探水注浆措施.doc

新源矿主井井筒工作面探水注浆施工技术及安全措施1、概况：根据招标书要求和施工组织设计，主井冻结段以下基岩段含水层涌水量超过20m3/h时采用工作面预注浆法施工。据检查孔资料显示，主井井筒施工穿过三灰、五灰、九灰、十下灰、十二灰等含水层，涌水量分别为44m3、17.1m3、91.88m3、78.13m3、148m3，主井井筒冻结段至-306m，三灰层标高为（-291.3-299.1m）处在冻结段以内，但是由于测温孔钻孔向外偏移过大，致使测温孔的测温资料不足以推断三灰冻结情况。为此，本着“有疑必探、先探后掘”的原则，主井探水注浆施工方案包括三灰和其他各层含水灰岩。但是涌水量不超过20m3/h的，将不采取注浆措施。目前，主井井筒外壁施工至-250m位置，距三灰顶板还有40m，预计本月20日揭露三灰，计划在-280m位置采用潜孔钻机提前探水。为了探水注浆施工安全、有序有效的进行，特编制本探水注浆施工措施，主井井筒主要技术特征见表1主井井筒主要技术特征表 表1井筒及峒室工程名称单位数量备注深度m406冻结段深度306m净直径m5.0井口标高m+38.0(0)地坪高度+34.3m表土段厚度mm内400、外400表土层厚120.48m基岩段厚度mm600450总回风巷m3/m箕斗装载峒室m3/m马头门m3/m/3.5+3.52、地质及水文地质概况：2.1地质概况：主井-273.1-413.7m处于石炭系太原群地层，岩性主要由10层灰岩（三灰十下灰）、黑黑灰色泥岩、砂质泥岩、灰灰白色中砂岩、细砂岩、9层煤组成，主要煤层12下煤、16煤、17煤可采。灰岩大多含硅质结核；砂岩钙质、铁质胶结，坚硬、完整；泥岩、砂质泥岩松软半坚硬。详见组织设计主井地质柱状图：主井井筒在-273.1m-277.9m穿过一正断层，此断层落差约58m，断层破碎带厚度4.8m，断层破碎带主要由角砾及断层泥组成。根据区域构造规律分析断层走向困难为SE-NW向，倾向为NE，其它地层均属正常。地下水流向：东北西南。2.2水文地质概况：第四系表土含水层水文情况不详基岩段含水层位置及预计井筒涌水量详见表2 表2主 井层 位深度（m）涌水量（m3）三 灰29544五 灰31817.1九 灰36391.88十下灰40378.13十 二 灰431148合 计379.113、探水注浆方案：本次工作面预注浆是以封堵岩溶裂隙水为目的，采用人工砌筑砼及预留岩帽复合型止浆垫，预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，地面设注浆站，通过地面注浆泵和井壁吊挂无缝钢管，将地面搅拌好的水泥浆液压入注浆孔含水层裂隙中。第一注浆段的施工，当井筒掘进至-281m，外壁成井-280m，进行工作面探水、注浆。三灰注浆期间，井筒维持冻结，三灰注浆结束后，井筒采取积极冻结；第一注浆段注浆结束后，先对-280m以上段套内壁，而后恢复井筒正常掘进；若三灰钻探无水的情况下，井筒正常掘进至-304m，而后套内壁。4、注浆起止深度及注浆方案根据井筒冻结资料分析，三灰地层因地下水运动较强，冻结效果较差，故本次注浆从三灰开始，终止深度为十下灰，起止深度为-281-417m（包括预留岩帽及超过十下灰各10m），打钻探水注浆总厚度136m。注浆段划分根据该段地质水文条件及设备的优选组合，分为两大注浆段及井筒掘砌段，第一段-281-352m（八灰底板），第二段-352-417m。第一段上部于-273.10-277.90m有一厚度4.8m的破碎带（主检孔），在井筒掘进中应实测破碎带的位置、倾角。为避免注浆段触及该破碎带，可适当延伸井筒掘砌深度，减少岩帽厚度（在施工中可调整23m），但应增加混凝土止浆垫厚度。八灰顶板的12下、14煤厚度分别为1.2m 、0.6m ，打钻注浆时易坍塌，影响下段的注浆效果，故第一段井筒掘进深度为-352m，成井-351m。为减少井筒施工工序的转换，提高注浆效果，每个注浆段分为2个注浆段高，采用下行压入式注浆，将上段已注浆过的裸孔，经扫孔作为下段注浆的导管。