回风立井工作面预注浆安全技术措施

1、回风立井工作面预注浆安全技术措施 一、工程概况根据荣康回风井工作面现场涌水量16m/h以及预计最荣康回风立井工作面预注浆安全技术措施大涌水量25m/h，我项目部与矿方共同研究决定对荣康回风立井工作面进行注浆施工，为了保证井筒175m至235m安全施工特制定本措施。（1）含水层根据井田地层岩性的组合特征、含水介质的岩性、地下水赋存条件及水力特征，井田内地下水类型包括碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水、碎屑岩类裂隙水及松散岩类孔隙水。其相应的含水层主要有：1、碳酸盐岩类裂隙岩溶水井田内碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水层主要为奥陶系中统马家沟组与峰峰组灰岩。其中，峰峰组及马家沟组石灰岩是本井

2、田煤系地层下伏的主要含水层，且本井田煤层属带压开采，是本井田矿井生产的主要威胁。奥陶系石灰岩出露于井田外东南部，露头所见溶洞，裂隙比较发育，所见奥灰岩性为致密块状质较纯，裂隙被方解石充填。据1996年9月至1997年1月由144队在辛置煤矿井下施工的307号水文钻孔o2f抽水试验，单位涌水量1.1028-1.4236l/sm，水质类型so4-k+namg型，富水性强。水位标高518.75m。zk203号钻孔抽水试验单位涌水量1.015l/sm，水位标高516.29m，由于推断本井田水位标高约为515-525m左右。因此，井田内该类型地下水属富水性强的溶隙含水层。2、碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水

3、层井田内碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水层主要指石炭系上统太原组砂岩与灰岩含水层，其中k3、k2灰岩为主要含水层。岩性为深灰色致密坚硬石灰岩，其中k2石灰岩为主要含水层，为9号煤层直接充水含水层，裂隙溶隙较发育，据1996年9月至1997年1月由144队辛置煤矿井下施工的307号水文钻孔，太原组抽水试验单位涌水量为0.5769-0.6801l/sm，水位标高500m，水质类型so4hco3-k+nacamg型，富水性中等。2010年施工的zk203号钻孔太原组抽水试验单位涌水量为0.041l/sm，富水性弱。因此，井田内该类型地下水为富水性弱-中等的溶隙含水层。3、碎屑岩类裂隙水含水层井田内碎

4、屑岩类裂隙水含水层主要包括二叠系上石盒子组、下石盒子组及山西组地层中的砂岩含水层，其中，这些地层中分布的厚度较大的上石盒子组k12、k10，下石盒子组k9、k8砂岩及山西组中的k7砂岩为最主要的含水层。（1）山西组(k7)砂岩裂隙含水层细粒砂岩、细粒石英砂岩为主，灰白色、灰色，裂隙不甚发育，富水性弱，裂隙含水组浅部一般以风化裂隙潜水为主，k7砂岩含水层为2号煤层主要含水层，随埋深的增加，裂隙发育减弱。zk203号钻孔抽水试验单位涌水量为0.024l/sm，因此，该层属弱富水裂隙含水层。（2）下石盒子组砂岩裂隙含水层岩性为灰白色、浅黄灰色，厚层状，局部变为薄层状，裂隙发育较差。k8砂岩为2号煤层

5、的顶板，成为煤层直接充水含水层，该层受地形影响，受大气降水及地表水补给差异性较大，泉流量在0.020.05l/s，该层属富水性中等的裂隙含水层。（3）上石盒子组砂岩裂隙含水层岩性为黄绿色，厚层状，中、细粒砂岩，裂隙不发育，为较弱含水层。（4）基岩风化壳含水层由于风化水蚀作用的强弱，裂隙的深度因地而异，风化深度30-50m，含水性变化大，据邻近水井的调查资料，水量不大，能满足居民和牲畜饮用。水位标高变化较大，水质类型：重碳酸氯化钙镁型水，为较弱含水层。4、松散岩类孔隙水含水层井田内松散岩类孔隙水含水层主要是黄土梁峁区的第四系中上更新统孔隙含水层及分布在部分较大沟谷中的第四系全新统含水层。（1）第

