常村矿风井注浆方案及施工措施.docx
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常村矿风井注浆方案及施工措施
洛阳龙门煤业常村矿风井井筒
注浆方案及措施
二○○五年五月三十日
前言
洛阳龙门煤业常村矿风井,利用普通凿井法施工,虽然节约了大笔的冷冻资金,然而给施工也带来了相应的技术问题,对施工方的技术要求也更高了,其中如何有效地治理地下水是工程能否顺利进行的关键问题所在和中心环节。
井筒施工中治理地下水害,就洛阳偃师地区地质情况看,工作面超前予注浆是最直接、最有效也最经济的手段,也是常用的主要治水措施,而在冲积层中进行工作面超前予注浆,却是一种新的尝试,尤其对本地区来讲,第三系冲积层的地层岩性介于胶结状态和松散状态之间,属于半胶结状态,有一定的特殊性,为了在这种特殊条件下有效地治理矿井地下水害,确保井筒施工顺利进行,特制订本设计方案及施工措施。
方案设计责任一览表
序号
姓名
性别
出生年月
技术职称
学历
工作单位
责任人
1
雒发生
男
1959年3月
工程师
大学
河南矿建三公司
主要决策
2
曾凡伟
男
1967年9月
高级工程师
硕士
河南矿建三公司
主要决策
3
刘其瑄
男
1964年5月
工程师
大学
河南矿建三公司
主要设计,技术把关
4
蔡振国
男
1968年1月
高级工程师
大学
郑州矿业建设公司
主要设计
5
李小青
男
1962年9月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
主要设计,监督实施
6
李明道
男
1954年3月
工程师
大专
河南矿建三公司
负责实施
7
蔡新伟
男
1960年6月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
负责实施
8
程真
男
1960年8月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
主要参加
9
吴继祥
男
1953年5月
工程师
大专
河南矿建三公司
主要参加
11
王文海
男
1968年10月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
主要参加
12
宋文生
男
1967年3月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
主要参加
13
李新政
男
1965年10月
工程师
大专
河南矿建三公司
主要参加
14
丁运华
男
1962年11月
高级工程师
大学
河南矿建三公司
主要参加
洛阳龙门煤业常村矿风井井筒注浆方案及措施
1概况:
常村煤矿设计生产能力45万吨/年,按60万吨/年装备。
井口坐标X=3827856.771,Y=38373363.00,Z=+223.5m,井筒落底标高±0.00m,井筒深度223.5m,井筒净径4000mm,井筒揭露地层冲积层厚度204.272m,基岩厚度19.228m。
2地层
据常村矿地质报告及风井井筒检查孔地质资料显示,预测风井井筒揭露的地层自上而下分别为第四系、第三系及石灰系太原组,见附图1
第四系:
厚度35.172m,岩性为黄土,未胶结。
第三系:
埋深35.172m~204.272m,厚度169.10m,岩性以含砾泥岩,含砾砂质泥岩、泥砾为主,局部半胶结,夹松散砾石多层。
石炭系太原组:
埋深204.272m~253.562m,预测厚度49.29m,岩性为泥岩,薄层灰岩,细砂岩,其中L7灰岩7.21m。
