竖井井筒预注浆方案.docx
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竖井井筒预注浆方案
1.编制依据
(1)《最新矿山井巷工程施工综合技术与标准规范使用手册》
(2)《简明建井工程手册(下册)》
(3)《煤矿井巷工程施工规范》
(4)《煤矿安全规程》
(5)竖井相关地质资料
2.工程概况
竖井深611.8m,净直径5.5m,井口高程127.5m,底高程-484.3m。
高程127.5m〜117m段为钢筋混凝土,壁厚1000mm高程117m-93m-449.14m〜-484.3m段为钢筋混凝土,壁厚500mn;高程93m〜-449.14m段为素混凝土,壁厚350mm混凝土强度等级C4Q抗渗等级S8。
截止到2016年1月1日,竖井井筒掘进至高程-117.5m,掘进总高245m混凝土衬砌至高程-114m,衬砌总高241.5m。
因竖井涌水较大,无法正常施工,为改善施工条件、确保施工安全、加快施工进度、提高工程质量,决定对竖井井筒进行工作面预注浆,特编制本施工技术方案。
3.地质概况
根据前期详勘报告及实际揭露地质情况,当前工作面至井筒400米之间发育多条小的断层和挤压面,节理面张开,张开度1〜5mm裂隙为竖直贯通裂隙,涌水量较大;400米以下岩石比较致密,涌水量较小。
4.施工布置
4.1供电布置
由地面两台1000kw一台1120kw柴油发电机组发电,供地面大绞车、压风机、制浆机等设备使用,并通过一条75mm的电缆供井下用电设备使用。
4.2给、排水布置
给水:
井下用水由地面提供,在井筒内单独铺设一条供水管,供水管由2吋无缝钢管两端焊接法兰盘连接而成。
排水:
工作面使用两台功率5.5kw、流量30m/h、扬程35m的BQS30-35-5.5
型矿用隔爆型排沙电泵+一台风泵将井壁淋水、钻孔涌水、打钻用水通过
①50mn高压软管抽至吊盘上水箱中;吊盘上水箱中的水使用功率200kw、流量
80m/h、扬程400m的BQS80-400/7-200/N型矿用隔爆型潜水排沙电泵通过沿井壁铺设的4吋钢管排至地面。
4.3供风系统
地面一台3压风机将高压风通过井筒内铺设的风管送入井下,供钻机用
40m
4.4通风系统
利用井架上2X30kw局扇通过800mn风筒将地面新鲜风送至井下工作面。
4.5通信系统
在工作面安装一部防爆电话及4部对讲机,保证与地面调度室、信号房、绞车房等机构通信畅通、顺利。
4.6施工设备配备
表4-1主要施工设备配备表
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
备注
1
潜孔钻机
MKQJ120/40
2
工作面钻孔
2
注浆泵
2TGZH60/210
2
注浆
3
双桶搅拌机
180L
1
制水泥浆
4
制浆机
UJZ200A
1
制水泥浆
备用
5
制浆机
UJZ400A
1
制水泥浆
备用
6
矿用隔爆型潜水排沙电泵
BQS30-35-5.5
4
工作面排水
两用两备
7
风泵
2
工作面排水
一用一备
8
矿用隔爆型潜水排沙电泵
BQS80-400/7-200/N
2
吊盘水箱排水
一用一备
表4-2注浆泵技术参数
泵型号
传动速
度
吸浆量
(L/min)
最大注浆
压力MPa
配用电
机KW
重量
kg
外形尺寸
长
宽
高
2TGZ-
60/210
1速
16
21
7.5
1070
1750
945
1120
2速
19
18
3速
36
9
4速
60
6
5.施工方案
(1)将工作面浮渣清理干净,用风镐将工作面凸起位置进行整平,以便钻机安装。
