红一主井井筒壁后及壁间注浆施工安全技术措施

1、红一煤矿主井井筒壁后及壁间注浆施工、安全、技术措施一、工程概况中电投宁夏青铜峡能源铝业集团有限公司红一煤矿建设规模2.4Mt/a，主井井筒净直径为5.8m ，井筒实际深度为478.5m ，井筒均采用冻结法施工，冻结深度为412.0m 。根据井筒检查孔报告分析，井筒基岩段揭露地层岩性主要为粉砂岩和页岩，岩体裂隙发育，含水丰富。对于基岩段的冻结孔，在冻结壁解冻后，冻结孔的管壁环形空间将形成上下串通的导水通道，导致井筒水量增大。因此，应及时对基岩段岩体进行壁后及壁间注浆封水加固。为此，根据安徽理工大学地下工程结构研究所对主、副、风井壁后深孔注浆封水和壁间夹层注浆封水方案设计编写此措施。二、工程地质及

2、水文条件1、工程地质条件根据井筒检查孔资料和基岩段施工实际揭露岩性分析，揭露地层属于石炭系土坡组(Ct，岩性主要以页岩和粉砂岩为主，下部以灰黑、黑色页岩为主，揭露段岩性完整性较差，岩体较破碎，裂隙发育。各种岩性的岩石抗外力和抗变形能力一般，易坍塌，遇水易软化，为不稳定弱稳定性岩体，工程地质性质较差。裂隙可能连通上下含水层，形成上下含水层的通道，富水性强、导水性好。2、水文条件红一矿井田内无常年性地表水体，分析认为地表水对井筒的充水影响不大。古近系含水层、石炭系土坡组砂岩含水层对井筒充水影响较大。冻结壁解冻后，随着马头门巷道不断掘进和硐室的开挖，掘进对上部裂隙岩体造成的多次扰动可能会使上下含水层

3、之间水力联系加强，承压水通过导水通道和裂隙会造成掘进工作面涌水量增大，进而对巷道掘进造成影响，造成大的损失。通过井筒检查孔和施工资料分析，冻结壁解冻后，冻结孔、管环形间隙导水以及基岩段井筒和马头门渗、漏水的威胁主要来自古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层和石炭系土坡组砂岩裂隙孔隙含水层，古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层为中等富水性，石炭系土坡组砂岩裂隙孔隙含水层为弱富水性。根据红一矿提供的资料，主井根据现在预计涌水量2.6m3/h，涌水量均较大。三、主井壁后深孔注浆方案.1 注浆段高及注浆范围由主井冻结孔布置平面及剖面图：1、2可知，采用全深冻结时，外圈单号孔共有19个冻结孔达到深度为412.0m

4、 ，其中位于双层井壁壁座和马头门之间共有10.0m ，冻结孔离井壁内缘设计距离为6.05m ，开孔间距为2.993m 。N 图：1 主井外圈冻结管分布图（孔深412m ） 图：2 主井冻结孔剖面图（1）第一注浆段主井冻结孔深达到412.0m ，其中位于双层井壁壁座和箕斗装载硐室之间共有17m 。确定注浆段高为17m ，从+802m+785m。为有效封堵冻结孔、管环形间隙，注浆孔深应超过外排冻结孔一定范围，确定注浆孔深为8m ，如图：3所示。共布置5排注浆孔，每排布置8个孔，共布置40个孔，上下排错孔布置，如图：4所示。孔口管选用42×5mm长无缝管，长度为800mm 。 图：3 主井

5、壁后注浆段高及注浆范围示意图 图：4 主井壁后注浆孔布置平面图（第一注浆段）（2）第二注浆段确定注浆段高为60m ，从+785m+725m。注浆孔深为8m ，如图4所示。共布置11排注浆孔，每排布置6个孔，如图：5所示； 图：5 主井壁后注浆孔布置平面图（第二注浆段）由于箕斗装载硐室处岩性较好，锚网喷加锚索支护效果较好，考虑箕斗装载硐室侧墙注浆架设脚手架不便，改为从箕斗硐室两侧每排补打2个钻孔完成壁后注浆，以加固围岩。其平面布置示意图如图：6所示。 图：6 箕斗装载硐室补打注浆孔示意图主井注浆材料选择、注浆压力和孔口防突装置同风井注浆方案。第一注浆段采用上行式注浆方式；第二注浆段采用下行式注浆

