立井井筒综合防治水技术

1 毕业设计专题毕业设计专题 金黄庄煤矿风井立井筒施工综合防治水技术金黄庄煤矿风井立井筒施工综合防治水技术 专业专业 煤矿开采技术煤矿开采技术 班级班级 2008 级级 专升本专升本 函授站 新汶党校函授站 新汶党校 姓名 李延辉姓名 李延辉 2 金黄庄煤矿风井立井筒施工综合防治水技术金黄庄煤矿风井立井筒施工综合防治水技术 班级班级 煤矿开采技术煤矿开采技术 2008 级级 姓名 李延辉姓名 李延辉 摘要 以安徽金黄庄矿业有限公司金黄庄矿风井立井井筒防治水为例 简要介 绍了 探 堵 截 封 立井井筒综合防治水施工方法 施工工艺及管理措施 为类似工程施工积累了一定的施工经验 取得了良好的经济效益 关键词 立井井筒 防治水技术 应用 0 引言 立井井筒涌水往往导致施工速度缓慢 井壁浇注质量差 由于井筒中吊盘 空间有限 无法安设大功率排水设备 限制了排水能力 施工中极易造成突水 淹井事故 搞好井筒防治水工作不仅减少资金投入 缩短建井工期 也关系到 施工单位职工的安全 经过研究与探索 总结出了 探 堵 截 封 立井井 筒综合防治水施工技术 有效预防了井筒水害事故的发生 为井筒快速优质施 工创造了较好的条件 1 风井井筒水文地质概况 金黄庄煤矿风井位于井田东北端 地层自上而下依次为 第四系 二叠系 上统石千峰组 上石盒子组 下统下石盒子组 山西组 石炭系上统太原组 中统本溪组 奥陶系中统白土组 下统马家沟组 由于第四系地层采用了冻结 施工 井筒涌水治理主要集中在基岩段 井筒基岩段施工自上而下主要穿过二叠 系上统石千峰组 上石盒子组 下统下石盒子组 山西组 井筒基岩段水文地质主要有以下几个特点 1 1 地质条件复杂 含水层多 且含水丰富 风井筒所穿过的砂岩层均含水 矿井自井口 45 1 至井底 800m 掘砌 过程中 共穿越砂岩含水层 26 层 砂岩含水层厚度一般在 3 6m 之间 最厚达 25 6m 二叠系上统上石盒子组底界面为奎山砂岩底 是主要含水层 分两段 第一段厚度 23 51m 第二段厚度 15 10m 间隔 7 40m 的粉砂岩 含水丰富 1 2 含水层纵向裂隙发育 注浆难度大 从井筒掘进揭露的地层可看出 岩层纵向裂隙特别发育 揭露的纵向裂隙 3 宽度一般在 1 3mm 最大达 10mm 风井还揭露断层 井壁出水通道都是纵向裂 隙导通 这在其他矿区是很少见的 1 3 断层构造带影响 致使含水层大量涌水 金黄庄矿风井在施工过程中在垂深 358 m 处 揭露 F1 断层 受断层的影 响 造成砂岩与上覆砂质泥岩联通导水 1 4 高静水压 微裂隙是井筒深部含水层的主要特征 随着井筒延深 水压随之增大基本与埋深呈正比关系 进入煤系地层 井 底静水压达到 6Mpa 煤系地层沉积裂隙减小 形成微裂隙 2 井筒综合防治水技术 根据风井井筒水文地质条件有针对性的选择不同的治水措施 解决了凿井 期间治水技术难题 其具体做法为 2 1 探 根据井筒检查钻提供的含水层位置 预留 15 米隔水岩柱 在井筒主 要含水层揭露前进行钻探 查清水量 水压 2 2 堵 当钻孔涌水量小于 3m3 h 时 直接掘进 大于 3m3 h 时 编制注浆措 施 进行注浆封堵 2 3 截 采用暗截水槽 在井壁敷设排水管 把水直接截吊盘水箱 通过吊盘 上的水泵排至地面 减小吊桶排水压力 增加排矸量 同时防止井壁淋水冲刷 砼 为井筒壁后注浆创造较好的条件 2 4 封 每一次探水注浆前对上一次注浆段出水点进行壁后注浆 减少井筒淋 水 待井筒掘砌全部结束后对井壁细小出水点再一次进行全方位封堵 3 风井井筒掘砌期间综合防治水实例 