任楼副井井壁加固施工组织设计

1、任楼煤矿副井井壁加固工程施工组织设计编制单位：编制日期：中煤第三建设集团安徽地质测量工程有限责任公司施工组织设计审批单工程名称任楼煤矿副井井壁加固工程编 制： 年 月 日审 核： 年 月 日地 质 科： 年 月 日安 质 科： 年 月 日总工程师： 年 月 日处 长： 年 月 日审批意见：目 录1 工程概况11.1 副井井筒概述11.2 副井地质及水文地质概况1表土分类 1表土层段水文地质1基岩岩性分类21.2.4 基岩水文地层21.3副井井筒现状说明21.4 副井井壁破坏原因简要分析32 副井井壁治理方案33 具体施工内容及技术要求33.1 架设井圈33.1.1 井圈加工33.2 破坏段注浆

2、加固4施工内容53.2.2 注浆孔施工技术要求54 信号传递85 劳动组织与工期安排85.1 劳动组织85.2 工期安排86 主要施工设备及消耗材料一览表96.1 主要施工设备96.2 主要材料97 附图10任楼煤矿副井井壁加固工程施工组织设计1 工程概况1.1 副井井筒概述任楼煤矿副井井筒一水平于1988年竣工，2004年经扩建延伸至二水平，井筒设计净直径7.2m，表土层厚280m，井筒垂深776.50m，采用双壁结构。在井深100m 160m段，外壁为单层钢筋混凝土结构，壁厚550mm，内壁为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C35，壁厚500mm，内外壁之间有2层防水塑料板。1.2 副井地质

3、及水文地质概况副井自然标高为25.20m，表土层埋深278.9m。风化带自垂深278.9315.0m，厚约36.1m。风化程度不甚强烈，裂隙不太发育。表土分类（见表1） 表土分类 表1 类别砂土粘土砂质粘土粘土质砂钙质粘土砂盘总计厚度（m）42.265.867.044.44613.5278.9占%15.1232415.916.54.9100副井通过的粘土层，多为含钙质结核，在垂深68.075.6米，221.9233.1米及262.3270.8米处有三层钙质粘土，厚度分别为7.6米、11.2米和8.5米。该土层具有较大的冻胀力和塑形变形，膨胀量可达3050%。表土层段水文地质表土段有四个含水层，

4、三个隔水层，其中第四含水层直接覆盖于煤系地层之上，三“隔”四“含”见副井表土层段水文概况（表2）。副井表土层段水文概况表2 含水隔层厚度（m）埋深（mm）水 文 简 述一含25.86.832.6矿化度为0.535g/L，全硬度9.74，粘土类组成，隔水性能好一隔48.032.680.6二含26.280.6106.8水质多为硫酸重碳酸型，矿化度多大于1g/L，与上下含无直接水力联系，隔水层多为粘土，可塑性强，隔水性能好二隔三含53.7106.8160.5孔隙承压含水层，为河湖沉积，水化学为氯化物硫酸型，矿化度为1.884g/L，含水丰富，靠层间径流补给三隔91.0160.5251.5四含27.4

5、251.5278.9孔隙承压含水量，矿化度2.16g/L，与上含无直接水力联系，靠区域层间径流补给，通过含水层本身与基岩段发生水力联系基岩岩性分类基岩多为砂岩和泥岩互层，基岩（包括风化带）总厚279.1m，属石盒子组煤系地层。主要岩层有泥岩、粉砂岩、中、细砂岩、煤层等详见表3。基岩岩性分类 表3 岩层泥岩粉砂岩中、细砂岩煤合计厚度（m）152.1747.1392.168.07297.1占%50.815.730.82.7100.0备注包括粗粉砂岩包括部分粗砂岩穿过13煤，约7层煤线1.2.4基岩水文地层主要基岩段含水层概况表4含水层名称含水层厚（m）埋深（m）简 述12煤间含水层26.7329.

