丁集煤矿副井井筒地面预注浆施工技术.pdf

第2 5 卷第 6 期 2 0 0 4年 1 2 月 建 井 技 术 MI NE C 0NS TR UC T1 0N TE C HNOI O GY V0 I ． 2 5 NO ． 6 De c ． 2 0 0 4 丁集煤矿副井井筒地面预注浆施工技术 孙玉超 枣庄矿业集团第五工程处 ． 山东 枣庄， 2 7 7 1 0 1 摘 要 针对丁集煤矿副井井筒新生界松散层厚、 注浆深度较大、 质量要求高等 特点， 采用直孔与S形钻孔相结合的注浆施工技术， 取得了良好的效果。着重介绍了 注浆技术方案、 施工工艺、 注浆效果及经验、 体会等。 关键词 地面预注浆； s形钻孔； 定向钻进； 立井井筒 中图分类号 T D 2 6 5 ． 4 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 2 6 0 2 9 2 0 0 4 0 6 0 0 0 6 0 4 l 工程概况 淮南矿业集团公司丁集煤矿设计生产 能力 6 ． 0 Mt ／ a ， 立井开拓， 设计有主井、 副 井、 风井 3个立井井筒。井筒开凿采用上 冻下注 上段冻结， 下段注浆 施工治水方 案， 即新生界厚松散层 含基岩风化带 采 用冻结法施工， 冻结深度 5 7 0 r n ； 基岩段采 用地面预注浆法治水。副井井筒净直径 8 ． 0 r n ， 深度 8 8 0 ． 5 r n 。 2 井筒地质及水文地质 井筒穿过的地层 自上而下为新生界松散 层和二叠系基岩。新生界松散层厚 5 2 4 ． 3 4 m， 以砂层、 粘土层、 砂质粘土层为主， 底部有厚约 2 5 m的砂砾层。二叠系地层比较平缓 ， 揭露厚 度 3 6 6 ． 6 6 m 含煤 1 1 层 ， 以砂岩、 粉砂岩、 砂 质泥岩、 泥岩为主。砂岩多为细～中粗粒， 主 要成分为石英、 长石， 钙、 泥质等胶结。砂岩层 累厚 1 6 2 ． 7 6 m， 约占基岩总厚度的 4 6 ． 6 。基 岩风化带起止深度为5 2 4 ． 3 4 ～5 4 1 ． 7 4 m， 厚度 1 7 ． 4 0 m。 井筒水文地质条件比较复杂。基岩段主 收稿 日期 2 0 0 4 - 0 4 - 1 7 要含水层为粗、 中、 细粒砂岩， 裂隙较发育， 且 多为高角度 倾角 7 O ～9 0 。 裂隙， 连通性较 好。基岩富水性主要受构造裂隙控制。由于 构造裂隙横向和纵向发育不均一， 其富水性 也不均一， 涌水量差异明显。预计井筒基岩 段涌水量3 0 0 m。 ／ h 。 3 注浆技术方案 3 ． 1 注浆钻孔设计 在井筒外围分两圈环状布置8 个注浆钻 孔， 分两组施工。第 1 组 内圈孔 4个钻孔 1 ～4号孔 ， 圈径 1 5 ． 0 m， 等距布置， 开孔间 距 1 0 ． 6 m， 为直孔， 深 8 9 l m。第 2组 外圈 孔 也是 4 个钻孔 5 ～8号孔 ， 圈径 4 8 ． 0 m， 等距布置， 为 S形钻孔， 垂深 8 9 1 m。第 2组 钻孔和第 1 组钻孔错开布置。两组钻孔的最 后一孔均对基岩注浆段做压水试验， 分阶段 检验注浆堵水效果。 第 1 组注浆钻孔施工完毕， 让出井口位 置， 以便施工冻结钻孔。第 2组注浆钻孔先 于冻结钻孔 1 个月以上时间开工， 岩帽注浆 段以下的注浆段与冻结钻孔平行作业。注浆 钻孔布置见图 1 。 维普资讯 第 6 期 孙玉超 丁集煤矿副井井筒地面预注浆施工技术 I R 2 4 ～0 一 I 8 0 m l R4 ． 