(2)安装一趟供水管,一趟输浆管,两趟管路全为2吋钢管两端焊接法兰并用螺栓连接,采用16T稳车、钢丝绳进行悬吊。
(3)将钻机及操作台等相关设备下井,安装并调试完成。
(4)按照设计孔号、孔位、角度进行钻孔,每孔钻进4m提出钻具,插入加工好的孔口管。
(5)将孔口管固定牢固,在孔口管与钻孔孔壁缝隙中插入1吋钢管,孔口管周围缝隙用进行密封,孔口管安装法兰盖进行密封。
(6)通过安装在孔口管与钻孔孔壁缝隙间的1吋钢管向孔内注水泥-水玻璃双液浆进行封孔固定孔口管。
(7)浆液凝固后用钻机在孔口管中按原有深度进行扫孔,对孔口管固结质量及岩帽进行压水检查,合格后进行下一步施工。
(8)按照预埋的孔口管进行钻孔,钻孔过程中如果孔内涌水量超过5m/h3时就停钻,撤钻杆、钻头,注浆堵水,浆液凝固后继续钻孔,直至钻孔至设计深度,进行注浆、封孔。
(9)注浆孔全部注浆结束后,进行注浆效果检查。
不符合设计要求时,重新进行钻孔注浆,直至达到设计预注浆效果,则本次预注浆结束。
(10)拆除注浆设备、材料,转入正常掘进、支护。
向下施工8模,即36m后停止掘进。
(11)利用剩余注浆岩层作为下次工作面预注浆岩帽使用,在竖井高程-277.5m,即井深达400穿过裂隙带之前,工作面预注浆工作按本方案施工,具体可根据掘进情况,可适当调整注浆孔数量、位置,以达到最好的注浆效果。
6.设备安装注浆站设在井口附近,包含注浆泵、水泥浆搅拌机、储浆桶、计量仪表、清水池和注浆材料存放处等。
本次工作面预注浆施工,需在井筒内铺设一条供水管路及一条输浆管路。
供水管、输浆管选用①50mnffi管,钢管间用法兰盘连接。
两条管路通过16T稳车缠绕的钢丝绳悬吊,下端用钢丝绳在工作面固定。
下放钻机、操作台、钻杆等设备、材料。
大型零部件、材料可用钢丝绳吊挂在吊桶下方,其余部件、材料可直接放入吊桶,通过绞车提升送至井下工作面,安排人员在井下将钻机安装并调试完成。
7.孔口管埋设
孔口管在钻进注浆孔时起导向作用及涌水量较大时控制水流作用,注浆时用作联接孔口装置。
本次施工利用已有的注浆带作为止浆岩帽,采用后埋孔口管的方法安装、固定孔口管。
注浆孔设计10个,后埋孔口管10根,工作面孔口管中心距井壁0.55m,径向倾角7.5°,逆时针偏角2.5°,与井筒中心线夹角7.9°。
孔口管在地面按照设计要求进行加工。
孔口管选用4吋钢管,长度3.3m,
并在外露岩帽的一端焊接上法兰盘。
加工完成后并检验合格后对孔口管进行编号,利用吊桶送至井下工作面。
采用一台MKQJ120/4C型潜孔钻机进行钻孔,按照设计位置、角度安装、调整钻机,安装、调整完成后开始钻孔,钻杆直径50mm钻头直径133mm钻孔
孔深4m钻孔按注浆孔孔号顺序进行。
见图7-1孔口管埋设示意图。
一个钻孔施工结束后,按孔号顺序施工下一钻孔,并在已钻进完成钻孔安装、固定孔口管。
孔口管插入钻孔3m外露0.3m,用木楔塞入孔口管与钻孔间缝隙进行临时固定,并在缝隙中插入一根1吋钢管,钢管上安装1吋球阀,孔口管与钻孔间缝隙用水泥-水玻璃双液浆进行封堵,孔口管安装法兰盖进行密封。
通过
预埋的1吋钢管向孔内注入双液浆对孔口管进行固结,注浆使整个孔内充满浆液,且注浆压力达到设计时即可结束。
待孔内浆液凝固后拆除法兰盖,在孔口管上安装4吋高压阀门,准备进行后续施工工作。
孔口管共10根,每根3.3m,共消耗4吋钢管33m1吋钢管10根,每根
0.4m,共4.8m;4吋法兰10个,4吋法兰盖10个,4吋高压阀门10个,1吋球阀10个。
图7-1孔口管埋设示意图
1-1
8.