3地下水文地质特征
第四系:
厚35.172,黄土,富水性极弱。
第三系:
埋深35.172m~204.272m,厚度169.1m,夹松散砂砾及砾石层6层,其厚度分别为2.4m、1.3m、2.2m、2.5m、5.8m、12.6m,为叙述方便,把以上6个含水层段分别称为第一段、第二段……第六段(见附图)。
其结构为松散状结构,含水量具有明显的不均衡性,水位标高+187.88m。
预计井筒涌水量在50~80m3/h左右。
石炭系太原组:
埋深204.272m~253.562m,厚度49.29m,穿见L7灰岩和L4灰岩,灰岩岩溶裂隙发育,富水性极强,地下水位标高+171.5m,预计井筒涌水量186m3/h。
4工作面超前预注浆的目的及要求,
加固井筒围岩,封堵井筒揭穿含水层中的地下水,避免大的出水事故发生,减少井筒施工过程中的涌水量,降低排水费用,确保井筒的正常施工和井筒的工程质量,最终井筒涌水量控制在6m3/h以下。
5治水方案。
包括含水层位确定,探水及注浆方案。
5.1含水层位的埋深及厚度是注浆堵水的关键问题之一,只有在施工过程中才能准确认定,具体如下:
在施工中穿过黄土层时,大约35.20m,要及时准确测量埋深,确定第一段含水层的深度和厚度及其它特征,由于第三系多为半胶结,层位、厚度及顺序相对稳定,以第一段含水层为参照,进而确定下面几个含水层的位置、厚度及其它地质特征。
5.2探水方案
5.2.1对埋深35.172~37.572m,砂砾层含水层,水头高度+189.88m。
井深33m此段含水层用风钻进行探水即可。
5.2.2第二段、第三段含水层合=为一进行探水,工作面预留岩帽及止浆垫,采用钻探方法进行探水。
5.2.3对第四段第五段第六段及L7灰岩承压水,均采用井筒不同水平工作面预留岩帽及止浆垫,采用钻探方法进行探水。
5.2.4岩帽的予留厚度应不低于5米。
5.3注浆方案
依据砂砾层、砾石层孔隙含水层岩性的组成特点,岩石的结构、构造、含水层间距、涌水量大小、水头压力、补给性,采取如下注浆堵水方案。
5.3.1对于第一段含水层可强行施工通过法,待施工过后进行壁后注浆。
5.3.2对于第二段含水层,先探水,视水量大小而定,若水量大于10m3/h,可采取工作面超前预注浆法施工通过,若水量小于10m3/h,,可采取强排、强过施工法,而后进行壁后注浆。
5.3.3对于第三段、第四段的含水层,采取工作面预留岩帽及止浆垫超前工作面预注浆辅以吊泵强排的注浆方案,若探明砂砾层含砂量大于60%,且呈流动状态时采用工作面置换注浆方案,
5.3.4对于第五段、第六段及L7灰岩含水层,采用工作面预留岩帽,止浆垫注浆法辅以吊泵强排水注浆方案。
6注浆工艺
根据井筒施工及含水层的埋深,含水层的分布、涌水量的大小以及现有钻探,设备的能力,确定注浆工艺。
6.1设备选型,现有设备
QZB—50/60气动泵2台
2TGZ—60/210型电动泵2台
MK—3型全液压坑道钻机1台
MD46—50×60卧泵2台
6.2止浆岩帽与止浆垫
为保证浆液在压力作用下进入可注层,并防止从工作面跑浆的发生,应对预注浆的含水层在注浆钻进前首先施工止浆垫,但为了将止浆垫的厚
度缩小,采用预留岩帽与止浆垫相结合的方法,而止浆垫采用标号C50混凝土,目的是减小止浆垫的厚度,加快混凝土的早强,快速进行钻机探水及注浆施工(或在砼中加入早强剂等附加剂,加快砼的快凝早强),此次采用预留一定厚度岩帽(一般不小于5m)与止浆垫的方法,经计算止浆垫的厚度分别为:
0.9m1.0m1.4m1.6m1.7m1.7m,止浆垫的设计见附图2。
6.3钻进作业及设施