3 1 风井井筒探水注浆施工工艺 根据水文地质资料 确定含水层位置 调整掘砌段高 预留 10 15m 止浆 岩帽停头 施工砼止浆垫层 搭设注浆工作平台 设备布置安装 按探水注浆 措施要求布孔 孔口管加固 注浆施工 注浆完毕后的孔口管 浆液凝固后 打开高压阀门 用钻头扫出水泥浆 继续钻进 遇水后 提钻注浆 如此反复 直至通过整个含水层 3 2 注浆参数的选择 3 2 1设备选择及布置 4 选用 mz120 锚固钻机 钻杆直径 60mm 90mm 冲击器 小钻头直径 90mm 大钻头直径 130mm 注浆泵选用 2TGZ 60 210 型双液注浆泵 3 2 2 注浆材料选择 工作面注浆主要采用水泥单液注浆 水泥 水玻璃双液浆封孔 壁后注浆主要 采用水泥 水玻璃双液浆 针对特殊地层采用化学浆注浆 主要材料为 水泥 P O42 5R 水玻璃浓度为 40Be0 化学浆用DHN 3 改性脲醛树脂胶和草酸 3 2 3止浆垫厚度的确定 探水注浆采用预留岩帽做隔水岩柱 工作面视岩层情况施工不同厚度的止 浆垫层 一般岩层垫层厚度控制在 1 1 5 以内 止浆岩帽厚度一般控制在 10m 15m 3 2 4 钻孔参数确定 1 探注段高确定 根据以往施工经验 参考潜孔钻机钻孔深度和注浆泵流量 浆液沉淀速度 注浆泵压等参数 确定注浆有效段高 65m 在岩层隔水状况较好层段 施工部 分深部检查孔 探查深部含水层情况 探查深度至 80m 如段高 80m 内 检查 孔内均无水 则掘砌段高 70m 否则掘砌段高视含水探查孔揭露含水层位置确 定不超过 55m 2 探水注浆钻孔倾角按下式计算 tg E M A H E 为永久井壁厚度 m M 为终孔位置超出荒径的距离 考虑放炮松动圈影响 岩层空隙率及注浆 交圈效果 对井筒取一般 3 5 米 A 开孔位置距井帮距离 为方便施工一般取 0 3m H 钻孔深度 m 依据探注段高确定 钻孔倾角 由于含水层距止浆垫距离不同 施工过程中钻孔倾角随时调 整 一般为 4 1 5 最大时达 8 3 布孔数目的确定 注浆孔数一般按下式确定 N D 2A L 5 N 注浆孔数 个 D 井筒净直径 A 开孔位置距井帮距离 一般取 0 3m L 注浆孔间距 m 施工过程中 三个井筒正常布置 12 个钻孔 分单双号施工 先期均匀布置 6 根 钻孔在井筒内 以井筒中心为中心 均匀布置 施工过程中视探水情况 适当增减钻孔个数 全部钻孔施工完毕后 结合探注期间的揭露水文情况 施 工 1 2 个检查孔 当情况异常时 再补充注浆孔 加密注浆 3 2 5 注浆压力的确定 注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动扩散 充填 压实的能量 是控制浆液 扩散距离的重要因素 在注浆过程中 注浆压力可分为初期 正常及终压三个 阶段 可由下列公式确定 Pa P0 1 3 Pa 注浆初始压力 MPa Pb P0 3 5 Pb 正常注浆压力 MPa Pc P0 5 8 Pc 注浆终压 MPa P0 静水压力 Mpa 一般 当初始浓度确定后 用人为的办法调节注浆泵的吸浆量 调整浆液 浓度及凝结时间 使压力达到初压 正常和终压值 并达到预计注入量 浆液 注入量可由下式估算 Q R2H M 浆液损失系数 取 1 5 R 浆液扩散半径 3 5 米 H 注浆段高 岩石裂隙率 取 10 20 浆液在裂隙内的有效充填系数取 0 8 M 结石率 取 0 8 根据现有经验 注浆终压一般控制在静水压力的 2 5 3 倍 终压具体数据 以实际测定静水压力确定 3 2 