基岩段工作面打钻探水预注浆施工技术安全措施.docx
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基岩段工作面打钻探水预注浆施工技术安全措施
基岩段工作面打钻探水、预注浆施工技术安全措施
一、概况
1、工程概况
生建煤矿位于焦庙镇,设计生产能力0.45mt/a,采用立井开拓方式,冻结法施工,主井筒深567.5m,其中冻结段483.7m,基岩段83.8m,设计井筒净直径4.5m,基岩段壁厚350~1000mm,砼标号c30,主井套砌内壁结束后,先进行工作面排水、清淤泥工作,接着进行打钻探水及工作面预注浆工作。
2、地质及水文条件
(1)地质情况
基岩段起止标高-457.78~-567.5m,地层为二叠系。
二叠系地层上部为风化带,厚度26.72m。
在-490.21~-496.8处为一层厚6.59m破碎带。
基岩段通过岩性为粉砂岩6.51m,粉砂岩70.7m。
(2)水文情况
主井井筒检查孔共打两个钻孔。
一号钻孔全孔进行了系统简易水文观测并详细记录泥浆消耗量,在孔深482.19m~-490.21m处泥浆消耗量大,最大漏失量0.6m3/h,未作抽水试验。
二号钻孔全孔进行了系统简易水文观测并详细记录泥浆消耗量,全孔泥浆消耗量0~0.2m3/h之间变化。
含水层:
检2号共揭露4个含水层组。
第四系含水层组、第三系含水层组、基岩风氧化带含水层、基岩含水层。
其中472.51~-530.00m为基岩含水层。
岩性为粉砂层,岩芯完整,基本不含水,钻进过程中没有发生漏水现象。
但是与检2号孔相距大约100m的检1号孔钻进过程中,此层位曾经漏水。
所以风氧化带下部的基岩含水性较弱,但在裂隙带中含有一定的裂隙水。
3、技术准备
(1)组织技术与管理人员认真学习技术措施。
(2)开工前对技术人员,管理人员及施工人员做好技术交底。
(3)组织测量对标高进行复核校验。
4、施工队伍
施工队由原施工表土段的济西主井队及机运队抽调技术素质好、经验丰富的人员进行工作面预注浆施工,作业前对所有施工人员按iso9002标准及zm71/qp418-1999《培训控制程序》要求组织学习培训。
5、设备、材料准备
(1)预注浆施工所用钻机、注浆机、排水泵、搅拌机等设备进行全面维修、调试、试运转。
(2)按附表2所列的打钻、注浆施工所需设备、配件、材料消耗表进行配置。
二、注浆参数的确定
1、注浆孔数
根据主井井筒净直径及井筒所要穿过地层的水文地质情况,确定8个注浆孔,孔与孔互相夹角45º,同心圆等距离布置,孔间距1.413m,孔径90mm。
2、布孔圈径
布孔圈径为ф3.6m,孔中心线距井壁450mm。
3、注浆材料
采用单液水泥浆为主,适时采用水泥---水玻璃双液浆。
选用新鲜32.5r普硅水泥;水玻璃模数为2.8~3.1,其浓度为38-40be;工业级三乙醇胺和工业食盐。
4、浆液注入量
根据孔内实际情况,预计浆液注入量按公式v=aπr2hηβ/m计算
式中:
a---表示浆液损失系数,取a=1.5;
r---表示浆液扩散半径,r取8m;
h---表示注浆段高,85m;
η---表示岩层裂隙率,3%;
β---表示浆液在裂隙内的有效充填系数,取0.9;
m---表示浆液结石率,取m=0.85;
经计算:
v=813.9m3
按浆液水灰比1:
1计算水泥用量为813.9×0.75=610.4t,水玻璃约需20t,三乙醇胺需610.4×0.5%=3.05t,食盐约需30.5t。