竖井井筒壁后注浆
在浆液凝固期间,为减少井壁淋水对工作面施工的影响,对已衬砌井壁出水点进行壁后注浆。
壁后注浆相关参数及技术要求参见《竖井井筒壁后注浆措
施》。
耐压试验
孔口管内浆液凝固后,用潜孔钻机对10个孔口管进行钻孔,孔深4m既将埋设孔口管前的钻孔重新钻出,然后对孔口管做耐压试验,耐压试验用清水,
试验压力不低于注浆终压。
耐压试验即检验孔口管是否埋设牢固,又可检验止浆岩帽是否满足施工需要。
做耐压试验过程中如果孔口管出现松动,有被从钻孔中顶出的迹象时即停
止耐压试验,对该孔口管重新固定、注浆,浆液凝固后再做耐压试验,直至孔
口管固结牢靠。
同时,在做耐压试验时,如果工作面出现漏水现象,也要对该
孔进行注浆,封堵裂隙,防止注浆过程中出现跑浆现象。
经过耐压试验确保孔口管固结牢靠,且止浆岩帽无漏水现象时即可结束,
转入钻孔工作
9.注浆孔施工
图9-1钻孔布置示意图
注浆孔设计10个,工作面孔口中心距井壁0.4m,径向倾角7.5°,逆时针
偏角2.5°,与井筒中心线夹角7.9°。
10个注浆孔沿井壁四周均匀布置,钻孔结束时孔底据井帮4.8m,孔深40m工作面面高程-117.5m,注浆孔孔底高程-157.12m,垂深39.62m。
采用两台MKQJ120/4Q型潜孔钻机同时钻孔,钻进方法为无芯钻进,钻杆直
径50mm钻头直径90mm
将正北方注浆孔编为1#孔,然后顺时针依次编号,各孔间夹角30°。
钻孔顺序为1(6)#—3(8)#—5(10)#—2(7)#—4(9)。
一台钻机按顺序施工1#、3#、5#、2#、4#;另一台钻机按顺序施工
6#、8#、10#、7#、9#。
若从开钻后连续钻进至设计孔深无水涌出,则按顺序施工其余钻孔。
如果所有孔施工完毕都无水涌出,则整个预注浆施工结束。
钻进下一孔的同时对上一钻孔进行注浆,封堵裂隙。
若钻孔过程中,孔内涌水量超过10m3/h,则停止钻进,提出钻具,进行注浆,注浆结束标准按设计结束标准。
将该出水孔钻孔孔深作为后续钻孔的钻孔
孔深,在该出水孔注浆时,挪移、调整钻机按照钻孔顺序钻进下一注浆孔,直
至所有钻孔钻至该深度并注浆结束,再按照设计顺序向下钻进。
既将该出水孔
深作为一个小的施工段,进行钻孔、注浆,将该孔深以上裂隙全部进行封闭堵
水。
当上一出水段内钻孔全部钻进并注浆结束,孔内浆液凝结达到可以托住钻具的强度后,按设计顺序开始继续向下钻孔。
钻进已注浆的孔时要慢速钻进,
切勿给压,以免钻孔产生偏斜,钻进深度超过已注浆段深度后,再正常进行钻
进施工。
若某一孔内涌水量再次超过10m3/h时,则重复上述施工方法,直至达到设计注浆孔孔深。
为防止孔内涌水量增大超出排水能力(>50m3/h),钻进时必须通过安装在孔口管上的4吋高压阀门的阀腔内钻孔,当遇到该况时应迅速停钻,卸下钻杆,关闭阀门。
