龙塘沿矿南风井注浆方案09.03.20

1、龙塘沿矿南风井-108米井筒工作面涌水的封水治理方法及中深孔预注浆施工施工组织设计攀钢集团冶金工程技术有限责任公司 特种分公司 二00九年三月汇签表工程名称：和成矿业龙塘沿铁矿井巷及井下相关工程总包单位：中钢集团马鞍山勘察设计有限公司施工单位：攀钢集团冶金技术有限公司方案名称：南风井-108米井筒工作面涌水的封水治理方法及中深孔预注浆施工方案内 容签 字日 期审 核施工负责人编 制 人技术负责人质量负责人安全负责人龙塘沿矿南风井-108米井筒工作面涌水的封水治理方法及中深孔预注浆施工方案一、工程施工概况： 龙塘沿铁矿南风井设计净直径3m,井深128m(其中由于-120m中段平巷掘进排碴及排水的

2、需要，井筒需增加延伸长度8m)，井颈段+6.8m至-68.65m，井壁砼300×2=600mm，为C40钢筋砼井壁；壁座-68.65m以下为C25砼，300mm厚素砼井壁。井口封口盘盘面标高+6.8m。现井筒掘进已到-108.0m,井壁衬砌至-107.0m.1、围岩揭露情况从南风井现掘进位置-108m地质来看，岩性为弱风化新鲜白云岩及方解石岩，岩体较破碎，其中白云岩岩石坚硬，方解石岩则属软岩。地质预报在-112m以下岩性为含矿大理岩、角砾状大理岩，含矿角砾岩及矿体，属较软岩，层状结构或碎裂镶嵌结构，岩体较破碎至破碎，岩石强度较低。局部会有溶洞及含水大裂隙，地下水丰富，水头高。2、涌水

3、情况 2009年3月2日下午掘进，钻孔探水后无涌水，三点十八分响炮，一小时通风排烟后，施工人员下井出渣,发现井筒出现涌水，且涌水量较大已淹至-95m左右。随后立即组织人员组装水泵并下放至井筒抽水，在正常排水后，由我项目部施工人员测量并记录井中水位标高。3月3日经测算涌水量达180m3/h，经过连续3天不间断的排水，自3月6日开始涌水量保持在120m3/h左右，井筒内涌水量补给来源稳定，其水压将在1.1Mpa左右。二、工作面涌水封堵方法：1、基本方法：由于井筒工作面的涌水较大，放炮后的松碴还未出，不能将工作面的涌水完全抽干，因此不能准确定位涌水点，本方案拟采用填碎石、浇灌砼止浆垫及盲注水泥浆封水

4、的方法，为下一步工作面采取中深孔预注浆创造条件。2、排水：先用潜水泵将井筒内的水抽至最低水位（距松碴面约2米左右）。为了缩短抽水时间，应加大水泵抽水能力并保证两台水泵同时抽水，抽水量应大于最大涌水量三分之一以上。当井筒内的水位抽至最低水位后，用一台水泵维持抽水。根据已经实测的最大涌水量，此水泵应选用流量Q=180m3/h的多级潜水泵，并需另外准备一台备用。备用水泵应将电缆线及排水管接头联接好、放在吊盘下层盘上随时备用。3、下放水泵滤水套桶：为了控制在填碎石层及浇灌砼止浆垫时期的涌水水位，保证在此期间的施工不受影响，在井筒水位降到最低水位后，立即下放和固定水泵滤水套桶，并将水泵放入滤水套桶内继续

5、抽水。滤水套桶采用=8mm钢板预先卷曲并焊成直径D=500mm的圆桶，滤水套桶下端2.2米长的周边用火焊割成直径15mm25mm滤水孔眼，孔眼间距=100mm200mm。滤水套桶长度根据填碎石层及砼止浆垫厚度决定，本方案确定长度为6米。在滤水套桶的上口，还需加设封闭桶盖，在封水注浆时当套桶内涌水降低至3m3/h时，停止桶内抽水，桶盖用16mm螺栓与套桶密闭联接。4、埋设注浆套管及填碎石层：当使用地表卷扬下放和固定水泵滤水套桶后，先要埋置注浆套管。注浆套管使用108mm钢管，长度5.8米，管头处接有4吋闸阀（抗压力大于4Mpa）。注浆套管下端2.2米长的管壁用火焊割成花网孔眼。注浆套管埋设间距为