6 浆液浓度选配 用注浆泵压清水 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能力 一般压水时间 10 20 分钟 复注时压水时间 6 20 30 分钟 根据压水试验资料 计算单位钻孔吸水量 据此确定所注浆液的 浓度 q Q H q 单位钻孔吸水量 Q 压水最大压力时的流量 H 注浆段高 注浆期间 根据实际注浆情况 按下列方式进行浆液浓度调整 1 在初期注浆压力条件下 吸浆量为吸水量的 80 可视为正常 否则 可调浓或调稀一级 2 当压力不变时 连续注入 30 分钟后 吸浆量不变 可调浓一级 3 当压力缓慢上升 吸浆量逐渐减少时为正常 可一直注浆直至结束 3 2 7 结束注浆的控制 单孔注浆结束标准 用以下两个指标衡量 一是注浆压力达到注浆设计终压 注入量小于 40 至 30 升每分 二是实际注入量基本符合预计注入量 通过对井筒掘砌前含水层探水注浆 封堵了含水层出水通道 将水隔离在 以井筒中心为中心 半径 8 米的范围之外 全井筒共探水注浆 10 次 在掘砌过 程中未出现大于 3m3 h 以上的出水点 确保了施工安全和井筒质量 4 井筒探水注浆后残余水量的处理 通过工作面探水注浆 含水层涌水得到有效控制 井筒施工环境大为改善 但由于地质构造复杂 纵向裂隙发育 仍有个别点出现涌水现象 在不影响井 筒掘砌的情况下 掘完本注浆段后 下次探水注浆前对井壁出水点进行壁后注浆 封水 壁后注浆一般在吊盘上进行 打眼采用 7665 型风钻 钻头直径 42mm 注 浆孔深度一般 1 5 2 5m 注浆管采用直径 40mm 的无缝钢管 车出鱼鳞扣 长度 0 5 1 5m 注浆孔沿井壁合茬缝上 下呈倒三角布置 孔间距一般 1 0m 注浆材 料采用水泥单浆液和水泥 水玻璃双液浆两种 一般采用双液浆 注浆过程中 根据现场情况及时调整浆液浓度和浆液配比 注浆终压为该段静水压的 1 5 倍 通过壁后注浆 可将大部分出水点进行封堵 大大减少井壁淋水 7 5 采取截水槽集中导水 减少工作面淋水 改善施工环境 采用壁后注浆后 大部分出水点得到封堵 但由于井筒深度不断加大 水 压相应增高 个别出水点容易出现反弹 而且由于井筒几乎全部含水 虽经注浆 后 井壁淋水仍然逐步增大 为保证井壁砼浇筑质量及给工作面创造一个好的生 产作业环境 每隔一段距离在浇筑井壁合茬缝时 人为增大合茬缝宽度 一般 在 50 100 m 然后对合茬缝进行改造 制作成外口小 内腔稍大的环形槽 可以储存大量淋水 最后采用 2 寸胶管将环形槽淋水引至工作面吊盘水箱内 排至井口 6 全井筒壁后注浆封水 由于风井探水注浆次数多 累积井筒残余总水量超过竣工验收标准 为此 在井筒施工完毕后 进行一次系统壁后注浆 注浆采用自下向上注集中出水点 然后自上向下封堵各接茬缝封水 对集中出水段采取上下拦截 分段注浆方法 进行注浆 注浆压力控制在静水压的 1 5 倍左右 通过全井筒壁后注浆 达到 了综合治水效果 最后风井残余水量为 5 5m3 h 7 注浆效果 风井井筒全长 699 米 共有含水层 28 层 井筒进行了 10 次工作面预注浆 累计工期 293 天 施工钻孔 164 个 钻孔总进尺 8119 米 6 次壁后注浆 累计 工期 64 天 消耗水泥 2227 吨 水玻璃 54 吨 90mm 钻孔单孔涌水量最大 68 m3 h 一般在 12 20m3 h 顺利通过厚 26 米的奎山砂岩段富含水层 井筒验收收 时实测全井筒涌水量小于 5 5m3 h 封堵涌水效果十分明显 8 结束语 8 1 实践证明 在井筒施