6、四系中上更新统松散含水层主要分布在山间沟谷地带，第四系松散层最大厚度约为100m，其中下部分布的砂砾石层为其主要含水层，其中的亚砂土层也有一定的含水性。其下部的第三系粘土层或二叠系上石盒子组泥岩为主要隔水层。井田内该类型地下水多为上层滞水，地下水位变化较大，在沟谷边往往出露成泉。（2）隔水层井田内主要的隔水层有石炭系本溪组隔水层和石炭系太原组、二叠系山西组隔水层，现分述如下：1、石炭系中统本溪组隔水层井田内最下部11号煤层至奥灰水含水层之间的隔水层，是由铝质泥岩、粉砂岩、泥岩、石英砂岩等致密岩层组成，厚度约28.03m，具有良好的隔水性能，系奥陶系中统岩溶水与太原组砂岩裂隙水间的良好隔水层。其

7、分布稳定，延续性好，具区域隔水作用。通常情况下，垂直方向使11号煤层以上含水层与奥灰岩溶水不发生水力联系。2、石炭系太原组、二叠系山西组隔水层由石炭系太原组、二叠系山西组泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩及煤层等组成隔水层，分布于各层砂岩和石灰岩含水层之间，构成平行复合结构，起层间隔水作用，单层厚度为数米至数十米。该隔水层的存在是相邻含水层间水力联系程度弱的主要因素，也是含水层垂向上的隔水边界。井田内太原组隔水层一般厚80m左右，在无断层贯通情况下，太原组石灰岩溶隙将不会影响上组煤的开采；下石盒子组泥岩、粉砂岩隔水层一般厚90m左右，致密岩层对地表水及潜水起隔水作用。回风井175m至235m含水层列表

8、深度（m）厚度（m）岩性1766中粒砂岩192.3199.57.2粉砂岩199.5204.95.3粉砂岩205.4208.32.9粉砂岩209.1214.85.7粉砂岩214.8217.62.8中粒砂岩217.622810.4粉砂岩228230.52.5中粒砂岩233.8234.60.8中粒砂岩回风立井175m至235m共计9层含水层。三、施工方案：根据含水层的赋存特点，该井筒计划分1个注浆段进行工作面预注浆堵水。含水层采用1米混凝土止浆帽，防止含水层涌水在水头压力作用下从底部岩石裂隙涌出，造成淹井事故。立井工作面预注浆的段高，主要考虑钻机能力和含水层厚度。此次注浆段高，经综合考虑确定如下：1

9、、注浆段高划分注浆段垂深175m至235m，段高60m；合计工作面注浆总长度60m。2布孔方式为使注浆孔更多地揭露裂隙，提高注浆效果，决定将钻孔布置为径向斜孔，钻机应尽量靠近井壁，开孔中心到井壁距离为500mm，终孔位置在井筒掘进半径外2m处，采用同心圆等距布孔，一圈布孔6个，孔间距2.1m，终孔半径4.9m。（见附图）。3注浆孔角度主要根据裂隙的方向及其分布情况来确定，要保证注浆孔与裂隙相交。要有足够的浆液扩散半径来保证止水效果。为此，应布置径向斜孔超出井帮一定距离，倾斜孔在径向的倾角a可用下式计算：a= arctan(s+a)/h=arctan(3/60)=2.9式中：s孔底超出井筒荒径的

10、距离，取2米。h注浆段高。a孔口距井筒荒径的距离，1米。此时，每个注浆孔均按两种角度布置。一是切线角，一般为1101300，二是径向倾角。4注浆方式采用下行压入式注浆的方法。一次钻孔，钻孔成型后进行注浆。第一个钻孔注浆的同时按钻孔顺序施工下一个钻孔。四、注浆参数的选择1、浆液扩散半径实际上，浆液的扩散是不规则的。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加以人为控制、调整，对浆液的扩散范围，可以起到一定的控制作用。一般在含水层砂岩裂隙开度在0.5-40mm时，有效扩散半径为6-8m，结合多年井筒工作面预注浆的施工经验，单液水泥浆，扩散半径可按8m计算。如果是微裂隙或孔隙水，注

11、浆难度较大，颗粒性材料可注性差，此时应选择化学浆液注浆，浆液有效扩散半径按4m计算，适当加密注浆孔的间距，增加注浆孔个数。2、注浆压力注浆终压为静水压力的的2.02.5倍。本次工作面预注浆，揭露砂岩含水层承压水，静水压没实测数据，临时确定注浆终压为1012mpa。待含水层揭露后，实测到静水压数据，再定实际注浆终压。3、浆液注入量浆液注入量可根据扩散半径（8m）及岩石裂隙率进行粗略计算，仅能作为施工参考。（1）含水层注入量总注浆段高按60m计算，岩石裂隙率取5%（一般为15%）。q=ar2h/m式中：q总注入量；r扩散半径，取8m；h注浆段高，按60m计；由于实际揭露岩性裂隙较发育，岩层裂（孔）