6、1.5米，共需埋设5根，上口安装DN100的闸阀5个。然后即可开始填碎石层。碎石层填2.5米厚。填碎石时要均匀摊铺，用已有的溜灰管从井口下料，从吊盘处用串筒接至作业面，操作人员在吊盘或吊桶上控制串筒口的溜放位置。碎石为混凝土用粗骨料，颗粒度越大越好（4080mm）。在填碎石层时，注意水泵的排水正常，以及水位的上升速度和高度。5、浇灌砼止浆垫：碎石层填到规定厚度以后，立即开始浇灌砼止浆垫。砼止浆垫浇灌厚度根据经验数值确定为3米。采用C40砼浇灌并振捣密实，砼料在地面搅拌、仍用溜灰管及串筒下料。为了增加砼止浆垫与原有井壁砼之间的摩擦力及接茬的密实性，应将原砼井壁人工凿毛。为了提高砼止浆垫的早期强度

7、，可在砼搅拌时添加早强剂。6、工作面封水注浆：当砼止浆垫浇灌完毕并达到设计强度的50%时，开始通过预先埋设的注浆套管对碎石层进行封水注浆。此封水注浆为单液水泥浆注浆。注浆参数选择如下：水泥浆水灰比：0.5：11：1之间。浆液扩散半径：因该次注浆为封水注浆，仅对松石及碎石层进行注浆，达到固结及封水的目的，因此本次注浆的浆液扩散半径选择为：R=1m。注浆孔间距：L=（1.31.5）R=（1.31.5）×1 选取L=1.5m。注浆压力：PH=（22.5）H/100 式中：H受注点到静水位的水柱高度，-108m+4.0 m，H=112 m。 水密度，取=1.1。 PH=（22.5）H/100

8、=（22.5）×112×1.1÷100=2.4643.08(Mpa)。 取PH=3.5 Mpa。本次注浆量估算：参考矿山井巷工程施工及验收规范中：浆液注入量计算式Q=AR2HnB/m计算，式中：A浆液消耗系数，为1.21.5，取1.3。R以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径，取2.0mH注浆段高,本次为6.5mn岩层平均裂隙率，本次为松石及碎石层，取0.3B浆液充填系数，取0.95m浆液结石率,取0.85。浆液注入量Q=AR2HnB/m=1.3×3.14×22×6.5×0.3×0.95÷0.85=35.59

9、m3。此注浆总量为理论计算结果，施工时可能有出入，应以注浆原始记录为准。7、封水注浆的劳动组织：封水注浆工序多，要求工序衔接紧凑，因此施工组织安排要合理，使各道工序协调动作。排水到位后，按方案先制作、安设水泵虑水桶及孔口管并安装好水泵和管线，然后填碎石层，再浇注止水垫砼,最后进行封水注浆施工，施工分三班作业。人员配备如下表：劳动力组织人员配备表施工班组工种人数工作安排安装班班长1×3组织施工指挥与检查施工，保证安全作业焊工2×3负责滤水桶及孔口管制作、安装的焊接铆工、钳工3×3负责滤水桶及孔口管制作、安装注浆班班长1×3组织指挥与检查施工，保证安全作业技

10、术员1×3负责注浆配比，检查注浆质量记录员1×3负责记录施工中泵压力，孔口压力，流量等数据司泵工2×3操作注浆泵，按设计要求操作灰浆配制工5×3按要求配浆注浆工2×3注浆操作其他辅助人员把钩工1×3摘挂吊桶及装卸材料水泵工3×3负责排水信号工3×3负责井上下信号联系机电维修工2×3负责钻孔班所有设备维修绞车司机4×3负责提升绞车运转合计938、封水注浆的工期安排：制作、安设水泵滤水桶及孔口管72h，填碎石层、浇注止水垫砼8h, 止浆垫养护期35天，封水注浆施工二十四小时作业，碎石层封水注浆预计时

11、间2h/孔×5孔=10h，碎石层注浆完毕后养护期23天。9、封水注浆的主要设备及材料计划：注浆主要设备及材料计划表序号材料名称规格型号单位数量备注1注浆泵2TGZ-120/105台12搅拌机LJ-200台13空压机寿力20台14潜水泵台2流量180m3/h5电焊机YB-400台26波美度计2050波美度根27孔口管Ø108×4.5×6500mm根58水泵滤水管Ø500×10×6500mm根19注浆管2寸高压胶管m2×1010高压闸阀D=Ø108mm,4.0MPa个511水泥P.O42.5t按施工用量12浆