0 m J ／ 厂 R 7．5m ／ 厂／ 5 34 m 、 ／ - ． s 形 钻 孔 ．， ＼ ／ 一 直孔 7 ． 0 m ／ 一 8 8 0 ． 5 m 8 9 l m 【 b 】 图 1 注浆钻孔布置 a 平面； b 剖面 3 ． 2 注浆段 高 注浆上限定在基岩风化带中下部， 深度 5 3 4 m； 注浆下限应超过井深 1 0 m左右， 深度 8 9 l m。注浆段总长度 3 5 7 m。 根据含水层赋存状况、 岩石裂隙发育程 度、 富水性、 地层受注能力、 注浆能力等， 将基 岩注浆段划分为 7个注浆段高。第 1段高 1 5 m， 为岩帽注浆段， 注入单液水泥浆； 第2 ～ 7 段高4 1 ～6 5 m， 注入粘土水泥浆。 3 ． 3 注浆方式 井筒地面预注浆方式分为分段下行压入 式、 分段上行压入式和上、 下行结合式 3 种。 考虑到岩层完整程度及实际注浆情况等因素， 固管和岩帽段注浆结束后， 对粘土水泥浆注浆 段总体上采用分段下行的注浆方式， 部分注浆 孔段采用上、 下行结合的注浆方式。 3 ． 4 注浆材料 岩帽注浆段采用单液水泥浆， 由水泥、 食 盐、 三乙醇胺和水组成 ， 选用 3 2 ． 5级普通硅 酸盐水泥。 岩帽注浆段以下的各注浆段均采用粘土 水泥浆， 由粘土、 水泥、 水玻璃和水组成。选 用施工场地附近耕植土下的粘土和 3 2 ． 5级 普通硅酸盐水泥， 粘土塑料指数 1 8 ． 5 。水玻 璃模数 2 ． 8 ～3 ． 4 ， 浓度 3 6 ～4 0波美度。 3 ． 5 注浆压 力 岩帽注浆段注浆终压为静水压力的 1 ． 5 ～ 2 ． 0倍， 其他注浆段注浆终压为静水压力 的 2 ． 0 ～2 ． 5 倍。 3 ． 6 浆液有效扩散距 离 浆液有效扩散距离取 7 ． 5 ～8 ． 0 m。 3 ． 7 浆液注入量 设计岩帽注浆段注入单液水泥浆 6 3 0 m。 ， 井简单位注入量 4 2 ． 0 m 3 ／ m； 其他注浆段注入 粘土水泥浆 1 2 2 6 0 m 3 ， 井简单 位注入 量 3 5 ． 8 m。 ／ m。设计浆液注入总量为1 2 8 9 0 m。 ， 井筒平均单位注入量为3 6 ． 1 m 。 ／ m。 3 ． 8 注浆结束标准 1 岩帽注浆段 注浆结束压力达到或超过设计终压值； 注浆终量≤1 0 0 L ／ mi n ； 稳定时间≥2 0 mi n 。 2 其他注浆段 注浆结束压力达到或超过设计终压值； 注浆终量≤2 5 0 L ／ min ； 稳定时间≥3 0 mi n ； 重 点注浆段有较充足的注入量。 4 注浆钻孔施工 4 ． 1 钻孔机具 主要钻孔机具有 一 1 0 0 0型钻机， T B W- 8 5 o ／ 5型泥浆泵， 7 3 m r n 9 m r n钻杆， 1 0 5 m m 维普资讯 8 建 井 技 术 2 0 0 4 年第 2 5 卷 导向管 固管段用 1 7 8 m m导向管 ， 1 1 7 ． 5 m m 三牙轮钻头 固管段用 1 9 0 ． 5 m m 三牙轮钻 头 等。 4 ． 2 钻进方 式 注浆钻孔分两级成孔。固管段 0 ～ 5 3 4 m 采用机械回转、 泥浆正循环无芯钻进 方式， 下人 1 6 8 mm7 mm套管， 用水泥固 管。注浆段 5 3 4 ～8 9 1 m 采用机械回转、 清 水正循 环 无 芯 或 取 芯 钻 进 方 式， 孔径 1 2 0 mm 。 4 ． 3钻孔测斜 固管段采用 J D T一 6型陀螺测斜仪测 斜 。