12、隙率，取5%;浆液充填系数，取0.85；m结石率，取0.85；a浆液损失系数，取1.5，（一般a=1.21.5）q=1.53.1482605%0.85/0.85=904.3(m3)以上岩石裂隙率为估计值，施工中应按实际情况调整浆液注入量。4、浆液配比注浆首选单液水泥浆，单液浆起始浓度先稀后浓。当涌水量大需要及时封堵时，可采用水泥水玻璃双液浆。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，浆液的起始浓度可根据下表一来确定。表一浆液起始浓度钻孔最大吸水量（l/min）浆液浓度（水：灰）60802:1801501.5:11502001.25:1或1:12001:1或双液表二浆液

13、配比表水灰比水泥（袋）水（l）比重（g/cm3）体积（m3）0.75:1197121.621.0371:1157501.501.0021.25:1138121.421.0301.5:1118251.371.0092:199061.291.051五、注浆施工1、止浆垫工作面预注浆采用滤水层混凝土止浆垫。滤水层混凝土止浆垫在工作面上铺设0.5米厚碎石子作为滤水层，并在滤水层中预埋和固定滤水管，滤水管内放置潜水泵，从而把工作面的水引至滤水管内由潜水泵排出。在滤水层的顶部用油毡或者塑料布，覆盖严密，在其上面进行浇筑混凝土止浆垫。止浆垫厚度为1米，强度c30，止浆垫浇筑后养护时间3天。与井壁相连接，并在

14、止浆垫周围井壁采用风镐凿毛，保证与井壁接触良好。浇筑混凝土时严格按照设计厚度、强度施工，加强振捣，并且及时排出井底积水，防止改变水灰比，影响其强度。施工人员必须佩带安全带，必要时在混凝土表面上担上木板，以免施工人员陷入混凝土中。2、注浆施工方法采用下行单孔对称注浆方式。段高及钻注顺序见图，由于工作面狭小，钻孔和注浆为单行作业。6个注浆孔对称施工。每孔按钻进结束后开始进行注浆，注浆段高为60m。3、埋设孔口管孔钻机按着注浆孔的角度开孔，孔径180mm，孔深4000mm，孔口管选159mm4.5mm无缝钢管，长4500mm，孔口一端焊有和4高压阀门对接的法兰。钻孔形成之后，倒入水泥砂浆，插入孔口管

15、，并且找正方向固定。待水泥砂浆终凝后，在孔口管周围，打34个锚杆，用锚杆和8#铁拉住孔口管。开钻前对孔口管进行打压实验，实验压力必须大于注浆终压0.5 mpa，防止孔口管周围裂隙在注浆时跑浆或受力时拨出。固定孔口管水泥砂浆重量配比组成：水泥：水：砂 = 1:1:0.7。4、搭设工作台为便于钻机找正定位与搬迁，保证钻孔的质量及钻进过程中正常排水和捞岩粉，要求在工作面2m以上位置，使用槽钢和木板，搭设钻机工作台。工作台要求平稳牢固，钢梁和立柱不影响钻机开孔。 5、注浆工作的注意事项由于搅拌站设在地面，注浆泵布置在吊盘上，钻机在井底工作面。因此，三地之间必须设置直通电话和声光信号，互相联系。以保证注

16、浆工作安全，顺利地进行。在注浆过程中，孔口安装压力表。每班指派专人观察注浆压力的变化，注浆过程中，突然升压，超过注浆终压，及时打开泄浆阀，关闭进浆阀，把浆液放到吊桶中，提到地面。注浆时先打开进浆阀，再关闭泄浆阀；停注时，先打开泄浆阀，再关闭进浆阀。6、压力和流量的测定以及压水试验（1）压力钻孔出水后，提出钻具，接好注浆系统。关闭进浆阀和泄浆阀，待压力稳定后，读出压力表数值。（2）流量注浆系统接好后，打开泄浆阀，如水量较少，用普通20l水桶和秒表，容积法测量钻孔涌水量，如钻孔涌水量大，用吊桶测量。（3）压水试验在注浆开始之前，向钻孔压清水，检查钻孔吸水量，以便确定浆液的起始浓度。压水试验尽可能采