12、液桶0.5m3个21.2m3个113乳胶手套双5014防护眼镜付3015工字钢20m1016钢板201.017铁线8#518麻丝kg510、封水注浆中的安全施工事项：10.1涌水监报和监控量测在施工中贯彻始终。 10.2施工排水系统要完备，疏排及时，严防涌、积水。 10.3针对大量涌水注浆施工的特点和要求，严格执行安全实施细则。 10.4加强全员安全意识教育，坚持安全第一的思想，不盲目施工，以防止安全隐患的发生。 10.5要配备一台应急水泵，作为应急时使用。 10.6注浆作业人员戴口罩、眼镜和软手套，以防止水泥粉尘和水玻璃溶液对人体造成伤害。 10.7要有良好的照明条件，注意用电的安全检查工作

13、，严防井筒漏电、跑电现象。 10.8做好备用电的准备工作，严防紧急停电。10.9作好使用前井筒提升系统的检查工作，确保系统的正常安全使用。三、工作面中深孔预注浆方法：当南风井-108 m井筒工作面实施完成封堵涌水后，即可按本方案实施中深孔的工作面预注浆。预注浆从井下的砼止浆垫（标高-102.5 m）起，至井底以下：标高-133 m止，注浆段高30.5 m。1、预注浆基本方法：采用KQJ-100B型潜孔钻机，先按设计孔位（井筒内沿2.6米直径的圆周上布5个孔、井中心1个孔）和倾角（见附图）钻130mm的孔，孔深2.5m，钻完孔后，埋设孔口管。埋孔口管时，孔内灌水泥砂浆（沙子要过筛）后埋入108&

14、#215;4.5×2500mm的孔口管，孔口管采用无缝钢管制作，每根长2.5m，孔口管上焊缠8#铁丝，上端头焊有和4"高压球阀相连接的法兰盘，法兰盘露出岩面300mm。在孔口管达到养护期后用90mm的钻头在管内钻进，钻进时，孔口管上必须安装高压球阀。钻孔时，当涌水量较大时必须停止钻孔，拔出钻杆，关闭阀门。在单孔出水量达6m3/h或6个钻孔总出水量达到20m3/h时，必须进行工作面注浆。注浆至终压后待浆液终凝后扫孔，如发现扫到原孔深，孔内仍有涌水，需进行复注。孔内无水，则继续加深钻孔，直到钻孔达到终孔深度。6个注浆孔依次注浆完成后，在井中钻检查孔三个，检测注浆效果，钻孔参数同

15、注浆钻孔。2、注浆参数确定：浆液性质：水泥、水玻璃双液浆：即C-S浆液。水泥浆水灰比：0.5：12：1之间。水玻璃浓度：35Be40Be之间。水泥浆与水玻璃（双液浆）体积比：水泥浆：水玻璃=1：01：0.8之间(注浆过程中根据注入量、压力、堵水情况灵活调整)。浆液扩散半径： R=103式中：为裂隙平均宽度，取=6mm。R=103=103×6mm=6m注浆孔间距：为加强注浆效果，选取L=1.63m。注浆压力：PH=（22.5）H/100 式中：H受注到静水位的水柱高度，-133m+4.0 m，H=137 m。 水密度，取=1.1。 PH=（22.5）H/100=（22.5）×

16、137×1.1÷100=3.0143.768(Mpa)。 取PH=3.04.0 Mpa。本次注浆量估算：参考矿山井巷工程施工及验收规范中：浆液注入量计算式Q=AR2HnB/m计算，式中：A浆液消耗系数，为1.21.5，取1.5。R以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径，取7.8mH注浆段高,本次为30.5mn岩层平均裂隙率，取0.05B浆液充填系数，取0.95m浆液结石率,取0.85。浆液注入量Q=AR2HnB/m=1.5×3.14×7.82×30.5×0.05×0.95÷0.85=488.4m3。此注浆总量为理论计算