注浆段高的划分见表3 表3注浆段注浆段高划分备注段次起止深度段高2773481-281-31332用4个孔探水，若预计井筒涌水量小于20m3/h，将不进行注浆2-313-352393484133-352-395434-395-41722 探水注浆各项参数选取 表4序号名称数值备注1注浆孔数8个每段面平均选取4m2注浆孔径向倾角2.0终孔径向超出净径2m3预留岩帽厚度10m承压48kg/cm24砼止浆垫厚度2m过7天抗压200kg/cm25孔口管长度3.6m4.2m各段注浆压力选取见下表（表5）各段注浆压力选取 表5段次终孔深度注浆压力（kg/cm3）1-313m62772-352m69873-395m78984-417m831035、探水注浆工序5.1地面预建注浆站5.1.1水泥才用散装水泥，现有容积50T水泥仓一个。5.1.2浆液一级搅拌系统利用现有混凝土搅拌机能满足20m3/h的注浆量。5.1.3二级搅拌系统池设在井南偏西侧，靠近搅拌机，可用下灰用旧弹簧管从一级搅拌池导浆至二级搅拌池，二级搅拌池可以砖砌，容积为2m3（内径可为2m1m1m），也可以用相当容积的容器。池内设一路吹风管，用以搅拌，另设12m3的清水池一个，1个水玻璃浆液池，可用相当量容器代用。5.1.4于井口西南部布置2台HFV-C型液压注浆泵。5.2探注浆前准备工作4.2.1井筒掘进到距预定注浆的含水层约10m处（即-280m-352m处）停止掘进。掘至-280m处钻超前钻孔，测定含水层冻结情况或含水层的准确位置和水量，水压等。5.2.2打探眼前要在吊盘安置卧泵和悬挂潜水泵，形成5080m的排水能力，并要试运转，确保能随时投入使用。5.2.3信号和通讯要于探眼前做好准备，井上、井下吊盘以及工作面要有通畅的信号联系。5.3止浆垫施工5.3.1止浆垫施工在距含水层顶面10m位置，砼止浆垫设计施工2m厚，其中与成井井壁重叠1m。在施工前，首先拆除刃角，提起模板使其高于止浆垫上口。5.3.2止浆垫施工前，如有淋水务须处理。工作面矸石出净后，用风镐将井帮，井底按设计尺寸修正，将工作面碎石，泥质杂物用清水冲洗干净。5.3.3止浆垫施工前，必须制备好孔口管及安装件，孔口管规格取1084.5mm无缝钢管，孔口上部焊接法兰以便联系注浆阀；孔口管中、下部应焊12道加固肋，可用6mm8mm钢筋呈螺旋状点焊在孔口管中下部。孔口管长度上段为3.6m，下段为4.2m。5.3.4固定钻机。第一注浆段，当井筒掘进到-281m井筒砌壁深度-280m时，按设计潜孔钻机的方位、孔径，按钻架固定螺丝眼位置预埋螺杆，螺杆应打入硬地以下半米，并用膨胀药固定，然后在工作面打好钻架基础，基础的大小尺寸等见钻架现定， 5.3.5在模板底部1.8m高处架设打钻工作平台，平台采用4根128mm钢管，东西向架设在模板筋板上，注意避开落罐位置，4根钢管相互有50100mm木方连接牢固，上铺50mm木板。5.3.6利用工作平台，将两台KQJ-100B型潜孔钻机固定在钻架上，接好风、水管路，做好钻孔准备，用130mm冲击钻头钻孔，按1、3、5、7号钻孔顺序施工。每孔钻进深度3.1m。5.3.7吹干净钻孔内矸石杂物，在钻孔内灌满2：1水泥沙浆，紧接着下3.6m的孔口管，24小时后用钻机扫掉孔口管内水泥沙浆。5.3.8各孔口管用1.5倍静水压力试压，不漏即为合格，否则注双液浆加固孔口管直至合格为止。当预计井筒涌水量大于20m3/h时待注浆封口后，将在预埋孔口管上方，上接长2m带有法兰盘的1084.5孔口管，孔口有编制袋封死，以免漏灰入内。5.3.9施工止浆垫，止浆垫厚度选2m，砼设计标号为C30，配合比为水泥：沙子：石子：水=1：1.47：3.43：0.44，另加水泥重量4%的早强减水剂。浇筑前保持工作面无水且干净。可以用灰罐直接下灰到浇筑工作面，但是一定要加强振捣，可以在工作平台上安置2台插入式振捣棒，来回振捣，人工找平。