6、2406.51本段有5层中、细砂岩，厚约26.7m34煤含水层516.33576本段有8层细砂岩、粉砂岩，厚约45.0m2煤下的K2砂岩和3煤下的K3砂岩，据资料分析岩石裂隙发育，含水丰富，其涌水量分别为19.13m3/h和49.21m3/h。1.3副井井筒现状说明副井井筒在施工建设期间曾进行过预注浆和井筒壁间注浆，但未系统科学的对井壁进行过壁间注浆，具体资料不详。副井在2014年7月8日2014年7月28日由我公司对井深106.8160.5m三含段集中出水点进行壁间、壁后注浆堵水加固。合计施工钻孔42个（堵水孔24个，壁间加固孔11个，壁后孔4个，验证孔3个），共计注入P.O 42.5普通硅

7、酸盐水泥48t，水玻璃3.15t。注浆后注浆段（井深125145m）总渗水量0.05m3/h（治理前4.0m3/h），原出水点全部消除，已无明显渗水点，堵水率在98%以上。注浆量统计表 表5序号孔类孔数（原设计）孔数（实际施工）水泥量（t）水玻璃（t）1壁间孔121111.9502检查孔330.3503壁后孔64241.34堵水孔8248.951.05合 计2942483.15施工过程中发现井壁出现部分破坏现象，井壁破坏范围集中在井深142146m正北、东北、正东方向，破坏面积在2838m2之间，主要表现为开裂、麻面、保护层混凝土脱落等。在井深144.5m东北位置打孔时，开孔深度为300mm，

8、未下入孔口管井壁出现喷沙现象。在136m147m段打孔时,有的孔在开孔200mm深后，可以明显感觉到之后的井壁强度下降，个别孔在安装好孔口管继续钻进到450550mm时会喷沙。注浆期间该段井壁不抗压，12MPa井壁会出现噼里啪啦的响声并伴随井壁保护层混凝土的开裂。1.4 副井井壁破坏原因简要分析副井井壁破坏段主要集中在三含粉砂段，该表土段井壁为冻结施工，破坏段自接茬处往下两模，以下井壁出现开裂。破坏的主要原因可能是冻结后井壁解冻时井壁收缩形成裂缝，井壁质量不达标或者后期井筒表土层段井壁壁间注浆不科学彻底，加上井壁年久混凝土强度下降。2 副井井壁治理方案针对目前现象，我单位制定以下治理方案：（1

9、）井深141148m段架设井圈17道（密集井圈8道，花背井圈9道），以增大破坏段井壁横向抵抗能力；（2）破坏段注浆加固（井深140.5148.5m，段高8m，设计钻孔24个）。3 具体施工内容及技术要求3.1 架设井圈架设井圈的目的是在注浆施工中提高破坏段井壁的保护能力，防止井壁破坏程度再次增大。在井深141m-148m，约7m段高，架设20#b槽钢井圈17道。其中，密集井圈8道，花背井圈9道。3.1.1 井圈加工采用20#b槽钢加工制作井圈，井圈外直径为7.2m，每道井圈分8节加工，每小节井圈外弧长2.82m，两头焊接10mm厚20080mm对接钢板，在每块对接钢板切割出两个长40mm、宽2

10、0mm的圆长孔，同一水平每小节井圈之间采用对接钢板与M1860mm镀锌螺栓连接，每套镀锌螺栓配1个弹簧片、2个垫圈和1个螺帽。花背井圈加工采取在每小节井圈圈身的同一侧焊接两根站腿，站腿使用厚8mm、7.0热轧等边角钢，站腿长度暂定350mm，根据现场情况量取进行切割。井圈、对接钢板、角钢、支撑圆钢及弧形钢板都要进行防腐处理。首先进行喷砂除锈，其次进行喷锌，然后刷环氧富锌底漆，最后刷煤沥青漆作为面漆。螺栓使用镀锌螺栓无需再进行防腐处理。3.1.2 支撑点施工在井深148m、144m的最底层井圈得下沿，用水平管找平，各均匀布置16根支撑圆钢，支撑圆钢间距1.4m，采用风钻垂直于井壁施工钻孔，孔深4