17、用大泵量，应使压力控制在注浆终压高0.5mpa左右，压力持续1020分钟无异常即可注浆。7、浆液的配制浆液的配制在地面进行。根据井下压水试验的结果，配制确需的水泥浆液，浆液浓度是先稀后浓，若压力不上升，吸浆量变化不大，应逐级加大浓度。反之，若压力上升快，吸浆量变小，可降低浆液浓度，以保证有足够的注入量。在涌水量较大，需要及时封堵时，可用双液注浆。注浆工作结束后，注入一定量清水，把管路冲洗干净。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，大于该值，应当复注。六、 注浆工艺流程1、地面搅拌站搅拌站布置在井口附近，水泥用人工拆袋倒入搅拌机中，加入适量的清水，搅好之

18、后，通过管路送到井下储料桶中。2、泵站2tgz-60/210型双液注浆泵安装在吊盘上，在吊盘上还布置储浆桶、清水桶和水玻璃桶。注浆泵吸浆管，直接由储浆桶吸浆，注浆泵和工作面之间用高压胶管相连。3、工作面注浆系统和孔口管用法兰盘连接，注浆系统的进浆阀和连接注浆泵的高压胶管相连接。系统全部就绪后，由工作面人员通知吊盘上司泵工，开泵压水试验。压水之后，根据钻孔吸水量，由司泵工通知地面人员所需浆液水灰比。当浆液送到吊盘上后，通知工作面，开泵注浆。根据泵压和孔口压力的变化，当班工程技术人员，决定调整浆液的水灰比，当达到终压终量和总注入量时，工程技术人员决定停止注浆。七、注浆效果分析注浆是隐蔽性的施工工程

19、，为保证工程质量，以获得良好的封水效果，应从施工一开始，到注浆结束，对全过程的每一孔段都详细记录，对注浆效果的分析提供资料。1、技术资料的分析对每个钻孔的每一个孔段注浆中注浆压力、流量、浆液浓度、吸水量的变化进行分析，判断注浆施工是否合格。2、检查孔资料的分析一个检查终孔后，如有涌水，测量水压、水量，换算成大井涌水量，看大井涌水量是否小于2m3/h，如果二个检查孔经计算出的大井涌水量均少于2m3/h，就可以认为裂隙浆液充填饱满、密实，可结束注浆。八、 劳动组织及工期1、劳动组织：注浆施工三班作业。人员配备如下表：施工班组工种人数备 注打钻班班长1组织施工指挥与检查施工，保证安全作业机具1负责钻

20、机正常运转，钻孔不得偏斜钻工6负责钻具拆换，提落钻杆，不得掉钻杆把钩工1摘挂吊桶及装卸材料水泵工1负责吊泵抽水正常运转信号工2负责井上下信号联系机电维护工2负责钻孔班所用设备维修注浆班班长1组织指挥与检查施工，保证安全作业技术员1负责注浆配比，检查注浆质量记录员1负责记录施工中泵压力，孔口压力，流量等数据司泵工2操作注浆泵，按设计要求操作笼头工1保证笼头不堵塞，能正常进浆灰浆配制工4按要求配浆机电维修工2负责设备维修水泵工1负责吊泵正常运转信号工2负责井上下信号注浆工2注浆操作2、 注浆工期：根据以往施工经验，注浆计划20天。十、安全技术措施注浆期间除按立井施工中的一系列规定和安全措施执行外，

21、还应严格执行以下安全措施。注浆前，对注浆材料的出厂日期、合格证以及凝胶时间等进行检查，不符合技术要求的材料，不准使用。注浆系统各连接部分，都要求连接牢固，注浆过程中，人员要避开孔口管位置。井下工作时，要尽量避开吊桶位置，吊桶或物料正在提松时，其正下方严禁站人。开钻前，要求检查钻机安装的牢固性和平稳性，检查各部件连接是否可靠，并进行试运转，确认无误后，方可钻进。钻具要求拧紧，各种工具及其它物品严防掉进钻孔内，下放和提升钻具时，要有专人统一指挥，确保安全。注浆过程中，随时观察注浆压力和吸浆量的变化，并随时记录，发现异常应立即采取措施进行处理。注浆前要对注浆管路进行耐压试验。注浆过程中，各工种都要坚守岗位，精心组织施工，拌灰一定要先加水，后加灰，并且保证连续供浆。司泵人员要控制好泵量，保证压力稳定。井下工作面设专人观察，认真监视注浆管、井壁的异常情况，发现特殊情况，及时通知停泵或打开泄浆阀。注浆工作人员都