17、结果，施工时若遇大裂隙或溶洞注浆可能有出入，应以注浆原始记录为准。3、注浆施工： 注浆孔施工设备选择拟选用KQJ-100B潜孔钻机钻孔，选用D-90钻头配Ø50mm钻杆打注浆钻孔。施工顺序每钻孔的施工顺序为：钻孔遇水注浆凝固扫孔钻进遇水注浆钻眼至全深注浆封孔扫孔钻眼至全深 钻注方式根据本次注浆的特点，决定采用分段下行式压入注浆的方法，涌水量超过3m3/h停钻即注，待浆液终凝后扫孔，如发现扫到原孔深，仍然有不小于3m3/h的涌水，需进行复注，直到达到注浆结束的标准后，方可开新孔。注浆压力 注浆压力是给预注扩散，充塞、压实的能量，根据井筒工作面预注浆，注浆压力一般大于静水压力，注浆终压一

18、般为P0的22.5倍，本次工作面注浆最深处为标高-133m，根据井筒静止水位埋深为137m，则静水压力为1.37MPa，初步定为注浆终压为6.0-8.0MPa。浆液配比此次注浆以单液浆为主，单液浆起始浓度先稀后浓，当涌水量大时要及时封堵，可采用水泥-水玻璃双液浆，单液浆加入外加剂（三乙醇胺和工业食盐，三乙醇胺和工业食盐分别加入水泥重量的0.5和5）。浆液起始浓度的确定，通常根据注浆前压水实验时钻孔的最大水量来选择，浆液的起始浓度可根据下表来确定钻孔最大吸水量（L/min）浆液浓度（水：灰）60-802：180-1501.5:11502001.25:1或1：1>2000.5：1或双液 稀浆

19、结石率低，大量使用稀浆，必然增大扩散范围，造成浆液流失和延长注浆时间，经常使用水泥浆液浓度为水灰比2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.8：1等五个等级，其浆液配比见下表：浆液配比表水灰比水泥（袋）水（L）三乙醇胺（kg）食盐（kg）比重(g/cm3)体积(m3)0.8:1187200.484.81.621.0371:1157500.383.81.501.0021.25:1138120.333.31.421.0301.5:1118250.282.81.371.0092:199060.232.31.291.0513:169750.181.81.211.053浆液的配制在地面进行，根据井下

20、压水实验的结果，配制所需的水泥浆液，浆液浓度是先稀后浓，若压力不上升，吸浆量变化不大，应逐渐加大浓度，反之，若压力上升快，吸浆量变小，可降低浆液浓度，以保证有足够的注入量，在涌水量较大，需及时封堵时，可用双桨液注浆，注浆工作结束后，注入一定量清水，把管路冲洗干净，孔内浆液终凝后，再扫孔，重做压水实验，当吸水量小于20L/min时，可不再注浆，大于该值，应当复注。4、注浆工艺 注浆设备选择 拟选用2TGZ-120/105型注浆机，浆液搅拌采用搅拌机搅拌，注浆泵安置在吊盘下层，在旁边放置两个0.5m3铁桶存放水玻璃和储存清水，一个1.2m3铁桶存放水泥浆。压力和流量的测定及压水实验a、压力钻孔出水

21、后，提出钻具，接好注浆系统，关闭进浆阀和泄压阀，待压力稳定后，读出压力表数据。b、流量注浆系统接好后，打开泄浆阀，如水量较小，用普通秒表测定，容积法测量钻孔涌水量，如钻孔涌水量大，用吊桶测出涌水量。c、压水实验在注浆开始之前，向钻孔压清水，检查钻孔吸水量，以确定浆液起始浓度。压水实验尽可能采用大泵量，应使压力控制在注浆终压范围内，压力持续1-20分钟无异常即可注浆。 浆液的配制浆液的配制在地面进行，根据井下压水实验的结果，配制所需的水泥浆液，浆液浓度是先稀后浓，若压力不上升，吸浆量变化不大，应逐渐加大浓度，反之，若压力上升快，吸浆量变小，可降低浆液浓度，以保证有足够的注入量，在涌水量较大，需要