5、浆液起始浓度及其调整
浆液起始水灰比为1:
1;随着注浆压力的变化,水灰比可调整为0.8:
1,0.6:
1。
使用双液浆时,水泥水灰比为1:
1,水泥浆和水玻璃浆的体积比为1.5:
1~1.5:
0.5。
注浆过程中浆液浓度应先稀后浓遂级调节,调整步骤为:
当某一级浓度的浆液注入20~30min后,吸浆量不减或者压力不升时,提高一级浆液浓度,当浆液浓度提高到0.6:
1时,仍不见升压,应及时改注双液浆。
注浆以单液为主、双液浆作为最后封孔。
在压水实验时,如果泵量为200l/min、泵压低或无压力时,应考虑注双液浆。
6、注浆段高
根据主井基岩段深度为83.8m,基岩含水层标高为472.51~530.00m,本次注浆段高初定为94m,一次注完。
7、注浆方式
本次注浆采用下行式注浆,遇水就注,再扫孔复注直至终孔位置。
在钻眼时,若孔内出水或岩层松散,无法钻进时则停钻,撤钻杆钻机,进行注浆,待注浆结束再开孔,依次循环钻进、注浆。
8、注浆压力
注浆压力的大小,直接影响浆液的扩散距离,经测试该段静水压力为4mpa,注浆终压
取静水压力的3倍,本次注浆终压取12mpa。
9、注浆结束的标准
注浆施工为隐蔽性工程,为保证注浆质量和堵水效果,每一孔段注浆都必须达到终压、终量和注入量的设计要求。
在达到设计终压后,泵的流量在50~60l/min,稳定20~30min,才可结束该孔段的注浆。
在8个注浆孔全部施工结束后,利用中间排水孔打钻孔,估算井筒涌水量,如井筒涌水量小于10m3/h,可结束注浆;若大于10m3/h,则采用打分支定向孔的办法进行补充注浆,确保开凿基岩段时,涌水量小于10m3/h。
三、注浆前的准备工作
1、止浆垫的注浆加固
(1)止浆垫厚度
止浆垫厚度参照公式bn=por/[ó]+0.3r计算,经计算止浆垫厚度为2.2m。
(2)止浆垫在冻结段套壁之前与外壁同时施工1.2m,套壁结束后又施工1m,止浆垫总厚度2.2m砼标号c55。
由于迎头出水,打止浆垫时,先铺了一层碎石滤水层,预埋一个ф219排水管,打钻之前利用φ219排水管对止浆垫进行注浆加固,如止浆垫漏水时采用双液浆封堵,利用排水管对止浆垫加固无效果时,可采用1#~8#孔口管打钻对止浆垫进行注浆加固。
2、孔口管的安装
孔口管采用ф108无缝钢管,每根长度为2.950m,外焊螺旋筋,采用ф131钻头打眼,砂浆封实,按图1及图2位置、深度预埋孔口管8根。
孔口管上焊法兰盘,法兰盘上连接高压球阀,钻具通过高压球阀钻进。
3、钻机的布置
钻机选用sgz-ia型,安装在工作盘上,工作盘下面用6根ф100mm、长2.4m钢管等距离布置作支撑。
另外为防止钻眼时工作盘晃动,用手拉葫芦配钢丝绳索固定于孔口管上。
工作盘距迎头以2.4m为宜。
吊盘松至距工作面8m左右,利用吊盘悬挂滑轮,提升钻杆。
钻机固定①钻机底盘与工作盘用m12螺丝连接固定;②用手拉葫芦配绳索,固定于孔口管上。
钻机固定前应校对位置,保证悬吊点与钻杆中心及孔口管中心保持一致。
表1sgz-ia型钻机技术参数
钻进能力开孔110 mm
终孔75mm钻深150m卷扬能力10kn立轴行程400mm立轴内径46mm机身回程300mm重量840kg
4、注浆设备
注浆使用一台日本hfv-c型液压驱动注浆泵,流量为0~200l/min,最大压力21mpa。
水泥浆搅拌机采用js-1000型搅拌机拌浆。
表2 hfv-c型注浆泵技术参数