11、50mm、孔径42mm，打入40450mm圆钢作为支撑点，圆钢外露70-80mm。3.1.3 架设井圈从井深148m支撑点开始，先架设最底层井圈1道，用水平管找平，调平底层井圈后，再按上行式架设5道花背井圈；再从过牛腿后（井深144m）支撑点开始，再按上行式架设8道密集井圈，之后再向上架设3道花背井圈。上下层井圈节与节之间错位摆放，每一层井圈架设完毕，圈身和井壁之间必须用铁楔背紧。架设井圈段没特殊情况下应保持井壁原状，在密集井圈处有破坏较大的井壁根据需要清理易掉的外层浆皮，之后井圈与井壁间用水泥砂浆充填密实。3.1.4 割圈与加固井圈架设过程中井圈对接钢板连接处必须尽量远离罐笼边角到井壁的最小

12、位置处，在罐笼边角到井圈内边沿安全间隙不足150mm时，在注浆结束后通过气割井圈内边沿来调整间隙，并尽量减少气割宽度，减少井圈强度损失。在架设井圈前应准确丈量，在安全间隙不够的地方，通过加工时在相应气割的井圈后面焊接一块弧形钢板以增强井圈强度。2014年7月31日对井深140-150m架圈段实测罐笼、大罐配重装置拐角距井筒内壁最近距离为：罐笼西北440mm，东北470mm，西南200180mm，东南200160mm；大罐配重装置西北180170mm，东北180160mm。在气割后应对气割面进行除锈，涂刷防锈防腐漆。3.2 破坏段注浆加固在破坏段上下8m（井深140.5148.5m）段高共计施工

13、4排壁后注浆孔，以加固破坏段井壁外围的地层。施工内容在井深148.5m、145.5m、142.5m、140.5m四个水平施工4排孔，每排6个孔，孔间弧距3.7m，共24个孔。钻孔先打壁间孔，孔深0.6m；待壁间注浆结束后，再对全部钻孔进行破壁，孔深1.5m；待注浆结束后，对所有壁后注浆孔进行重新透孔、再次复注第二遍，透孔深度不小于2.8m。钻孔布置在破坏段上下各2排，具体位于花背井圈和牛腿的空档处，钻孔根据实际架圈位置相应调整。如壁后注浆孔和含水层壁间注浆孔位置重合或接近，为尽量少打孔、减少破坏井壁，可利用壁间注浆孔透孔进行注浆。3.2.2 注浆孔施工技术要求（1）工作平台的搭拆造孔及注浆操作

14、在罐笼顶部进行，利用副井罐笼顶部搭设工作平台进行施工。在井壁上施工支撑圆钢与罐道梁一起作为支撑，用建筑钢管作为骨架，铺设厚度不低于70mm的大木板作为平台，木板用双股8#铁丝与钢管捆绑牢固，具体见下图。图1 工作平台示意图（2）注浆钻孔结构钻孔孔径定为42mm一级孔径。钻孔下一级孔口管，孔口管选用42450mm无缝钢管制作，钢管前部加工成400mm长的马牙扣，后部加工成50mm长丝扣。孔口管的马牙扣部位缠上生麻，用大锤或风钻将孔口管打进孔内。孔口管与双52mm高压球阀组成的防喷阀，采用长100mm的短节头连接。（3）造孔方法使用风钻垂直井壁施工孔深450mm的钻孔，造孔前必须在钻杆距钎头450

15、mm处焊接一圈焊镏并喷涂红漆当作孔深限位标识，防止钻孔过深。随后安装孔口管，再换用28mm柱齿钻头在孔口管内钻孔至孔深600mm，钻孔前也必须在钻杆距钎头600mm处焊接一圈焊镏并喷涂红漆当做孔深限位标识，防止钻孔过深、误穿外壁。在施工过程中因打到内壁钢筋等原因出现的废孔及时用快硬水泥药卷封捣实。孔口管安装完毕后必须进行耐压试验，压水试验时逐渐加压，稳定压力达到安全值并持续20min为合格。若出现漏水，则直接用水泥浆液固管。然后再次试压至合格为止，方可钻进。（3）防喷板安装由于不能确切掌握井壁外围岩体岩性，防止钻孔穿透外壁后出现喷水涌砂现象而此时孔口管的抗压能力可能又不够，易造成孔口管顶出的严