6.3.1钻进作业采用模板固定钻机,工作面搭设钻机工作台等工序。
6.3.2砂砾层钻进分次钻进,节距一般为1.0m。
6.3.3钻进时要时刻观测孔内情况,测量涌量,并详细记录。
6.3.4砾石层钻进若砾石层为胶结状态可以一次钻注。
若为松散状态时应分次钻注,节距一般为1.0m,或依据赋存状态采用短探、短注、短掘。
6.3.5若砂砾层含砂量大于60%~70%采用置换注浆,一次放砂量应为2.5m3左右为好。
6.3.6各钻孔注浆前作注水试验,确定钻孔吸水量,根据结果再确定是否注入骨料。
6.3.7为减少浆液流失,降低材耗,提高注浆效果,采用全压间歇式注浆法。
6.3.8在上部注浆时,注意浆液扩散情况,必要时用双浆液注入,保证水井安全。
6.3.9孔口管径Φ108mm,钻孔孔径采用Φ89mm。
6.3.10采用地面和浆,用注浆管吸入泵内注入含水层。
6.4布孔及注浆段高。
6.4.1注浆段高的划分
注浆段高的划分是依据需注含水层的埋深,含水层的埋藏条件,地质构造条件,含水层的裂隙性、含水层的厚度及含水层的富水性、补给性,各个含水层之间的位置关系等因素综合分析。
保证注浆质量,降低材料消耗,加快施工速度,有相应的钻探设备及注浆设备能力为原则,来确定注浆段高,为此,依据以上划分依据,将风井井筒砂砾层,砾石层,L7石灰岩孔隙,溶隙含水层分为五个探水段,五个注浆段,其划分如下:
(1)五个探水段
第一探水段:
47.57m~54.77m第二探水段:
139.77m~142.27m
第三探水段:
182.87m~188.67m第四探水段:
190.37m~202.97m
第五探水段:
204.27m~211.97m
(2)五个注浆段
第一注浆段:
47.57m~54.77m第二注浆段:
139.77m~142.27m
第三注浆段:
182.87m~188.67m第四注浆段:
190.37m~202.97m
第五注浆段:
204.27m~211.97m
6.4.2注浆孔的布孔方式,依据砂砾层、砾石层组成特点,富水性,可注性特点,对第三系赋存四层砂砾层布孔均采用密集式多孔布置方式;砾石层(胶结状态)L7石灰岩含水层采取多孔布置方式,若探明砾石层为松散结构时,布孔也采用密集或多孔布置方式(见后附图)
6.5孔口密封装置,因井筒排水设施为二次排水,为避免砂砾层中含砂量较大,泥质较多而造成淹井事故的发生,在探水钻进前均应在孔口管上安装空口闸阀及空口防喷装置。
7注浆参数的确定
7.1注浆压力是给予注浆浆液扩散、充塞、压实的能量,但注浆压力因地质、水文地质条件的变化而在注浆过程中是不断变化的,所以确定注浆压力的原则依据含水量埋藏的深度及静水压力来确定,一般选用静水压力的2-4倍为工作面注浆最终压力,本次注浆选取静水压力的3.0倍为注浆终压,即五段注浆终压分别为1.8mpa、4.2mpa、5.7mpa、6.0mpa、6.2mpa。
7.2注浆孔数
依据砂砾层岩性组成成份,结构松散,孔隙率及孔隙连通性,富水性,补给性,浆液的扩散半径,井筒断面的大小等因素来确定本次注浆孔数,而对砂砾层注浆采取密集式或多孔工作面预注浆,孔间距0.5m,布孔孔数24.0个,砾石层(胶结状态),L7石灰岩含水层孔间距1.0m,布孔孔数12.0个,对砾石层探明为非胶结状态时,砾石层注浆孔数布孔24.0个。
7.3径向角与孔径的确定
经计算砂砾层、砾石层、L7石灰岩含水层径向角分别为:
17°10°13°8°9°,孔径采取Φ60~Φ80mm。
7.4浆液扩散半径