6、方式。2 注浆量（1）第一注浆段注浆量估算V= （R 扩2- r2 H 注·n ·/M式中：V 预注入浆液总体积，m 3；R 浆液平均扩散半径，孔深8m+井筒半径3m=11m；r 井中至井筒外壁的距离，3.6m ；H 注注浆段高；n 受注浆岩石平均裂隙带，取受注体积的4%；有效充填系数，取0.9；M 浆液结石率，取0.85；经计算，累计需注入浆液体积为244m 3。本次预注浆主要以单位水泥浆为主，少量使用C-S 双液浆，预计水玻璃占总注入浆液体积的5%，则：单液浆体积为：V 单=V总×95%=244×0.95=232m3水玻璃的体积为：V 双=V总

7、15;5%=244×0.05=12m3水玻璃按40Be 计算，共比重为1.32，则需水玻璃的重量：G S =VS ×1.32=12×1.32= 15.8(t实际材料消耗量应根据现场注浆效果进一步确定。（2）第二注浆段注浆量估算V= （R 扩2- r2 H 注·n ·/M式中：V 预注入浆液总体积，m 3；R 浆液平均扩散半径，孔深8m+井筒半径3m=11m；r 井中至井筒外壁的距离，3.6m ；H 注注浆段高；n 受注浆岩石平均裂隙带，取受注体积的4%；有效充填系数，取0.9；M 浆液结石率，取0.85；经计算，累计需注入浆液体积为862m 3

8、。本次预注浆主要以单位水泥浆为主，少量使用C-S 双液浆，预计水玻璃占总注入浆液体积的5%，则：单液浆体积为：V 单=V总×95%=862×0.95=819m3水玻璃的体积为：V 双=V总×5%=862×0.05=43m3水玻璃按40Be 计算，共比重为1.32，则需水玻璃的重量：G S =VS ×1.32=43×1.32= 56.8(t实际材料消耗量应根据现场注浆效果进一步确定。四、壁后深孔注浆工艺及注意事项注浆作业按照以下顺序进行：造孔安装孔口管安装防喷装置延伸造孔试压浆液制作注浆。注浆作业及劳动组织：（1）注浆准备:基岩段深孔注

9、浆，基岩段堵水时，造浆站布置在吊盘上，在吊盘上安放一台注浆泵、一个水玻璃桶和一个清水桶。水泥浆、水玻璃通过造浆站经注浆泵对井壁进行注浆。基岩段加固时，造浆站设在地面，由JS-500搅拌机拌浆，沿风水管路安设32mm 高压管路。水泥浆液经D90注浆泵沿32mm 高压管路井壁壁间注浆。在施工时必须把吊盘调平，四周应用木楔楔紧。在吊盘提到施工位置时，吊盘上的两个提升孔采用套壁时用的盖门密封，吊盘外沿与井壁之间的间隙用50mm 厚木板封闭，损坏的木板要随时更换，待吊盘提升时把木板去掉。在箕斗硐室施工时，采用架子管与50mm 厚木板搭设工作平台，木板与架子管之间用铁线绑扎，并且牢固可靠。木板应与吊盘用铁

10、丝绑牢，保证木板与井壁密闭，无缝隙。确认安全可靠，能经受风钻的冲击，方可进行打孔。在井壁上按照设计用YT28型风钻，用42mm “一字”型钻头打眼，要求钻孔平直不变位；孔打好后要立即用清水冲洗干净，孔口管选用42×5mm长无缝管，长度为800mm ，一端50mm 外扣，另一头为400mm 马牙扣，马牙扣一端缠上生麻，用风钻配合顶具或用大锤打进钻孔内，保证锚固力，然后安装高压球阀门，安装混合器，并连接输浆管路系统，安装完后检查连接是否正确。注浆系统形成后，必须对注浆泵和整个管路进行试运转及耐压试验。每次注浆前，应先测静水压力，然后用清水作压水试验，以便检查注浆管的止浆效果及周围井壁的情

11、况。（2）管路和混合器安装准备注浆孔，安装阀门，安装混合器，并连接输浆管路系统，安装时防止连错。（3）清水试压管路连接好后，要关闭进浆阀门，打开各管路阀门，开泵用清水试压，标准为注浆终压的1.5倍，持续1015min，无漏水为合格。 （4）测定静水压力用压力表测定注浆孔出水压力，根据测定的水压力确定注浆压力。 （5）浆液操作要求 注浆前按选定的配比配制浆液 注浆前对管路系统连接及通讯系统检查，管路连接准确，通讯通畅。 水泥-水玻璃双液浆注浆时，先开水玻璃泵，后开水泥浆泵，停泵时则相反，以防止管路堵塞。 经常观测进浆量，防止管路堵塞。注浆时设专人观察压力变化和检查管路是否通畅，如发现堵塞应停泵处