5.3.10第二注浆段，井筒掘进至-352m，井筒掘砌壁深度351m，预埋探水注浆孔口管8个，钻孔深度3.7m，下入4.2m长孔口管。孔口管的埋设及加固方法同上，工作面先施工止浆垫而后施工孔口管。5.4注浆孔的施工5.4.1注浆孔钻进前，要安装好地面注浆站和输浆管路系统，并做好设备试运转和管路系统耐压实验。管路耐压用清水实验，实验压力取用注浆终压的1.2倍，稳定1015min不漏，即为合格，各项注浆前准备工作完成，确保随时可以进行注浆施工，方可进行注浆孔钻进。5.4.2第一注浆段设计先打1、3、5、7号探孔，涌水超出20m3/h，关闭孔口管球阀，埋设2、4、6、8孔口管，施工砼止浆垫，然后进行1、3、5、7号孔注浆，同时施工其余4个注浆孔。第二注浆段同时预埋8个孔口管，分别钻进，出水即注浆，同此注浆与钻进在不同注浆孔位同时进行，并行作业。5.4.3注浆孔采用固定在模板上的潜孔钻机，分别配50mm、60mm钻杆与90mmDHD3.5冲击器施工，钻头取90mm，用清水做循环液，打钻工在工作平台上进行。5.4.4注浆孔钻进工程中，若遇钻孔涌水量超过5m3/h，或围岩石破碎塌孔打不下去时，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。5.5注浆作业5.5.1注浆作业程序：接通输浆管路压水实验注浆定量压清水冲洗输浆管路拆洗注浆泵扫孔或钻进5.5.2测定注浆孔水压与水量，注浆前，对已打好并冲净后的钻孔进行水压及水量的测定。在孔口注浆管上连接测水的压力表及阀门装置，测出最大流量及静水压值，测定时要求压力，水量稳定，数据准确。5.5.2压水实验（1）先用一台注浆泵压水，其流量由小逐渐增大，当钻孔耗水量大，泵的流量虽已全量，而压力仍然很低时，则可用两台泵压水，尽量使压力控制在比注浆终压高0.5Mpa左右。（2）每次压水实验，应测定和记录注浆段高，压水流量，测定流量可采用浮标法或用注浆流量计。（3）在破碎带压水时间缩短或不压水。根据压水实验测定的单位钻孔吸水量，确定注浆时浆液的起始浓度。5.5.3注浆压力的调整：在注浆过程中，注浆压力分为初期、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要及时地控制泵量，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、终量、并稳定20分钟以上。5.5.4浆液的配比（1） 单液水泥浆常用的水灰比为：2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.75：1、0.6：1、0.5：1。单液水泥浆培植表如下 单液水泥浆配制表 表6水灰比水泥用量（kg/袋）水（kg）三已醇胺（kg）氯化纳（kg）浆 液比 重体积（m3）0.5：11200/246000.661.81.0030.6：11100/246600.555.51.720.0240.75：1950/197120.484.81.621.0371：1750/157500.383.81.51.0021.25：1650/138120.333.31.421.0301.5：1550/118250.282.81.371.0092：1450/99060.232.31.291.051（2）每次注浆的初始浓度，根据压水实验测定的单位钻孔吸水量选择，见下表7 浆液起始浓度选择表 表7单位钻孔吸水量L/min水泥浆深度（水：灰）3.33：15.021.25：17.08.01.51.25：19.01：111130.75：1150.6：1（3）当浆液在裂隙沉析、充填阶段时，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，减量也快，此时为了保证足够的注入量，应依次降低浆液浓度。每更换一次浆液浓度，一般持续20min。（4）当单液注入量接近预计注入量的40%50%，其压力不升，进浆量不减时，可采用低压，间歇注浆的方法达到注浆终压。