进行下一个钻孔的施工,注浆工作。
钻进过程中,若因岩石破碎、塌孔等出现喷孔、抱钻等现象,造成无法钻进时,则冲孔抽钻进行注浆。
每孔中孔停钻后,应加大水量冲孔30min,直到孔内岩粉基本排除为止。
钻孔过程中,在工作面安设两台BQS30-35-5.5型矿用隔爆型排沙电泵和一台风泵,用以排除钻孔的回水、涌水及井壁淋水,给工作面预注浆施工提供良好环境。
10.注浆施工
注浆时使用水泥单液浆,选用P.O42.5R普通硅酸盐水泥,单液水泥浆使用水灰比为2:
1、1.5:
1、1.25:
1、1:
1、0.8:
1、0.6:
1六个等级。
封孔及封堵裂隙时采用水泥-水玻璃双液浆,水泥浆浓度1.25:
1〜0.6:
1,水玻璃浓度为35〜40泼美度,双液体积比为1:
0.5〜1:
1。
双液浆在地面拌制,然后通过输浆管送至工作面进行注浆。
采用两台2TGZ—60/210型注浆泵进行注浆工作。
10.1钻孔水压与水量测定
注浆前,对已打好并冲净后的钻孔进行水压及水量的测定,在空口注浆管上连接测水的压力表及阀门装置,测出最大流量及静水压力。
10.2压水试验
向注浆孔中压清水,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,压水时间10〜20min,复注压水时间
20〜30min。
根据压水试验资料,利用下式计算单位钻孔吸水量,并据此决定注入单液浆的起始浓度:
q=Q/H(L/min?
m)
式中Q压水最大压力时的流量,L/min
H――注浆段高,m
压水方法:
先用一台注浆泵压水,其流量由小逐渐增大,当钻孔耗水量大、泵的流量虽已全量,而压力仍然很低时,则可采用两台泵压水,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,压水试验结束并符合要求后,立即注浆。
10.3注浆压力调整
由于注浆压力是随着水压的变化而变化,而水压是随着井筒深度的变化而变化。
所以,注浆压力和注浆终压必须根据实际测量的水压为依据,确定注浆压力和终压的大小。
当初始浓度确定之后,人为控制泵量、调整浆液浓度等使压力达到初压、正
常和设计终压值。
当选定初始水泥浆液浓度后,计算该浓度水泥浆从地面到孔口
产生的压力,若测定钻孔内水压比水泥浆在孔口产生的压力小0.5MPa以上,则
初始注浆时注浆泵不再另外给压;若测定钻孔内水压比水泥浆在孔口产生的压力
小0.5MPa以内或大于水泥浆在孔口产生的压力,应利用注浆泵给压,使初始注浆时孔口注浆压力比水压大0.5MPa以上。
注浆段水泥浆液的注浆终压值应为静水压力的2〜4倍。
根据压水试验得出的钻孔吸水量依据下表确定浆液起始浓度,每次注浆时,
水泥浆的浓度应先稀后浓逐级调节。
表10-1浆液起始浓度的确定
单位钻孔吸水量L?
(min?