注浆段正常钻进期 间采用 J J X 一 3型测 斜仪测斜， 终孔后用 J D T 一 6型陀螺测斜仪 校验。基本测点间距 2 0 m； 定向孔段视具 体情况， 适当增加测点。发现钻孔偏斜即 将超限或偏向不利时， 及时采取定向钻进 措施予 以纠正。 4 ． 4 定向钻进技术 选用的定向钻进仪器和设备主要有J D T - 6 型陀螺测斜定向仪， 5 L Z 1 2 0 7 ． 0型 或 5 L Z 9 5 7 ． 0型 螺杆钻具和定向楔等。 第 1 组注浆钻孔仅对孔斜即将超限或偏 向不利的孔段进行微量纠偏， 以保证钻孔垂 直度符合合同和设计要求的钻孔质量标准。 第 2 组注浆钻孔为 S形孔， 与冻结钻孔 施工平行作业， 钻孔偏向和落点位置要求严 格， 且在松散层中进行定向钻进 ， 定向效果较 难保证， 孔壁维护难度也大。该组注浆钻孔 的定向钻进是造孔工作的关键所在。 定向钻进技术要点如下 1 钻孔轨迹设计为直孔段一增斜段一 稳斜段一降斜段直孔段。0 ～8 0 m为直孔 段。增斜段选择在厚度较大的粘土层中， 孔深 8 0 ～1 1 0 m。稳斜段几乎全部处于松散层中， 孔深 1 1 0 ～5 4 0 m。降斜段孔深 5 4 0 ～5 7 0 m。 5 7 0 8 9 1 m为直孔段。 1 6 8 mm 7 mm套管下 在直孔段一增 斜段稳 斜段 0 ～5 4 0 m 钻 孔中。 2 根据设计的钻孔偏斜方向和落点位 置， 计算偏斜平距和钻孔斜度 天顶角 ， 选择 适宜的弯接头配置螺杆钻具， 按设计钻孔偏 斜方向标定螺杆钻具弯向 根据孔深和岩层 条件适当考虑一定的反扭矩角 ， 控制钻孔按 设计的偏斜方向钻至预定的落点区域。 3 固管段的定向孔段先钻出符合定向 技术要求的小孔径 1 1 0 ～1 3 0 mm 导向钻 孔。 然后再 扩孔。孔径扩 至 2 3 0 ～2 4 0 mm 后。 正式下套管前调节孔内泥浆质量， 并先用 长度 8 0 ～1 0 0 mm的 1 6 8 mm 7 mm套管试 下。 试下成功后再正式下管， 确保固管段全部 套管一次下放到位。 4 稳斜段要选用适宜的导向管合理组 合钻具， 并注意控制钻压、 钻速等钻进参数， 确保定向钻进效果。稳斜段钻孔偏向和斜度 超出设计要求时， 要重新定向， 以保证钻孔偏 向和斜度达到设计要求。 4 ． 5 造孔质量 第 1 组注浆孔固管段钻孔偏斜率均小于 3 ‰。 注浆段钻孔偏斜率均小于 5 ‰。第 2 组 注浆钻孔固管段钻孔落点均位于设计的落点 区域内， 注浆段钻孔落点基本位于第 1 组钻 孔落点“ 空当” 的中部。钻孔落点分布均匀、 合理， 造孔质量高。 5 注浆施工 5 ． 1 浆液制备 主要制浆设备有 N J 一 1 5型粘土制浆机、 立式搅拌机、 Y 4 5 一 B 5 0 0 一 L 1 5型胶带输送机 等 。 用粘土制浆机制作粘土浆， 不仅提高 了粘土颗粒的粉碎效果， 除去了颗粒较大 的砂质成分， 而且使粘土水化充分， 浆液 性能好。第 2搅拌池进浆 口处设置过滤 筛． 除去浆液中的水泥结块等杂物， 提高 了浆液的可注性 。 单液水泥浆的水灰比为 1 1 ， 0 ． 8 1 ， 0 ． 7 1 ， 0 ． 6 1 四种。食盐和三乙醇胺的添 维普资讯 第6 期 孙玉超 丁集煤矿副井井简地面预注浆施工技术 9 加量分别为水泥用量的5 ‰和0 ． 5 ％ o 。 粘土水泥浆各组分配比为 粘土浆密度 1 ． 1 8 ～1 ． 2 6 t ／ ， 水泥加量 1 0 0 ～2 0 0 k g ／ r n 3 ， 水 玻璃加量 2 0 4 0 L ／ m 3 。 