12、理。 注浆时由专人记录浆液消耗量，注浆时间及注浆压力等数据。 注浆过程中设专人严密监察井壁状况，发现异常立即停止注浆，果断处理并及时汇报。 正常注浆施工过程中，工作面作业人员要经常打开泄浆阀，观察进浆情况，严防进浆阀堵塞，避免压力达到设计要求后，不能及时泄压。 注浆结束后及时清洗注浆管路。 封孔采用双液浆，切实做到填满捣实绝不留后患。 注浆时，如果单孔吸浆量少，或浆液无法有效注入，有可能是冻结壁还未完全解冻，裂隙未完全通畅，此时应关闭该孔高压球阀，改注其它孔，待完全解冻后再行注浆。（6）注浆结束标准当达到终压时，即注浆结束；注浆孔不进浆，则注浆结束。注浆达到终压时, 吸浆管即放入在清水中, 关

13、闭进浆阀, 打开卸压阀, 用清水冲洗管路及注浆泵。（7） 为提高注浆造孔成功率，避免在井壁上留下过多废孔，建议采用钢筋探测仪对钢筋位置进行探测定位，造孔时避开钢筋。为有效封堵冻结孔的管、壁环形间隙，注浆孔深应超过外排冻结管一定范围，结合注浆封水设计理论和冻结孔钻孔偏斜情况，设计本次注浆孔深为8m 。 （8） 施工工期根据风井注浆造孔数目以及注浆范围，预计主井壁后深孔注浆工期为30天。五、壁间夹层注浆方案壁间注浆的目的在于充填内、外层井壁之间存在的空隙、外层井壁接茬缝和内壁可能存在的施工缝，确保冻结段双层井壁范围内无涌漏水现象。1、 壁间夹层注浆时间选择近年来，随着快速建井技术的发展，在深厚冲积

14、层冻结法凿井中，多采用多圈孔冻结和信息化冻结技术，实现少挖冻土的快速施工技术，在内层井壁套壁施工时，混凝土浇筑处壁间已没有冰霜存在，内外壁间混凝土相对接触实密、空隙有限，在套壁后一段时间，当壁间夹层回归正温，在冻结壁没有完全解冻，内外层井壁没有发生力学变形，如果过早注浆，这时浆液扩散不畅，注浆量小，甚至难以注进浆液。为此，本项目组对这一技术难题进行了研究，并通过对淮南矿区的顾桥矿南区，谢桥矿、潘一东区等矿井注浆情况的实时情况，发现不同注浆时间的选择会对注浆效果产生很大影响，因此，对于红一矿主井，由于该井在外壁施工中曾出现过混凝土压坏现象，该井可在壁后深孔注浆既对壁间夹层进行注浆。2、 注浆方式

15、 注浆应采用上行式，由下往上分段进行，一段高为30m 左右。如内层井壁出现漏浆，则采用双液浆封堵、缩小段高和间歇注浆等措施。 每段注浆孔应沿内壁圆周均匀布置，原则上采用原预留注浆孔。每排一般为4-6个孔，上下排注浆孔位应交错布置，即上排孔中的任一孔应在下排孔相邻两孔的垂直平分线上。孔深应穿透夹层，进入外壁深度不得大于50-100mm ，严禁穿透外层井壁； 每次注浆必须先钻完上下两排注浆孔，当下排注浆孔注浆时，上排孔注浆孔作为观察孔，观察出浆情况，并依此调整注浆参数，分析每段注浆效果； 每段注浆前应先注清水冲洗夹层与井壁间空隙，待水路畅通后方可正式注浆。3 、注浆材料及参数 注浆材料为水泥、水玻

16、璃。应以水泥单液浆为主，当发现吸浆量较大时，或注浆即将结束时，亦可采用水泥、水玻璃双液浆； 水泥浆配合比为水泥：水=1：1；双液注浆水泥浆与水玻璃的体积比宜为：1：0.60.8，最大不得超过1：1，水玻璃浓度应选用40Be ； 注浆压力宜控制在1.02.0MPa；当顶水注浆时，注浆压力宜控制在1.21.5倍水压，但必须控制在井壁设计承载力内。钻孔吸水及浆液配比对照表 4 注浆工艺水泥浆可事先在井口用机械或人工搅拌好，再用吊桶送入井下。双液浆在吊盘上随注随配。注浆时，先用清水冲洗夹层空间，疏通注浆通道，借此掌握空间大小，为确定注浆压力和注浆量提供依据。一孔注浆，同排其它孔暂时关闭。若压力和浆量无