工作压力30-130kg/cm2吸入口径65mm流量0~200l/min吐出口径40mm缸径100mm电动机22×4kw×p行程300mm
5、注浆、排水、供水管路
注浆管采用ф50钻杆作为注浆管,由地面大抓稳车悬吊,输浆管露出地面1m左右,用垫叉固定于封口盘上。
排水管路采用ф108钢管,由地面两台稳车悬吊。
供水管采用ф57钢管随压风管悬吊。
四、注浆施工工艺
1、注浆钻孔的施工
①按孔号1#、5#、3#、7#、2#、6#、4#、8#顺序施工,最后施工中心检查孔。
②每进尺15-20m测斜一次,如发现孔斜过大,则封孔,重新钻进,如果相邻两个注浆孔偏斜方位相反,落平点间距超过浆液有效半径控制范围,则必须补孔。
③施工完一个孔后则注浆,待注浆完毕方可施工第二孔。
2、造浆站布置与注浆站布置
浆液搅拌采用js-1000型搅拌机搅拌,制造浆液时,水泥必须过筛,浆液必须搅拌均匀,方可输入贮浆桶内,贮浆桶内浆液用风动搅拌器搅拌,防止沉淀,注浆泵放置在井口搅拌站附近,浆液通过ф50钻杆与井下混合器及高压球阀连接,进行注浆,每孔注浆要连续不断,达到结束标准后方可停注。
3、注浆泵与阀门的操作程序
(1)注浆前先把吸浆管笼头放入清水桶内,关闭孔口进浆阀,打开混合器泄浆阀,检查注浆泵的工作情况及管路是否畅通。
(2)打开孔口进浆阀,关闭混合器泄浆阀,然后慢慢减少孔口量,用清水作耐压试验,超过终压0.5-1mpa,即合乎要求。
(3)注入10分钟至20分钟清水,一切正常后方可正式注浆,注双液浆时,先把吸水玻璃笼头放入玻璃浆桶内,注30秒后,再把吸水泥浆笼头放入水泥浆桶内,开始正式注浆。
结束注浆后,先把吸水玻璃笼头放入清水桶中,后把水泥浆笼头放入清水桶中,先关闭孔口管进浆阀再打开泄浆阀后,用清水冲洗注浆泵及管路、球阀、混合器等。
4、注浆施工顺序
先注清水、水玻璃(冲开裂隙通道、润滑裂隙)先稀后浓注单液浆(水泥浆)
最后注双液浆封孔。
5、浆液流程
js-1000型搅拌机拌料泥浆桶hfv-c型液压驱动注浆泵ф50钻杆作浆液管与井下混合器及高压球阀连接孔口管基岩段
五、质量标准
1、注浆材料外加剂的质量性能等必须符合设计要求和规范规定,要严格检查出厂合格证,化验单和试验报告。
2、注浆前对注浆材料进行试验,按配比测定凝固时间。
3、孔口管、止浆垫均进行清水抗压试验,试验压力应大于注浆终压。
4、发现问题立即汇报,及时采取措施处理。
5、认真填写各种原始记录。
六、注浆孔钻进及注浆施工安全技术措施
(一)注浆孔钻进安全技术措施
1、在正常钻进中,应经常检查钻机稳定性,准确丈量孔内钻具及机上余尺,及时填入班报内并妥善保管。
2、下钻时应认真检查钻具,有弯曲,磨损严重不得使用,接钻杆前应对钻杆吹孔,接钻杆时要缠麻。
更换冲击器时不准更换钻头。
如需更换钻头必须在钻孔开孔前进行更换。
3、下钻要稳,避免冲撞,遇阻时应及时提钻,排除障碍,钻具距孔底1.0m时,进行先冲孔后钻进。
4、加钻杆前,应尽量把孔内岩粉冲净,并提钻杆,使钻头离孔底0.5m以上方可加钻杆。
5、钻进过程中,如遇涌水时应准确记录起止深度,测量涌水量,提钻杆,准备注浆。
6、钻机钻进时,若遇松软岩层,要慢速适当加压法钻进,遇石灰岩等岩层比较硬时,要轻压,快速法钻进。
7、钻进结束后,应及时冲洗钻孔,当孔口冒清水无岩粉时即可拨钻杆,测静水压力注清水试压并详细记录,注入量、压力等数据,为注浆提供依据。
8、钻进过程中如发现钻孔内水压、水量突然增大以及顶钻等异状时,必须停止钻进,但不得拔出钻杆,及时汇报项目部进行处理。
