常村矿风井注浆方案及施工措施

1、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13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

2、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

3、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X3827856.771，Y38373363.00，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

4、，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35.172m204.272m，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204.272m253.562m，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35.172m204.272m，厚度169.1m，夹松散砂砾及砾

5、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5080m3/h左右。石炭系太原组：埋深204.272m253.562m，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

6、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35.17237.572m，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

7、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

8、.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QZB50/60 气动泵 2台2TGZ60/210型 电动泵 2台MK3型 全液压坑道钻机 1台MD4650×60 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，

9、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：0.9m 1.0m 1.4m 1.6m 1.7m 1.7m，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

10、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6070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108mm，钻孔孔径采用89mm。6.3.10 采用地面和浆，用注浆管吸入泵内注

11、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：47.57m54.77m 第二探水段：139.77m142.27m第三探水段：182.87m188.67m 第四探水段：190.37m2

12、02.97m第五探水段：204.27m211.97m（2）五个注浆段第一注浆段：47.57m54.77m 第二注浆段：139.77m142.27m第三注浆段：182.87m188.67m 第四注浆段：190.37m202.97m第五注浆段：204.27m211.97m6.4.2 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

13、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24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

14、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6080mm。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

15、半径定为22.5m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1:12:1，水泥浆水玻璃体积比选择1:0.41:0.6，对注浆二、三、四段当孔内涌水量较小时，选用水灰比1.5:12:1，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2:12.5:1，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

16、，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1.5:12:1，体积比选择10:5。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=.R2.H.1.5式中：浆液损失系数；R帷幕半径m；H含水层高度m；砾石孔隙率，1.注入与实际体积比。参数：=1.1 R=5.0 H=24.4 =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，浆液损失系

17、数，R浆液扩散半径m，H注浆段高m，m结石率，岩层裂隙率，浆液在裂隙内有的效充填系数，N注浆孔数。参数：=1.5 R=2.5m m=0.85 =3% =0.85 N=12 H=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

18、，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1:11:1.5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

19、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14负责小班技术及施工工程2值班队长14全面负责井上下工作3注浆工624负责打钻和注浆4钻进工、司泵工28负责钻机、注浆泵的运转5电工、钳工14负责照明及电路维修7信号工28负责井上下联系8运输工312负责材料运送9绞车工28负责设备和人员上下10把钩工14负责井口工作11风 工14负责通和排水合计208011 注浆材料一览表序号材料

20、名称规格单位数量1普通硅酸盐水泥32.5RT7502玻璃水35BEM=2.43.2T203球形阀10Mpa个1004压力表40Mpa块405无缝钢管1寸m1006无缝钢管4寸m1007和浆桶0.5m×0.5m×0.5m个48道钉长0.4m个409胶管1寸m4010胶管3/4寸m4011大锤把412手钳把313螺栓M6×10个10014螺栓M8×25个10015螺栓M10×30个5016螺栓M6个10017螺栓M8个10018螺栓M10个5019机械油5mKg10020黄油包1521塑料桶25kg只822破布Kg10023手套双6024眼罩付6025钎子杆根2012 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