（5）下行初注浓度一般较大；上行复注一般较小5.5.5开始注浆（1）关闭水泥奖管路的输出阀门及孔口池压阀门。（2）打开孔口（及混合器）前的起止阀。（3）打开水泥浆泵的回浆阀及进浆阀。(4)启动水泥浆泵，调节流量，或用进浆阀门调节流量。（5）打开水泥浆管路输出阀，关闭回浆阀，向岩层裂隙注浆。（6）当流量、压力、不符合要求时，应于调节，调节进浆阀使压力、流量达到正常注浆的要求。（7）为防止因注浆时间长而堵塞回路，一般每隔20min左右开关一次回浆阀，以流出少量浆液并达到畅通回路为准。（8）设专人看管吸浆笼头及时清理笼头上的糊堵物。（9）注浆时机电维修人员不能离开注浆站，要精心维护注浆设备，发现问题及时处理。5.5.6结束注浆 （1）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，按预定的本次注浆的注入量已达到要求，需结束本次注浆时，按以下步骤结束注浆操作。 （2）在最后一次放注浆完毕后，由水箱放定量清水（水量等于缸套、输浆管路及钻杆的体积）至水泥浆一级搅拌池。（3）在吸浆池的水泥浆即将吸干前，把一级搅拌池内的定量清水放入吸浆池内，同时开大水泥浆泵的进浆阀门，直至使压清水压力比注浆的压力大0.5Mpa左右，以防由于压力低，流速慢而造成浆液凝胶堵管事故，但也不可高于安全销的压力，否则切断销子也会造成堵管事故。（4）定量清水压完后，立即关水泥浆泵，孔口逆止阀，解开孔口附近活接头。（5）开水泥浆泵冲洗水泥奖管路。（6）注浆结束后约30min拧开孔口泄压阀。（7）移注其他注浆孔或者拆洗注浆泵，吸浆管和试运转达到流量，压力正常。（8）清洗水泥浆搅拌池，孔口混合器及逆止阀等。5.5.7注浆结束标准（1）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20min以上。（2）注浆结束时，浆液的水灰比低于1：1或更稀。 （3）浆液的注入量基本达到设计要求。5.5.8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以扫孔，一般需46小时，扫孔后进行压力实验，当耗水量小于20L/min，可不再注浆，进行下一个钻孔的钻进或结束注浆。否则应复注。5.5.9拆除工作（1） 钻及工作平台：注浆达到预想效果后，拆除钻机、钻具，并先行提升上井，然后拆除工作平台的木板以及管梁，各部件提升上井时能用罐装尽量用罐装，否则要确保捆扎结实，绳具安全之后才能用钩头直接提上井。（2） 砼止浆垫爆破：结束注浆，清理工作面后，进行砼止浆垫的爆破，为了确保井壁和达到爆破效果，打深度以不穿过砼止浆为宜，周遍眼离成井井壁300以上为宜，多打眼少装药。爆破后，要用风镐清除井壁上的被破坏处，下模打灰时一并打灰或处理，确保表面质量。6、质量检查根据合同要求，新源煤矿主井冻结段以下基岩含水层涌水量超过20m3/h时采用工作面预注浆法施工，合同要成井后井筒总涌水量不超过5m3/h。因此质量验收检查工作以成井漏水量、材料质量、消耗、施工过程的技术资料以及出现的与注浆相关的现象，为验收评价 质量的主要依据和要求。对各孔的注浆参数，注入浆量和材料等必须进行及时整理、统计和分析，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。注浆时的观测及记录：（1） 注浆泵进浆量的观测与记录（2） 泵压的观测与记录（3） 探水施工记录（4） 探孔水压水量测量记录（5） 压水实验记录7、打钻注浆技术要求及注音事项7.1注浆技术要求 （1）第一注浆段第一个探水孔应布置在a、冻结交圈最薄弱部位，b、井筒掘进时井帮温度高温处。 （2）探水后井筒预计涌水量大于20m3/h时、应进行封孔注浆（压力、注入量小于设计值）然后施工止浆垫。 （3）注浆材料、外加剂的质量必须符合设计要求和规范规定。(4)浆液配比及浓度必须符合设计要求。