××井筒壁后注浆和工作面探水、预注浆施工方案和技术措施.doc

井筒壁后注浆和工作面探水、预注浆 施工方案和技术措施 第一章 工程概况 设计净径4m，C20素砼支护，支护厚度分别为红土层650mm、流砂层500mm、基岩段400mm，井口设计标高为41.5m，设计井筒深度为508m，目前井筒已穿过红土层、流砂层施工至长兴灰岩段-4.15m标高处。 第二章 地质及水文概况 在流砂层施工阶段，先后多次发生涌泥砂，涌水现象，尤其在2005年12月18日，19日，20日相继发生大量涌出，经我方采取积极措施成功封堵，并已预留集中排水管（兼做注浆管）。12月30日19时，在工作面进行凿眼时，炮眼发生喷泥水现象，三小时后水质变清。我方于12月31日9时至10时进行涌水量测定，井筒总涌水量为58.6M3/小时，水源不清。 第三章 方案选择 根据施工揭露的水文地质情况结合现有设备，为了保证井筒工程质量和服务年限、杜绝水患、创造施工有利条件，加快施工进度。我方拟定对表土段进行壁后注浆，长兴灰岩段进行工作面探水和工作面预注浆。注浆施工分三个阶段第一阶段对表土段进行壁后注浆；第二阶段进行工作面探水钻深50m；第三阶段进行工作面预注浆。注浆后掘砌45m，再进行另一循环壁后注浆，工作面探水和工作面预注浆。 第四章 壁后注浆 一、 施工顺序及范围 从－0.15m标高开始一圈一圈结上,打一孔注一孔。本段注浆范围为－0.15m～＋37.3m。段高37.45m（未包括-2.55m-0.15m段2.4m），该段在打止浆垫待凝时施工。 二、 布孔钻孔 采用7655凿岩机，Φ40mm合金钻头钻孔，孔的间排距为600600，孔深1.6m，孔径Φ42mm。 三、 埋设孔口管 先加工孔口管，孔口管采用Φ42mm4mm无缝钢管，每根长1.6 m,其中外露1吋丝口长50mm,鱼鳞扣段长1.55m。 孔钻好后，将孔口管用麻丝缠紧，边缠边打入孔中。 四、 注浆参数 1、 浆液配比（重量比） 水泥水10.5 水泥水玻璃10.5 三乙醇铵水泥510000 食盐水泥51000 BR－CA型防水剂水泥10100 专用粉水泥3100 2、 注浆终压达到静水压力的1～2倍视吸浆量和井壁情况而定。 3、 浆液注入量 Qavnb/m a－浆液损失系数 取1.5 n－岩层的孔隙率,流砂层取5 m－浆液结石率为0.85 v－πR2 h-πr2 h h－注浆段高37.45＋2.439.85m R－浆液扩散半径,按向壁后扩散3m计. R2.535.5m r－井筒荒径2.5m vπ5.5239.85-π2.5239.853005m Q1.5300550.9/0.85238.63m3 消耗水波璃总量238.637601018136 kg 双液消耗水泥量 238.636431015344 kg 单液消耗水泥量 238.6376590164298kg 消耗水泥总量15344＋164298179642 kg BR－CA型防水剂 1796421017964 kg 专用粉 17964235390 kg 三乙醇铵1796420.5‰90kg 食盐1796425‰900 kg 五、 工艺要求 1、 注浆前不得压水,直接注单液浆,半小时不升压。改注双液浆,或在压力达到终压的60后改注双液浆。 2、 注浆时应密切关注压力表读数和井壁情况,如井壁出现开裂或跑浆严重应立即停注,打开泄压阀,关闭注浆阀,洗机1分钟后停机.待处理后或浆液凝固,视情况而定。 其他要领见工作面预注浆的有关说明。 第五章 探水 根据可能的水患情况和“有疑必探，先探后掘”的原则，现拟定沿井筒荒径均匀布置6个钻孔探水，钻深50m。 探水时必须埋设孔口管，装高压球阀。埋设孔口管时先用130mm的钻头钻深3m，排干水和岩粉，倒入水泥砂浆后埋入1083200mm的孔口管。 