22、及时注入水泥，水玻璃双液注浆，注浆工作结束后，注入一定量清水，把管路冲洗干净。 注浆工艺流程注浆工艺流程是从配制浆液开始，到浆液进入含水层裂隙的作业程序。a、地面搅拌站利用地面搅拌机拌料，严格按浆液设计配合比拌制浆液，水泥浆搅拌好后用小吊桶运至井底b、注浆机泵站2TGZ-120/105型双液注浆泵安装在下吊盘上，吊盘上需布置储浆桶、清水桶和水玻璃桶，注浆泵吸浆管，直接由储浆桶吸浆。c、工作面注浆系统和孔口管用法兰盘连接，注浆系统的进浆阀与连接注浆泵的高压胶管相连接，系统全部就绪后，由工作面人员通知吊盘上司泵工，开泵压水实验，压水之后，根据钻孔吸水量，吊盘工通知地面人员所需浆液水灰比。根据泵压和

23、孔口管压力的变化，当班注浆指挥人员，决定调整浆液的水灰比，当达到注浆终压和进浆量太小时，指挥人员决定停止注浆。 注浆效果检验6个注浆孔注浆结束后之后，在井筒布置圈径之内，布置检查孔，钻孔一次达到终孔深度，检查钻孔涌水量，涌水量小于2m3/h时，可结束本段注浆。 注浆效果分析注浆是隐蔽性的施工工程，为保证工程质量，以获得良好的封堵效果，应从施工开始到注浆结束，对全过程的每一孔段都详细记录，为注浆效果的分析提供资料。a、技术资料的分析对每个孔的每一孔段注浆中注浆压力、流量、浆液浓度，吸水量的变化进行分析，判断注浆施工是否合格。b、检查孔资料的分析、检查孔终孔后，如有涌水，测量水压、水量，换算成大井

24、涌水量，看大井涌水量是否小于2m3/h，如果检查孔经计算出的大井涌水量均小于2m3/h，就可以认为裂隙的浆液充填饱满、密实，可结束注浆。注浆工作的注意事项a、由于搅拌站设在地面，注浆泵、钻机布置在工作面，因此，地面、吊盘、工作面之间必须设置直通电话和声光信号，保证注浆施工安全，顺利的进行。b、在注浆过程中孔口安装压力表，每班指派专人观察压力的变化，注浆过程中，防止突然升压，超过注浆终压，及时要关闭注浆阀。5、注浆施工劳动力组织及工期注浆施工分三班作业，见水即注浆，预计工期4天/孔×6孔=24天，检查孔及收尾需6天，预注浆施工总计需30天。人员配备如下表： 劳动力组织人员配备表施工班组

25、工种人数工作安排打钻班班长1×3组织施工指挥与检查施工，保证安全作业机具2×3负责钻机正常运转，钻孔不得偏斜钻工4×3负责钻具拆换，提落钻杆，不得掉钻杆注浆班班长1×3组织指挥与检查施工，保证安全作业技术员1×3负责注浆配比，检查注浆质量记录员1×3负责记录施工中泵压力，孔口压力，流量等数据司泵工2×3操作注浆泵，按设计要求操作灰浆配制工5×3按要求裴江注浆工2×3注浆操作其他辅助人员把钩工1×3摘挂吊桶及装卸材料水泵工3×3负责排水信号工3×3负责井上下信号联系机电维修工2

26、×3负责钻孔班所有设备维修绞车司机4×3负责提升绞车运转合计966、注浆主要设备及材料计划表注浆主要设备及材料计划详见附表7、安全技术措施（1）、注浆期间除应执行立井井筒的安全措施外，还应严格执行以下安全措施（2）、在钻孔之前，必须检查排水系统是否正常，各泵是否正常运转。必须确保水泵有备用泵，防止水泵在钻孔过程中出现故障。（3）、开钻前，要求检查钻机安装的牢固性和平稳性，检查各部件连接是否可靠，并运行试运转，确认无误后，方可钻孔。（4）、注浆前，对注浆材料的出厂日期，及凝胶时间等进行检查，不符合要求的材料，不准使用（5）、注浆系统各连接部分，都要求连接牢固，注浆过程中，人员要避开孔口管位置（6）、注浆前要对注浆管路进行耐压实验。（7）、注浆过程中，随时观察注浆压力和吸浆量的变化，并随时记录，发现异常应立即采取措施进行处理（8）、注浆过程中，各工程都要坚守岗位，精心组织施工，拌灰一定要先加水，后加灰，并且保证连续供浆，司泵人员要控制好泵量，保证压力稳定，井下工作面设专人观察，认真监视注浆管、井壁的异常情况，发现特