5 ． 2 注浆工 艺 主要注浆设备有 B Q一 5 o o型撬装三缸 柱塞泵， D S B 一 3 0 0型电动水泥泵， K WS型 卡瓦止 浆塞 规 格 有 l l 0 。 1 l 5 。 1 2 0 ， 1 3 0 ， 1 4 0 mm五种 等。注浆工艺流程如 图 2所示 。 注浆钻孔造孔 粘 I 浆 F 入 止浆塞 I I加 水泥搅拌 压水试验 l I 加水 玻璃搅拌 向孔内注浆 二二[ 注后压水 二二[ 起止浆塞，养护 扫孔复注或钻进等 图 2注浆 工艺 流程 止浆塞位置一般选择在预注浆段之上2 ～ 1 0 m处， 并且要求岩层较坚硬， 孔壁较规 则。这样止浆效果好， 止浆成功率高。单液 水泥浆注后扫孔时间一般为 4 ～8 h ， 复注间 隔时间一般为 2 0 ～2 4 h 。注粘土水泥浆时， 应力求一次性结束 1 个段高的注浆， 以提高 注浆效率， 保证注浆质量。若没有达到注浆 结束标准， 须扫孔复注。粘土水泥浆注后扫 孔时间一般为 6 ～1 2 h ， 扫孔后 即可复注。全 孔注浆达标后， 注浆段用密度较大的粘土水 泥浆封孔复注， 固管段用水灰比 0 ． 71 ～ 0 ． 6 1 的单液水泥浆封孔。这样全孔封闭， 质量有保证。 5 ． 3 注浆施工情况 每个注浆钻孔均按照设计的注浆段高进 行了分段注浆， 注浆终压、 终量、 稳定时间等 注浆参数均达到或超过了设计注浆结束标 准。注浆施工中， 还根据不同段高的水文地 质条件和裂隙的吃浆情况及时调节浆液注入 量。 满足了不同层段裂隙吃浆要求， 为在井筒 荒径外一定范围内形成良好的注浆隔水帷幕 体提供了充足的物质保障。 岩帽注浆段 5 3 4 ～5 4 9 m 注入单液水泥 浆7 0 2 m。 ， 其他注浆段 5 4 9 ～8 9 1 m 注入粘 土水泥浆 1 2 8 5 6 m 。 ， 总注浆量 1 3 5 5 8 m。 超 过设计注入量 6 6 8 m。 ， 平均井简单位注入量 3 8 ． 0 m。 ／ m， 吃浆量最大的段高 5 4 9 ～5 9 0 m 单位注入量高达 4 6 ． 0 m。 ／ m。实际井简单位 浆液注入量 3 8 ． 0 m。 ／ m 略微超过设计注入 量 3 6 ． 1 m。 ／ m ， 说明设计的浆液注入量和注 浆参数合理， 注浆施工操作方法得当。 6 施工效果 1 工期与效率。施工总工期 1 6 7 d ， 比 设计规定的工期提前 4 6 d 。第 1组注浆钻孔 按期完工后， 即让出井口位置， 以便第 2 组注 浆钻孔与冻结钻孔施工平行作业。单台钻机 钻注综合施工效率平均为 2 8 4 ． 7 m ／ 月， 最高 达 3 1 9 ． 6 m／ 月。 2 注浆质量。注浆钻孔设计合理， 造孔 质量高。浆液性能好。注浆参数选取合理， 浆液注入量充足。注浆形成的隔水帷幕体厚 度较大， 浆液结石体强度高， 裂隙充填饱满密 实。终检孔压水试验检验显示， 注浆段注后 岩层吸水率为0 ． 0 0 0 3 L ／ mi n m ， 预计井 筒基岩注浆段注后剩余涌水量≤4 m 。 ／ h ， 达 到了预期的注浆堵水质量要求。当然， 井筒 基岩注浆段实际剩余涌水量需待凿井时实测 来验证 。 7 经验与体会 1 根据井筒技术特征和建井工期要求， 认真分析研究注浆段的地质、 水文地质条件， 制定切实可行的注浆施工技术方案， 是保证 下转 5页 维普资讯 第 6 期 丁成华等 孟加拉国巴拉普库利亚煤矿井下热害综合治理 两条顺槽各选用 1台 2 B K J 5 6 N o 6型 3 5 k w 局扇 与制冷机配套。