m-
水泥浆液起始浓度(水:
灰)
水泥浆密度g/cm3
3』
2:
1
1.29
5.0
1.5:
1
1.37
7.0
1.25:
1
1.43
8.0
9.0
1:
1
1.51
11.0
0.8:
1
1.60
13.0
>13
0.6:
1
1.73
10.4浆液调配
在初期注浆压力条件下,吸浆量为吸水量的80%可视为正常,否则调浓
或调稀一级。
注浆过程中,当注浆压力保持不变,吸浆量随注浆时间的延续注
浆减少,或当吸浆量不变而压力注浆升高时,也属于浓度适中,不需要改变浆
液浓度,一直注浆达到终压结束。
当连续注入某一浓度级20min后,注浆压力及吸浆量均无改变或改变不大时,可调浓一级。
当注浆过程中出现压力上升很快,吸浆量减少时可调稀一级。
每更换一次注浆浓度,一般持续20min。
10.5结束注浆
注浆终压及终量在正常条件下,每一次注浆中,注浆压力由小逐渐增大,
注浆流量由大逐渐减小,当注浆压力达到设计的终压,注浆终量为
30〜40L/min时,稳定20〜30min即可结束注浆。
在特殊条件下,在大裂隙岩层注浆,经过浆液浓度的变换,仍达不到终压与终量的标准,但又接近设计的注入量时,应暂时停注,待养护24h后复注,
直至符合结束注浆标准。
对于细裂隙或孔隙地层,当注2:
1〜1.5:
1稀浆,压力仍上升很快而吸浆迅速减少时,可进行预处理,先压水2m左右,然后压注
1〜2n330〜35泼美度水玻璃,紧接着压注1〜2m3清水并注浆。
结束注浆前,压入足量(根据管路长短确定)的清水,关闭孔口阀门,卸下孔口高压胶管。
压注清水时,应通知井下准备放浆,压水停泵后,将管内残余
浆液流放到吊桶内,提至地面排出。
每次注浆后对设备和管路都要进行检修、清
洗和试运转,为下一次注浆做好准备。
11.注浆效果检查
注浆堵水效果,通常用井筒剩余涌水量和堵水率来表示,选择注浆孔的放水试验来检查注浆效果。
所有注浆孔钻进、注浆结束后,选择施工过程中出水量最大的注浆孔作为检查孔。
重新钻孔至设计深度,打开放水阀门,看有无涌水。
如有涌水,待其
稳定后,测量涌水量,然后关闭阀门,测定静水压力。
检查孔内的涌水量不大
于5m?
/h时达到注浆效果;如果孔内涌水量大于5m/h,则达不到预期效果,
将该孔按设计标准进行注浆,同时增加第二个孔进行检查。
12.工期安排
根据设备的性能和工艺特点,结合以往施工经验及现场实际施工情况,预
计本段井筒工作面预注浆工期为8天。
如遇条件出现较大变化引起工程量变化,应相应调整工期。
13.劳动组织
注浆采用三八制,每班人员配备见下表:
表13-1班组人员配备表
工种
人数
共计
备注
班长
1
26人/班
钻工
4
技术员
1
注浆工
2
灰浆配制工
3
安全员
1
绞车工
2
信号工
3
把钩工
2
水泵工
1
机修工
1
电工
1
工种
人数
共计
备注
辅助人员
4
14.材料使用、消耗表
表14-1主要材料使用、消耗表
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
高压软管
①50X5m
根
12
2
直通(快速接头)
①50
个
30
3
高压阀门
4吋
个
10
一次性投入
4
清水桶
0.3m3
个
2
5
水泥浆储浆灌
1.5m3
个
1
6
水玻璃罐
1m3
个
1
7
橡胶手套
双
40
8
防护眼镜
套
30
9
压力表
16Mpa
块
5
10
压力表
40Mpa
块
5
11
铲子/耙子
把
10/3
12
水表
4吋
个
1
13
孔口管
①108X5X3300mm
根
10
一次性投入
14
法兰
4吋
个
10
15
法兰盖
4吋
个
10
16
球阀
1吋
个
10
17
球阀
2吋
个
10
18
1吋无缝钢管
0.4m
根
10
19
输浆管
①50X5X6000mm
根
40
20
