基岩段工作面打钻探水预注浆施工技术 安全措施

1、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3501000mm,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)地质状况 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破裂带。基岩段通过岩性为粉砂岩6.51m,粉砂

2、岩70.7m。 (2)水文状况 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具体记录泥浆消耗量,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具体记录泥浆消耗量,全孔泥浆消耗量00.2m3/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

3、部的基岩含水性较弱,但在裂隙带中含有一定的裂隙水。 3、技术预备 (1)组织技术与管理人员专心学习技术措施。 (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养好、经验丰富的人员进行工作面预注浆施工,作业前对全部施工人员按iso9002标准及zm71/qp418-1999培训掌握程序要求组织学习培训。 5、设备、材料预备 (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修理、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

4、数的确定 1、注浆孔数 依据主井井筒净直径及井筒所要穿过地层的水文地质状况,确定8个注浆孔,孔与孔相互夹角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3.6m,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。 选用新奇32.5r普硅水泥;水玻璃模数为2.83.1,其浓度为38-40be;工业级三乙醇胺和工业食盐。 4、浆液注入量 依据孔内实际状况,估计浆液注入量按公式v=ar2h/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; -表示岩层裂隙率,

5、3%; -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1.5:11.5:0.5。 注浆过程中浆液浓度应先稀后浓遂级调整,调整步骤为:当某一级浓度的浆液注入2030min后,吸浆量不减或者压力不

6、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,应准时改注双液浆。 注浆以单液为主、双液浆作为最终封孔。 在压水试验时,假如泵量为200l/min、泵压低或无压力时,应考虑注双液浆。 6、注浆段高 依据主井基岩段深度为83.8m,基岩含水层标高为472.51530.00m,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,

7、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 注浆施工为隐藏性工程,为保证注浆质量和堵水效果,每一孔段注浆都必需达到终压、终量和注入量的设计要求。在达到设计终压后,泵的流量在5060l/min,稳定2030min,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方法进行补充注浆,确保开凿基岩段时,涌水量小于10m3/h。 三、注浆前的预备工作 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/+0.3r计算,经计算止浆垫

8、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219排水管,打钻之前利用219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108无缝钢管,每根长度为2.950m,外焊螺旋筋,采用131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

9、型,安装在工作盘上,工作盘下面用6根100mm、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。 钻机固定钻机底盘与工作盘用m12螺丝连接固定;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全都。 表1 sgz-ia型钻机技术参数 钻进能力 开孔110 mm 终孔75 mm 钻深 150m 卷扬能力 10 kn 立轴行程 400mm 立轴内径 46 mm 机身回程 300mm 重量 840 kg 4、注浆设备 注浆使用

10、一台日本hfv-c型液压驱动注浆泵,流量为0200l/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 30-130 kg/cm2 吸入口径 65 mm 流量 0200 l/min 吐出口径 40 mm 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50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108钢管,由地面两台稳车悬吊。 供水管采用57钢管随压风管悬吊。 四、注浆施工工艺 1、注浆钻孔的施工 按

11、孔号1#、5#、3#、7#、2#、6#、4#、8#顺序施工,最终施工中心检查孔。 每进尺15-20m测斜一次,如发觉孔斜过大,则封孔,重新钻进,假如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掌握范围,则必需补孔。 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,水泥必需过筛,浆液必需搅拌匀称,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四周,浆液通过50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

12、 (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,检查注浆泵的工作状况及管路是否畅通。 (2)打开孔口进浆阀,关闭混合器泄浆阀,然后渐渐削减孔口量,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

13、稀后浓注单液浆(水泥浆) 最终注双液浆封孔。 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 50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需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、发觉问题马上汇报,准时采取措施处理。 5、专心填写各种原始记录。 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,精确丈量孔

14、内钻具及机上余尺,准时填入班报内并妥当保管。 2、下钻时应专心检查钻具,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。如需更换钻头必需在钻孔开孔前进行更换。 3、下钻要稳,避免冲撞,遇阻时应准时提钻,排解障碍,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,如遇涌水时应精确记录起止深度,测量涌水量,提钻杆,预备注浆。 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,应准时冲洗钻孔,当孔口冒清水

15、无岩粉时即可拨钻杆,测静水压力注清水试压并具体记录,注入量、压力等数据,为注浆供应依据。 8、钻进过程中如发觉钻孔内水压、水量突然增大以及顶钻等异状时,必需停止钻进,但不得拔出钻杆,准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、施工前应对参与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、注浆司泵工必需按操作规程专心操作,并随时留意注浆压力,吸浆量的

16、变化状况,对高压系统各部件专心检查,发觉问题准时修复更换,确保注浆安全。每次注浆前应对供电、供风、搅拌、注浆设备专心检查,发觉问题准时处理。 4、井下与地面联系的信号,通讯必需畅通无阻;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、拌浆人员严格把握浆液配比,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、工作盘必需固定牢固牢靠。在吊盘上作业人员必需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、

17、注浆期间要设专人留意观看止浆垫及井壁是否有变形、跑浆、漏浆等现象,发觉问题准时处理。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需使用钩头配5分钢丝绳索并保证绑扎牢固,安全牢靠。 3、施工现场全部用电设备严格根据井下用电设备要求选用,并安装保护装置。 4、每天支配专人检查井壁发觉有结冰等安全隐患时准时处理,保证安全施工。 5、

18、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难时,人员能够顺当升井。 (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108排水管路,并保证在钻孔突水时能正常运转准时排水。当钻进注浆孔时,如井筒涌水量接近吊泵额定排水能力,必需停止钻进,提取钻具,关闭高压阀门,准时注浆。 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、孔口管必需按设计孔位埋设牢固,并安设高压球阀(不小于15mpa)。注浆前,必需对止浆垫和孔口管进行耐压试验,试验压力必需大于注浆压力1mpa。孔口管试压经验收合格后