单位数量备注1钻机MZ120台12压风机20立方台1矿方提供3注浆泵HFVC台14注浆泵2TGZ210/50台25水泥搅拌机立式台2自制6潜水泵50M3/H台3矿方提供7钻机YTP26台2打钻注浆主要材料表132序号名称规格型号单位数量备注1钻杆60M80包括接头2钻头130MM个23钻头90MM个44注浆管404M3005水泥PO425R普通硅酸盐T2756三乙醇胺T0057食盐T058高压胶管2根29高压球阀4只610抗震压力表0160KG/CM2块211闸阀6个212球阀2个4加工13球阀3/4个2014胶管1/2M10冷却水管15快速接头2付4加工16橡胶管2付60供水管17注浆三通2个2加工18钢管1085M70孔口管含高压法兰19黄砂T20石子T21冲击器DHD35个422钻机配件套223双组份固砂封堵溶胶A/B液M39324水玻璃T11十四、安全技术措施注浆期间所有施工人员除必须严格遵守立井施工的有关安全制度外，还必须按以下规定进行安全施工（1）所有参加（施工的人员必须认真学习施工组织设计及安全技术措施，做到人人心中有数，明确施工方法，注意安全事项并严格遵照执行。（2）施工前向全体施工人员认真贯彻施工组织设计和安全技术措施，施工人员必须遵守矿内的一切规章制度，树立“安全为天”的思想，做到不安全不施工。（3）立井下放或提升设备时，必须捆绑牢固，并事先与绞车房联系好，确认无误后方可开车。（4）工作盘上与注浆无关工器具及杂物律升井。工作面至吊盘要有避灾爬梯，确保出大水时，人员可以安全到达吊盘。（5）打眼时，必须把工作盘固定好，防止工作盘晃动引起断钎伤人。（6）班前会布置工作任务，明确工器具检修完好无损，材料落实备足。（7）施工人员严禁班前饮酒和带病作业，配齐劳保用品。（8）井下作业人员要系好安全带并生根在牢固的构件上。（9）井下施工作业设置专用通讯信号，专人负责联系，保证信号畅通无误。（10）作业机械工具必须系有留绳，要生根可靠，小件材料工具必须放在容器内并绑扎连接牢固。（11）施工布孔要慎防任何物品坠落，防止砸坏井筒内装备，碎砼、杂物装入专用的容器内，工作结束后带到地面，防止损坏井筒设施。（12）井筒内电缆、注浆管易损处，必须绑扎胶皮遮挡加以防护。（13）确保工作平台整齐，所有物件施工时手要抓紧、抓稳，确认固定牢靠后，方可作业。（14）注浆泵等设备下井前必须进行检修，试运转，确无问题后方能下井。（15）做好注浆原始记录及签证工作，井下所有工作人员时刻观察井壁情况，发现问题应立即停止注浆，并向技术人员汇报。（16）各工种要定岗定责，严格按规程操作。（17）注浆前要对整个管路系统做压水耐压试验，检查管路上的