（5）止浆垫或岩帽厚度，强度符合设计要求，经清水试压达到设计终压，无跑水现象。（6）孔口管结构、加工、埋设符合设计要求，团结牢靠，实验压力不大于注浆终压1.2倍，孔口不跑浆。（7）注浆时技术员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。（8）孔口管钻孔时起导向作用，应次除执行（6）项外，还要埋设位置到位、角度准确、深度到位。（9）各工程操作人员要坚守岗位，服从值班干部统一指挥，发现异常情况及时汇报，以便采取措施。（10）灰浆搅拌时先加水后加灰，必须保证连续供浆不得间断。（11）灰浆池内要不断搅动，确保浆液不离析沉淀。（12）每次注浆结束后，灰浆搅拌池要清洗干净，无残浆、灰渣，注浆泵打开清洗、检修、试运转，待下次注浆使用，值班技术员整理好资料，填写注浆报告单。（13）两台潜孔钻机同时作业时，要布置在对称位置上，终孔后按顺时针移钻。（14）当注浆孔大量喷水，水压顶钻或出现塌孔喷渣无法钻进时，应立即停钻注浆。7.2打钻注意事项（1）孔口管上必须设高压阀门，钻具可通过阀体钻进，遇有突水征兆时，应停止钻进，提出钻具，迅速关闭阀门注浆。（2）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。（3）软硬换层时，一定要用慢转、轻压（34kn）钻进。（4）检查风压系统各管路接头是否拧紧。（5）不使用磨损的钻头钻进。（6）钻具要拧紧，各工具及其他物品严防掉进孔内，下放和提拔钻具时，要有人指挥，确保安全。（7）钻杆丝扣连接时要缠白铅油麻丝。（8）经常检查钻具是否弯曲，禁止用弯曲的钻杆钻进。（9）注浆孔钻进过程中应注意采取防斜措施。每钻进2030m测斜一次，发现问题及时纠偏。8、主要安全措施（1） 严禁酒后下井，严禁违章作业，认真做好防坠工作。（2） 执行井筒掘砌时的安全规定。（3） 严禁工作人员离岗、窜岗。（4） 下工作平台的搭设一定要安全可靠，并避开落罐及钻机位置。（5） 钻机下井要检查部件是否连接牢固，各较大件用钢丝绳下井的，要检查钢丝绳的安全系数，要符合提升要求，井上、下把钩工要坚守岗位，严把安全关。（6） 打钻过程中随时观测工作面水位，若水量增加较快，应立即拔出钻杆，关闭阀门，测量水压，通知地面注浆。（7） 本次注浆属高压注浆，阀门及各管路要固定牢固，各接头要拧紧，开泵后井下工作人员要离开管路，井上非工作人员严禁靠近注浆泵。（8） 井口注浆泵严禁外来人员及非工作人员靠近，井上地运工看机工都有负责防止这类情况发生，避免意外。注浆站处要挂设醒目警示牌。（9） 放浆放水时要先打开放水三通缓慢放出。将浆液放入罐中，提到地面。（10）井下工作人员必须佩戴安全帽，保险带和矿灯。（11）井上、下吊盘及工作面的信号工通讯要畅通无阻。（12）吊盘工必须带矿灯备用。（13）井下两台钻机施工，起拔钻杆时，要通知对方，以防碰撞。（14）打钻注浆期间排水泵始终处于完好状态，吊盘上有专人值班开泵。9、突水预防及处理主井探水注浆主要是过九灰和十下灰，两个含水层，预计涌水量均不超过100m3，应次突水淹井可能性不大，但是为万无一失，施工人员必须注意：（1）井筒内在吊盘下悬挂至少一台吊泵，管、电路连接好，一旦发生涌水能及时排出。（2） 吊盘位置距工作面以10m左右为宜，必须下放安全梯。（3）孔口管上必须安设高压阀门，钻具可通过阀体钻进，遇有突水征兆时，应停止钻进，拔出钻具，迅速关闭阀门进行注浆工序，（4）井下由班长现场指挥，遇有突水，要冷静处理。一边要提出钻具，关闭阀门，如果突水较大，无法抽压和关闭阀门不果，则速撤人至吊盘，提盘避险。10、工期安排及人员组织10.1每个注浆段：止浆垫施工及凝固时间6天，每个钻孔打钻及注浆时间5天。三（两）台钻机同时施工，每个注浆段施工13（20）天，两个注浆段注浆总工期42（52）天。10.2劳动组织表见下表8劳动组织表 表8序号工种数量备注1拌浆工9包括拌料放浆2注浆化验记录