为防止钻孔涌水淹没工作面，孔口管上需设加长管，加长管上焊有和4″高压球阀相联接的法兰，法兰上装设高压球阀。待孔口管养护24小时后，装上高压球阀，用作截水阀。通过截水阀向下钻进。钻孔出水后，取出钻杆，关闭截水阀，在截水阀上装上三通，一头连接测水压力表，一头连接放水管。放水管应装上截水阀，用以测定水量、水压。 探水时钻机、注浆泵均需架高，探水钻孔采用边探边注，见水后注浆封孔，待孔口管浆液终凝后再向下钻探，直到探完整个段高。 第六章 止浆垫施工 1、 止浆垫厚度按平底止浆垫计算BnPO.r/[δ]0.3r PO-注浆终压,Mpa Po3 Mpa r-井筒的荒半径,米 r2.4米 [δ]-混凝土的允许抗压强度, Mpa Bn32.4/20＋0.32.41.08m 取2.0m（因现以掘1.6m未砌，且上部为不稳定流砂层。） 2、 砼配合比 按C30标号砼浇筑，其中水泥砂子石子水11.413.090.46,每立方米砼用水泥410Kg（水泥标号为PO42.5）,砂572kg ,石子1250kg,水186kg;搅拌砼时按水泥重量的4加入速凝剂。 3、 材料消耗 砼用量π2.42236.2m3 其中水泥14.84T 砂12.94m3 石子22.6 m3 速凝剂0.6T 第七章 工作面预注浆注浆参数 1、 注浆段高 注浆时开孔深度-4.15m，终孔深度-54.15m，注浆段高为50m（不含止浆垫高度）。 2、 钻孔布置 为使注浆尽可能多揭露裂隙或溶洞，解除后患。决定采用径向斜孔，钻孔中心距井壁300mm，1圈布孔12个，开孔直径为3.4m,孔间距0.89m，钻孔终孔位置在井筒荒半径以外1.5m处，终孔直径7.8m,终孔间距2.04m,钻孔倾角2.519 3、 注浆终压 注浆终压按下试计算 P0（2-4）HY/100 2-4压力系数，取3 P0-注浆终压，Mpa HC-受注点至静水位的深度，H94.45m Y-水的密度 Y1 P0394.451/1002.83Mpa 取3Mpa （待打钻测到静水压力数据后，再定实际的注浆终压） 4、 浆液扩散半径 浆液的扩散半径是指浆液在岩石裂隙中的扩散范围。实际上浆液的扩散半径是不规则的，由于在注浆施工过程中，对注浆压力、注入量、浆液浓度等参数可以人为控制、调整，对浆液的扩散范围可以起到一定的控制作用。一般长兴灰岩裂隙开度在5-20mm，注浆终压在3Mpa,双液浆注入量为7-20m3/m,浆液浓度为21-0.61,双液浆的体积比为10.8-10.4时,浆液扩散半径可达6-10m甚至更大范围。结合我们进行工作面预注浆施工经验,单液水泥浆扩散半径可按6m计算。 5、 浆液注入量 浆液注入量Qavnb/m a- 浆液损失系数1.2～1.5, 取1.5 n-岩层的孔隙率,长兴灰岩, 取n3.5 b- 浆液充填系数为0.9～0.95, 取0.9 m-浆液结石率为0.85 VπR2h R-以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径,R3.469.4m; h-注浆段高,50m; Vπ9.425013880m3 浆液注入量 Q1.5138803.50.9/0.85771.56m3 考虑到长兴灰岩溶洞发肓，总量按1.25调增 771.561.25964.46 m3 消耗水玻璃总量964.467601073299kg 双液浆消耗水泥量964.466431062015kg 单液浆消耗水泥量964.4676590664031kg 共消耗水泥量62015664031726046kg BR-CA型防水剂消耗量7260461072604.6kg 专用粉消耗量726046321781.4 kg 三乙醇胺消耗量7260460.5‰363 kg 食盐消耗量7260465‰3630 kg 6、 浆液配比 此次注浆以单液水泥浆为主,单液浆起始浓度先稀后浓。