16、重后果，在施工每个壁后注浆孔时，使用28mm钻头穿透井壁前必须安装防喷阀和防喷板，起到对孔口管的安全保护。防喷板安装方法：在孔口管外部距丝口端焊一个钢圈，防喷板采用钢板制成，居中位置切割出孔口管大小圆孔，在孔口管安装后用防喷板将孔口管卡牢卡实，然后用2根锚杆将防喷板固定在井壁上，起到稳固孔口管的作用。若孔内出现喷水涌砂情况时，则立刻退出风钻钎杆、关闭孔口球阀，然后利用该孔口直接进行注浆堵水、堵砂。（4）壁间、壁后注浆工艺流程：采用风钻开孔 安装孔口管 孔口管试压 关闭球阀连接混合器与注浆管路 开启注浆泵进行压水 打开球阀 注入水泥浆液 达到设计压力封孔 关闭球阀。 （5）注浆站布设在副井上井口

17、附近合适地点设置注浆站，注浆设备选用2TGZ-60/210双液注浆泵，LT-200拌浆机拌浆。沿副井供水管托梁下放二趟25mm的高压软管，分别输送水泥、水玻璃双液浆至注浆工作面混合器进行注浆。高压胶管接头连接必须使用U型卡，严禁使用铁丝代替，高压胶管用双股8#铁丝捆扎在罐道的托梁上，每4m捆扎1道。（6）注浆方式 壁间、壁后注浆均采取上行式注浆方式。（7）注浆材料注浆材料使用单液水泥浆，封孔时使用水泥浓浆或水泥-水玻璃双液浆，首选水泥浓浆，水泥浓浆封孔效果不好时使用水泥-水玻璃双液浆。水泥选用新鲜P.O42.5普通硅酸盐水泥。使用模数2.83.2，波美度4045的水玻璃。水泥浆的水灰比为1:1

18、，水泥浓浆的水灰比为0.75:1或0.5:1，水泥与水玻璃的体积比G:S = 4:13:1。（8）注浆压力对井壁进行壁间、壁后注浆时，井壁强度校验采用式：式中：P：注浆部位井壁能承受的压力MPa E：井壁厚度（内壁）0.5m，壁后注浆厚度为1.05m R0：井筒的净半径3.6m K：井壁材料的允许抗压强度MPa，K=R/n=35/2=17.5 R：井壁材料极限抗压强度，井壁混凝土强度为C35（取内、外壁混凝土强度较小值），砼实际抗压强度35MPa n：安全系数，n=2P(壁间)=17.5(0.52+23.60.5)/2(3.6+0.5)2=2MPaP(内壁井壁最大承受压力)=2P(壁间)=4M

19、PaP(壁后)=17.5(1.052+23.61.05)/2(3.6+1.05)2=3.5MPaP(内壁井壁最大承受压力)=2P(壁后)=7MPa为安全起见，孔口管耐压试验不大于井壁安全承受压力，壁间注浆压力不能超过该注浆点静水压力的1.5倍，注浆终压取该孔1.5倍静水压力和井壁安全承受压力二者之间较小值。根据计算结果表土层段井壁壁间注浆终压不得超过2.0MPa。壁后注浆压力取静水压力的1.5倍，不大于3.0MPa。在施工壁后深孔前井壁得以加固，钻孔周围岩性较为密实，深孔注浆压力取4MPa。钻孔注浆最终注浆压力根据钻孔周围井壁情况，可适当降低终孔压力。（9）漏浆处理与封孔方法注浆若发生漏浆现象

20、，采取加大浆液浓度或间歇式注浆，处理效果不佳时，采取水泥-水玻璃双液浆封堵。如发现严重跑浆，还应使用棉纱和道钉进行堵漏。（10）注浆结束标准：注浆压力呈规律性增加，并达到设计终压时即可封孔。单孔注浆量控制在10t以内，若单孔注浆量超过10t时，注浆封孔采用水泥-水玻璃双液注浆或间歇注浆。4 信号传递施工时井上下联系采用对讲机通信方式，确保施工中地面和井筒施工人员通信畅通。井筒上下之间的信号传递由施工单位负责。施工单位每班安排专人与矿方井口打点人员专项联系，施工单位的动罐指令由矿井口打点人员负责传送。5 劳动组织与工期安排5.1 劳动组织实行项目部管理方式，选派项目经理1人，副经理1人，项目经理全面负责工程施工。每天施工时间为连续6小时。人员配备表 表6工 种人 数备 注司泵工2兼职井圈架