局扇最 大风量 4 2 0 m 。 ／ m in ， 全风压 0 ． 9 ～4 ． 3 k P a ， 效率 7 0 ， 质 量仅 4 8 0 k g 。特别要注意的是， 局扇应布置 在新鲜进风风流中。 2 风筒 制冷机蒸发器前后均选用 8 0 0 mm普通 胶质风筒。风筒吊挂要平、 直、 紧、 稳， 以减小 风筒弯度， 及时排除风筒内积水， 降低通风阻 力， 把又冷又干的空气送至工作面。 4 ． 6 制冷机布置 制冷机距工作面 5 0 ～l O O m为宜。距离 过大， 会影响制冷效果； 距离过小， 工作面爆 破会造成降温设备损坏。制冷机安装好后， 掘进工作面每向前推移 5 0 m， 便向前移动 1 次。为便于移动和检修， 在机组运行的地方 钉 l 节道轨和道岔， 配备两台平板车。制冷 机安装在巷道一帮， 用方木垫平， 并留出足够 的安全间隙和0 ． 5 m的检修通道。 5 技术经济效果 1 通过采取热害综合治理措施， 使关键 线路上的主链工程 如一 2 6 0 m南翼轨道大 巷 、 采区轨道下山 得以继续施工 ， 挽 回了以 前由于温度过高而被迫停工的2 ． 5 个月工期 损失。采取降温措施后， 一 2 6 0 m采区轨道下 山独头掘进平均月进尺 7 0 m， 提前 2个月到 底落平。测温显示， 采取综合治理措施后， 进 风巷中气温降低近 2 ． 5 ℃， 大大改善了井下 作业环境， 提高了劳动效率， 经济技术效果十 分明显。 2 l l o l 工作面顺槽利用永久管路， 采 取局部制冷降温措施效果明显， 温度降低约 5 ． 5 ℃， 改善了工作面作业环境， 加快了施工 速度， 工期缩短 3 5 d ， 缓解了首采工作面工期 紧张局面， 为首采面移交投产赢得了时间， 创 间接经济效益 6 5 万美元。 6 结 语 井下热害， 是损害工人身体健康和影响 工程进度的大敌。通过采取科学合理的综合 治理措施， 可有效改善井下作业环境， 提高劳 动效率。井下局部分散制冷与地面集中制冷 相比， 具有辅助工作量小、 投资少、 见效快等 优点， 能取得很好的效果， 在局部高温环境中 宜优先采用。 作 者 简 介 丁成华 1 9 5 8 ～ ， 男， 教授级高级工程师。1 9 8 2年毕 业于中国矿业大学， 现任中煤第五建设公司孟加拉国巴拉 普库利亚工程项 目部总经理 ， 发表过论文多篇。 上接 9页 注浆质量和工期的前提。 2 在松散层中采用螺杆钻具、 定向楔等 机具进行定向钻进 ， 定 向方 向和钻孑 L 天顶角 较难控制， 孔壁也较难维护； 但若技术方案合 理、 措施得当、 组织管理到位， 松散层中定向 钻进还是可行的， 并能取得较理想的效果。 3 采用直孑 L 与 S形钻孑 L 相结合的注浆 施工技术方案， 既能保证注浆堵水效果， 又能 与冻结、 凿井等工程平行作业， 缩短建井工 期， 在条件适宜时， 是一种较好的技术方案， 但应考虑注浆工程与冻结工程等的工期安排 和工程进度要求。冻结钻孑 L 工程开工时， S 形钻孑 L 注浆深度应超过冻结深度 1 0 0 m以 上， 以避免和减少因串浆对冻结钻孑 L 和注浆 施工的影响。S形注浆钻孔邻近的冻结钻孔 应安排在冻结钻孑 L 工程后期施工。 作 者 简 介 孙玉超 1 9 6 4 一 ， 男， 山东滕州人， 高级工程师。1 9 8 9 年毕业于中国矿业大学， 主要从事水文地质和矿井防治水 技术工作 ， 现任枣庄矿业集团第五工程处总工程师， 多项科 研成果获部级和厅局级奖励 ， 发表论文多篇。 维普资讯