当涌水量较大需及时封堵时,可采用水泥-水玻璃双液浆.单液水泥浆采用P042.5R新鲜普通硅酸盐水泥和水配置而成,单液浆加入复合早强剂三乙醇铵、工业食盐、BR-CA型防水剂和专用粉。三乙醇铵、食盐、防水剂和专用粉分别按水泥重量的0.5‰、5‰、10和3加入。 浆液起始浓度的确定,通常根据注浆前压水试验时钻孔的最大吸水量来选择,浆液的起始深度可按下表来确定。 钻孔的最大吸水量L/min 浆液浓度水灰 60-80 21 80-150 1.51 150-200 1.251或11 ＞200 11或双液 稀浆结石率低,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。经常水泥浆浓度水灰比为21、1.51、1.251、11、0.751等五个等级。采用高压、浓浆即能缩短注浆时间,又能加快工程进度,也能获得良好的堵水效果。本次注浆浆液在地面按水灰11配制,在工作面视具体情况调稀或加浓。浆液配比见下表。 水泥浆液现场配制表 水灰比 水泥kg 水 1 三乙醇铵kg 食盐kg 比重g/m3 体积m3 0.751 950 712 0.48 4.8 1.62 1.037 11 765 710 0.38 3.8 1.50 1.002 1.251 650 812 0.33 3.3 1.42 1.030 1.51 550 825 0.28 2.8 1.37 1.009 21 450 906 0.23 2.3 1.29 1.051 双液浆配比表 名称 水灰比 水泥kg 水kg 40波美度水玻璃kg 制成浆液m3 双液浆 11 643 800 760 1.000 说明双液浆 CS10.5 第八章 工作面预注浆施工 一 止浆垫、孔口管的施工 ① 止浆垫的施工 注浆之前,必须首先打钻探水,以探明水文地质情况，并浇筑混凝土止浆垫。 砼由地面搅拌站搅拌, 底卸式吊桶下料 ,分层浇注,随浇随捣,以保证浇注质量,止浆垫浇筑好之后,养护3天即可打孔埋设孔口管。 ② 孔口管的埋设 施工时按设计孔位和倾角钻Φ130mm的孔,孔深1.6m,孔内灌砂浆砂子要筛后埋入Φ1084.52000mm的孔口管,孔口管采用无缝钢管,共12根,每根长2m,孔口管上焊缠8＃铁丝,端头焊有和Φ4＂高压球阀相联接的法兰盘,法兰盘露出止浆垫面400mm, 装上高压阀。2天后在孔内钻Φ90mm的孔作为注浆孔,并按顺序用红漆将孔编好号。 二 壁后充填注浆 为防止工作面注浆时,浆液沿混凝土井壁壁后缝隙向上返浆,在井筒止浆垫、孔口管养护期间,要进行壁后注浆充填加固。 壁后注浆充填段高2m自止浆垫面向上2米处即-2.15～0.15m 标高段。 三 工作面注浆钻孔钻进 1、 钻孔、注浆设备 采用KQJ-100B潜孔钻机钻孔,配Φ90mm的冲击钻头。 采用2TGZ-60/210双液调速注浆泵,工作面搭设工作台注浆泵和钻机放在工作台上口,配10米长的注浆软管,以防止水泵出现故障,钻孔出水淹注浆泵。 2、 钻进 当孔口管施工完成养护2天后,即可通过预留的注浆管,用钻机通过孔口管向下钻进。 3、 钻孔施工和注浆工艺 钻孔时严格按设计角度和深度施工,不准偏斜。钻孔注浆采用十字对角式,先钻、注单号孔，单号孔注完后，再开双号孔。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，原则上由上至下钻进到设计深度。当钻孔涌水量超过3m3/h时停钻即注，待浆液终凝后扫孔，如发现扫到原孔深，仍有不小于3m3/h的涌水，需进行复注。