9、在井筒工作面打钻、注浆人员应严格遵守立井施工《煤矿安全规程》、《钻探操作规程》及一切安全管理制度。
(二)注浆施工安全技术措施
1、施工前应对参加施工人员进行安全技术教育,传达措施做到人人心中有数,定岗、定位责任明确。
2、注浆前试验站应按单液浆及双液浆各种设计配比测定凝胶时间,当更换水泥等注浆材料品种时,应重新测定凝胶时间。
3、注浆司泵工必须按操作规程认真操作,并随时注意注浆压力,吸浆量的变化情况,对高压系统各部件认真检查,发现问题及时修复更换,确保注浆安全。
每次注浆前应对供电、供风、搅拌、注浆设备认真检查,发现问题及时处理。
4、井下与地面联系的信号,通讯必须畅通无阻;井下注浆人员与地面开注浆泵人员经常保持联系,以确保注浆安全。
5、注浆人员配戴防护眼睛,胶质手套,造浆人员戴防尘口罩。
6、拌浆人员严格掌握浆液配比,按设计配比拌浆。
为防止水泥纸、纸屑、石子及其它杂物进入泥浆池,放浆口应设过滤网。
泥浆桶内设置风动搅拌器搅拌,以防泥浆沉淀。
7、吊盘、工作盘必须固定牢固可靠。
在吊盘上作业人员必须佩戴安全带并做到生根牢固,高挂低用。
8、井下信号,把钩工应定人定岗,按章操作。
9、注浆期间要设专人注意观察止浆垫及井壁是否有变形、跑浆、漏浆等现象,发现问题及时处理。
处理方法:
可采用缩短凝胶时间、间歇注浆、打入铁楔、棉纱等方法处理。
10、注浆泵及电气设备设专人检查维护、保证正常运转。
11、泄压管路出水口应避开人员并用铁丝固定于孔口管上。
接头绑扎牢固。
(三)机电运输安全管理措施
1、上下钻机及注浆机时应通知绞车司机慢速行驶,通过吊盘时要有专人看护。
2、吊运钻机或注浆机时必须使用钩头配5分钢丝绳索并保证绑扎牢固,安全可靠。
3、施工现场所有用电设备严格按照井下用电设备要求选用,并安装保护装置。
4、每天安排专人检查井壁发现有结冰等安全隐患时及时处理,保证安全施工。
5、下吊盘至工作盘之间需安设软梯一路,以便工作人员上、下及避灾。
6、井口到吊盘之间应安装安全梯一个,由专用稳车悬吊,以便井下出现故障或灾害时,人员能够顺利升井。
(四)钻孔防突水措施
1、钻孔施工前井筒内应安装80dg-75×10型吊泵(杨泵750m,流量54.7m3/l)及φ108排水管路,并保证在钻孔突水时能正常运转及时排水。
当钻进注浆孔时,如井筒涌水量接近吊泵额定排水能力,必须停止钻进,提取钻具,关闭高压阀门,及时注浆。
2、对正常打钻排水采用电泵排至吊盘水箱,放入吊桶排至地面。
3、孔口管必须按设计孔位埋设牢固,并安设高压球阀(不小于15mpa)。
注浆前,必须对止浆垫和孔口管进行耐压试验,试验压力必须大于注浆压力1mpa。
孔口管试压经验收合格后方可钻进。
确保孔口管的承压控水能力及安全装置灵活可靠。
4、钻进过程中如发现钻孔内水压、水量突然增大且喷孔严重,情况危急时可采取拆掉钻杆,关闭高压球阀及时向项目部汇报。
七、劳动组织与工期安排
1、劳动组织
预注浆施工井下采用“四六制”、地面采用“三八制”作业,具体见附表1。
2、工期安排
①排水清理4天。
②孔口管、设备及操作盘安装2天。
③打钻预注浆23天。
④拆除清理1天。
总计工期30天。
3、其它
本措施未尽事宜按《煤矿安全规程》(2001版)及《井主井井筒及井底车场、相关硐室掘砌工程施工组织设计》执行。
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