注浆过程中浆液的扩散半径随着岩层的渗透系数、孔隙度的发育程度、注浆压力、注浆时间、浆液性质、浆液浓度等参数有关,依据砂砾层、砾石层孔隙含水量水层结构特点,为形成较为理想的隔水帷幕,参考有关资料,扩散半径定为2~2.5m即可。
7.5浆液性质及浆液浓度
依据砂砾层、砾石层,L7石灰岩含水层结构特点及堵水性质,注浆二段、三段、四段采用水泥单液浆液配合双液浆液;注浆五段、六段采用单液浆液(若砾石层为不胶结状态时,除单液浆液外,配合双液浆液)。
注浆七段采用单液水泥浆,浆液水灰比浓度选择范围1:
1~2:
1,水泥浆—水玻璃体积比选择1:
0.4~1:
0.6,对注浆二、三、四段当孔内涌水量较小时,选用水灰比1.5:
1~2:
1,当孔内涌水量较大时可选用水灰比1:
1,或者单、双液配合注入;对注浆五、六段当孔内涌水量较小时,选用水灰比2:
1~2.5:
1,当孔内涌水量较大时可选用水灰比1:
1,当注浆二、三、四段探明为松散结构,含砂量大于60%~70%时,则选择转换注浆,浆液性质选择双液浆液,水灰比选择1.5:
1~2:
1,体积比选择1~0:
5。
7.6浆液注入量及主要材料预计
砂砾层、砾石层:
砂砾层、砾石层注浆量采用下式进行预估。
Q=λ.π.R2.H.β.1.5
式中:
λ——浆液损失系数;R——帷幕半径m;H——含水层高度m;β——砾石孔隙率,1.注入与实际体积比。
参数:
λ=1.1R=5.0H=24.4β=0.3水灰比1:
1(1m3浆液需750kg水泥)。
Q=1.1×3.14×52×0.3×24.4×1.5×0.75=711T
基岩段:
基岩段注浆量采用下式进行预估
Q=
式中:
Q——注浆量,λ——浆液损失系数,R——浆液扩散半径m,H——注浆段高m,m——结石率,η——岩层裂隙率,β——浆液在裂隙内有的效充填系数,N——注浆孔数。
参数:
λ=1.5R=2.5mm=0.85η=3%β=0.85N=12H=7.7m
水灰比1.5:
1(1m3浆液需水泥550kg)。
Q=
材料预估:
水泥:
756T水玻璃:
20T(注:
浆砾石层作为松散结构形式)。
8施工工期依据砂砾层的结构特点,被注砂砾层的涌水量及若采用置换砂层的施工工艺,施工方法,选用设备,操作技术的熟练程度均与钻探注浆工期相关连,为此钻注工程预计是一个隐蔽工程施工,是一个很难正确进行预测的工程,只能依据平常积累的工作经验,用统计的方法进行经验预测及预估,其原则除考虑上述因素外,并按最大施工时间来考虑。
下面对砂砾层及基岩段钻注时间预计如下。
基岩段时间预计12天,第一段~第六段合计注浆60天,总计工期72天。
9注浆结束标准与注浆效果检查
9.1单孔注浆标准原则是以注浆终压达到设计终压,而且注浆压力符合由低逐渐升高或由低逐渐升高、再降低,再升高的变化规律。
9.2单孔注浆量达到设计要求(对松散结构置换注浆)
9.3对流砂层控制进浆量与放砂量误差不大于20%。
9.4注浆效果的检查
9.4.1综合分析注浆原始资料,综合该段注浆量与放砂量之比1:
1~1:
1.5为准。
9.4.2钻孔检查:
由于是静水位以下注浆,注浆效果的检查采用放水法,通过注浆孔最后一个孔的涌水量,来计算井筒开挖时最大涌水量超过规定即5.0m3/h时应补打注浆孔继续注浆。
9.5预想注浆效果,依据方案及所制订的施工工艺、注入量、注浆结束开挖施工中无较大涌水,预想堵水率在85%左右,注浆段能正常进行掘砌工作。
10劳动组织按四六制
序号
工种
每小班数
每圆班人数
主要职责
1
技术负责
1
4
负责小班技术及施工工程
2
值班队长
1
4
全面负责井上下工作
3
注浆工
6
24
负责打钻和注浆
4
钻进工、司泵工