输浆管连接法兰
个
80
21
供水管
①50X5X6000mm
根
40
22
供水管连接法兰
个
80
15.质量保证措施
15.1管理措施
(1)加强质量管理基础工作,落实质量工作职责。
⑵围绕总体质量目标,实行管理、技术、经济多轮驱动措施。
做
(3)好施工原材料的管理,所有施工用材料必须经过检验合格后方可进场,严禁使用不合格的材料。
(4)加强现场质量监督检查力度,严格实行质量否决权。
15.2技术措施
1)严格按设计要求施工,未经批准任何人不得对设计进行变更
(2)强施工过程中的技术基础管理工作,认真研究施工过程中钻孔揭露的地质条件,为调整工艺技术参数提供资料。
(3)严格按照设计要求的浆液配比进行造浆,控制浆液的搅拌时间。
因设备故障等原因造成注浆中断,中断时间超过4小时,剩余的水泥浆必须遗弃。
(4)注浆压力是保障注浆效果的重要工艺参数,实际压力不得小于规定。
注浆过程控制必须符合规范要求。
16.安全保证措施
16.1钻探施工安全技术措施
(1)经检查钻机和注浆泵完好,方可正常使用。
(2)钻机底座要进行打锚杆固定,防止钻机在钻进期间底座松动倾倒伤人。
(3)开钻前,做好检查钻机稳固情况和水泵排水情况等工作,符合要求后,方可开钻。
(4)钻进前,先检查钻杆,保证不堵塞、不弯曲,让钻机先空转3-5分
钟,确认无问题后,方可接上钻杆、钻头,必须打完一杆后方可接上第二杆,钻机转动部分两侧严禁站人。
(5)钻进中,施工人员要扎紧领口、袖口,佩戴好矿灯、安全帽,钻工要注意观察钻机运行情况,如有异常,要立即停机,查找原因,待故障排除后再工。
(6)钻孔孔口套管必须进行耐压试验,耐压试验的水压必须达到设计要求,若钻孔漏水须重新注浆,复钻再进行试压,直到孔口管达到耐压要求。
(7)若钻孔水压较大,为确保施工人员的安全,必须使用防喷冒和孔口钻杆卡持器等防喷反压装置,以免钻具被高压水顶出伤人。
(8)钻进时,压力不宜太大,要轻压慢进,待钻机工作平稳后,再逐渐增大压力,钻探工要认真观察钻机运转情况,发现异常,立即停机查找原因,及时处理。
9)项目部要加大监督检查力度,施工人员保证钻进质量,严格按设计施工,每班至少向调度室汇报三次作业进度及存在问题。
16.2注浆施工安全技术措施
(1)注浆前,认真贯彻注浆施工安全技术措施。
(2)注浆前,应将注浆泵检修完好,并检查管路连接系统是否正确,注浆孔口管是否埋设牢固。
(3)井内的输浆管要连接紧密,吊挂可靠,防止跑浆和坠落。
注浆
(4)前,要对管路系统做耐压试验,检查管路上的所有接头、法兰、阀门及管件的耐压能力,如有不符合要求的,及时更换。
(5)注浆期间,要设专人观察井壁、阀门、注浆管周围是否跑浆,发现跑浆,立即通知停止注浆,查明原因,及时处理。
(6)注浆钻孔孔口必须安装压力表,作好注浆压力记录,如出现压力骤升或骤降,应立即停止注浆查明原因后,及时处理,再重新开始注浆。
(7)注浆泵运转前,要先吸清水,检查无问题后,方可吸浆液。
注
(8)浆时,浆液浓度调整后,压力表上升较快,应采取注注停停,停停注注的办法,让浆液在岩层裂隙沉析、填充、凝固。
(9)注浆人员佩带防护眼镜、手套,防止浆液溅入眼内。
(10)每次注浆工作结束后,要把注浆泵清理干净,物料堆放整齐。
并清理管路,井下残浆严禁倒入井内,只准排入吊桶提至地面倒掉。
工具及生产工具要用尾绳固定在牢固可靠的地点,防止滚动坠落。
(11)注浆时,作业人员要远离注浆泵,防止被注浆泵的皮带轮缠着衣服,造成工伤。
(12)在注浆期间,人员严禁站在注浆管的正前方,严防注浆压力骤然升高导致注浆管破裂后反弹伤人情况发生。
施工人员应严格按照本方案进行施工,本方案未尽事宜参考相应施工规范及国家相关规定进行施工
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