水量不大于3m3/h，继续加深钻孔，直到钻孔达到注浆标准。在钻孔水大封孔后，为平行作业可在对角钻开新孔注浆。注浆时先注纯水泥浆，待压力上升到2Mpa以上时，即加入50的水玻璃，待压力超过注浆终压时，及时打泄压阀，关闭注浆阀,停止注浆或换另一孔注浆。 （四）测定钻孔水压与水量 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，测出最大流量及净净水压力。测定时打开泄压阀，如水量较小，用普通20L水桶和秒表用容积法测定，如水量较大，用吊桶测量。测定时要求压力、水量稳定，数据准确。 （五）压水试验 用注浆泵压清水，冲洗岩石裂隙中的泥浆及充填物，以提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗能力，其流量由小逐渐增大，一般压水时间10～20分钟，复注压水时间为20～30分钟，尽量使压力控制在比注浆终压高0.5Mpa左右,每次压水试验应测定和记录注浆段高,压水流量。根据压水试验资料，计算出钻孔的单位吸水量，据此决定注入浆液的起始浓度。 （六）设备布置和浆液运送 在工作面搭设工作平台，平台上设水泥浆桶，水玻璃桶和清水桶各一个，井口设搅拌机一台。水泥浆在地面按设计配比配制好后，经下料管下到工作面。水玻璃装入小吊桶由提升绞车用排矸吊桶提到工作面。 （七）浆液的调配 1、 在初期注浆压力下，吸浆量为吸水量的80可视为正常，否则调浓或调稀一级。 2、 当压力不变，连续注入30分钟后吸浆量不变，可调浓一级。 3、 当压力上升快，吸浆量变小，可降低浆液浓度，以保证有足够的注入量。 4、 当涌水较大，需及时封堵时，可采用双液浆。 5、 当压力缓缓上升，吸浆量逐渐减少为正常，一直达到终压力，在浆液浓度不超过11，吸浆量不大于100～120L/ min，稳定30分钟，即可结束注浆。 （八）结束注浆 孔口浆液终凝后，再扫孔，重作压水试验，当吸水量小于20L/min时，可不再注浆，大于此数应当复注。 注浆结束前，先打开卸压阀，并闭注浆阀，再压注一定量的清水，以清洗管路。压水停泵后，管路残余浆液流放到吊桶，提至地面排出。每次注浆后对设备管路都要进行检修，清洗和试运转，为下次注浆作好准备。 （九）注浆效果检验 注浆结束后，在井筒子布孔圈径内布置1个检查孔，钻孔一次达到终孔深度，栓查钻孔涌水量。如换算成大井涌水量小于2m3/h时，可结束本段注浆。检查孔也必须注好。 第九章 安全技术措施 1、 严格遵守煤矿安全规程、东立风井施工组织设计、立井施工防坠落措施等有关规定。 2、 注浆前组织人员学习和培训操作，熟悉操作程序和各种故障处理。 3、 注浆泵操作人员严格按注浆泵及阀门的操作规程的有关规定和顺序操作。 4、 注浆机具及管路在注浆之前仔细检查，各连接处应连接紧密达到不漏水、不泄压，经试运转及耐压试验无异常响声，各装置、仪表和除尘设备使用可靠。 5、 注浆前对注浆材料和胶凝时间进行测定，对不合格的材料严禁使用。 6、 要加强对水泥和浆液的过滤，以减少对注浆泵的磨损和防止堵管，可采用大磁铁和过滤网的方法，清除水泥浆中的铁屑和其他杂物。 7、 井下注浆时，尽量避开吊桶位置。 8、 钻具要求拧紧，各种工具及其它物品严防掉进孔内。 9、 注浆时要有专人观测注浆泵的泵压和吸浆量，并作好记录，发现异常情况及时进行处理。 10、 注浆人员应侧带胶手套和防护眼镜，注浆过程中应避开直对孔口管位置，防止浆液洒入眼睛，注浆结束后应即用清水冲洗注浆部和连结管路。 11、 井筒注浆期间，工作面要进行连续排水，故潜水泵、污水泵必须保证能正常连续运转，并配置备用泵。 12、 注浆时，实行干部、技术人员跟班作业制，要作好详细的记录。 11