2
8
负责钻机、注浆泵的运转
5
电工、钳工
1
4
负责照明及电路维修
7
信号工
2
8
负责井上下联系
8
运输工
3
12
负责材料运送
9
绞车工
2
8
负责设备和人员上下
10
把钩工
1
4
负责井口工作
11
风工
1
4
负责通和排水
合计
11注浆材料一览表
序号
材料名称
规格
单位
数量
1
普通硅酸盐水泥
32.5R
T
750
2
玻璃水
35BE
M=2.4~3.2
T
20
3
球形阀
10Mpa
个
100
4
压力表
40Mpa
块
40
5
无缝钢管
1寸
m
100
6
无缝钢管
4寸
m
100
7
和浆桶
0.5m×0.5m×0.5m
个
4
8
道钉
长0.4m
个
40
9
胶管
1寸
m
40
10
胶管
3/4寸
m
40
11
大锤
把
4
12
手钳
把
3
13
螺栓
M6×10
个
100
14
螺栓
M8×25
个
100
15
螺栓
M10×30
个
50
16
螺栓
M6
个
100
17
螺栓
M8
个
100
18
螺栓
M10
个
50
19
机械油
5m
Kg
100
20
黄油
包
15
21
塑料桶
25kg
只
8
22
破布
Kg
100
23
手套
双
60
24
眼罩
付
60
25
钎子杆
根
20
12安全技术措施
12.1含水层的准确位置的确定对整个工程非常重要,要特别关注。
12.2作好施工中井筒防水、排水工作,具备一定的排水能力,谨防淹井事故的发生。
12.3在钻探过程中,要有熟练的钻机操作工开启和掌握钻机,程序按有关规定进行。
12.4需进行壁后注浆时按井筒施工组织设计中的方案参照执行。
12.5在进行壁后注浆时,使用风动注浆进行注浆,保证井壁安全。
12.6在工作面予注浆时,由于压力比较大,要时刻注意观看井壁情况,发现有异立即停止注浆。
12.7参加注浆人员要认真学习安全规程和本方案及措施,明确施工目的,严把安全关,保质保量完成本次注浆任务。
12.8设备入井前要严格检查,确保无安全隐患时方可放井,入井时绞车必须慢行。
12.9上下人员必须佩戴保险带,注浆应戴防护手套,必要时应戴防护手套。
12.10工作面照明应充分,通风良好,信号清晰,且有专职信号工。
12.11灰浆必须经过滤方可使用。
12.12钻孔无水时应及时封闭。
12.13钻机安装要牢固可靠。
12.14水管、阀门必须拧紧、上牢。
以防破裂、松掉,发生意外。
12.15钻孔口应及时封严,防止掉入异物。
12.16注浆记录要及时、准确、清晰。
12.17停电时,提前半小时通知施工人中,清理管道后及时升井。
12.18电器设备要有防护罩保护,不被水淋。
12.19未尽事宜按有关规程、规定执行,以确保防治水工作的顺利进行,进而保证井筒的正常顺利施工。
河南矿业建设第三工程公司批复意见表
技术文件名称:
内容:
1、岩帽的留设可采取从上而下逐渐增加厚度的方式,即第一注浆段岩帽为3m,第二注浆段岩帽为4m,下边几个注浆段岩帽均采用5m的岩帽。
2、止浆垫均采用锅底形止浆垫,确保止浆垫的有效厚度。
3、水窝的留设应改为1500×1500×500mm,确保有足够的容量。
4、钻机固定采取利用模板先固定,在此基础上采取措施,认真加固,确保钻机牢固可靠。
5、浆液搅拌确定在吊盘的上层盘上搅拌。
6、作好注浆隐蔽工程的记录。
7、每次测水时,通知甲方和监理人员,以确定真正涌水量。
8、壁后注浆参考《施工组织设计》中的有关参数执行。
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