17、异常变化，可进行正常注浆，待上排孔返浆时，停止注浆。然后再用双液浆加以封堵。每一段高注浆完毕，待浆液凝固，无异常变化。在封堵已注完浆的注浆孔。一个注浆段高注浆完成后，提升吊盘，进行上一段高注浆作业。由下而上逐段注浆，直至井壁夹层空间注浆完成。5、 注浆注意事项 注浆时根据注浆顺序，开启相应注浆孔口管与出浆孔口管的盖，并在注孔管上安设安全阀，进行承压试验； 注浆结束后，必须用水玻璃和膨胀水泥浆封堵注浆孔； 注浆过程中当发现注浆孔有出水并带砂时，应立即封堵注浆孔。6、 注浆结束标准 注浆压力达到措施规定； 注浆压力稳定，进浆均匀，出浆孔正常出浆，且出浆量与进浆量基本持平。7、 壁间注浆层位根据设计

18、计算，确定的主井壁间注浆层位如图：7所示。 图： 7 主井壁间注浆层位示意图8、注浆材料选择拟定先采用单液普通水泥浆液为主，先进行试注，根据注浆效果（如注浆量小）考虑改用超细水泥浆液，如果注浆量大，则用水泥-水玻璃双液浆辅助注浆。 a 、单液普通水泥浆液注浆材料采用1250目超细微粉水泥，水灰比1:0.71:1。 c 、水泥-水玻璃双液浆 在单液普通水泥浆的基础上加水玻璃制成。水玻璃为浓度40Be ，23.0模数的碱性水玻璃。9、注浆压力一般来说，注浆压力是表示注浆材料在地层内渗透时所遇到的阻力，它受下列因素的明显影响：受注地层的成层状况和含水条件、注浆方法（注浆管结构等）、浆液材料的性质（粘

19、度、凝胶时间等）。注浆压力可根据（1）式进行计算，同时必须考虑井壁的强度，应在井壁承受范围内。a KP P +=0 （1）式中：0P -静水压力；K -系数，根据区域地质和水文地质条件确定，取值范围1.53.0；a -常数，取值范围24MPa，与注浆深度有关，浅取小，深取大。经计算，注浆压力应随着井筒深度的增加控制在6MPa8MPa。实际注浆压力应根据现场施工情况进行调整。对于马头门上口第一排注浆孔，由于其离马头门顶板上部只有2.0m ，考虑到注浆时对马头门压力传导明显，因此此排注浆孔注浆压力应控制在5MPa 以内。夹层注浆以4060m 为一段高，在一个段高平台上打34个孔，孔深穿过内壁进入外

20、壁50mm ，严格控制好打眼深度，严防打穿外壁。六、劳动组织实行三八制作业，具体人员配备见下表。人员组织配备表 七、施工技术、质量、安全管理1、施工技术和质量管理1、注浆材料的质量性能必须满足设计要求和规范要求。2、注浆过程中，可根据实际情况，适当调整浆液配比，使配比更加合理, 以确保注浆效果。3、严格执行交接班制度，交接班时井下情况要交接清楚。4、司泵工要密切注意压力表变化情况，严防超压，同时作好注浆泵清洗和维修工作。5、吸浆笼头应加设过滤罩，笼头工要密切注意吸浆情况，发现异常, 及时停泵检查。6、卸压员要严格按操作规程开、关闸阀，不得有误；必须保证始终有一个球阀畅通(进浆阀或卸浆阀 。7、

21、注浆孔深度和注浆压力不得超过措施规定值。8、记录员要对注浆情况做好原始记录，对本班出现的重大问题及时上报。每次注浆自压水试验至注浆结束全过程都必须系统观测并记录泵压、吸浆(水 量、注浆(水 量及浆液配比、材料消耗等原始数据，作为分析注浆效果的依据。9、 注浆管固定要牢靠，注浆管一定要打入孔中，只留端部丝扣部分，外露长度不超过50mm 。10、压力表必须安装在水玻璃浆液的管路上，发现压力表失灵应及时更换。 11、井下要设专人观察井壁有无漏浆及有无井壁开裂现象，发现问题及时处理。 12、注浆人员要严格掌握浆液浓度和配比，工作时，严防其他物品进入浆液内，水泥浆要过筛后才能放入浆液桶内。13、为提高注

22、浆堵水效果，如果注浆压力长时间不上升，可考虑将浆液调稠一级配比；反之，如果注浆压力上升太快，可将浆液浓度调稀一级配比。14、注浆结束标志：单孔： 注浆孔不进浆。 注浆压力达到设计压力。井筒：按设计方案，施工措施要求全部注浆孔结束。15、扫孔、复注：一次注浆量如果大于50m 3或注浆时间持续6个小时仍达不到结束标准，可以结束本次注浆。在注浆结束后46小时后扫孔，然后再行注浆。16、止浆塞拔出后，用和好水泥填满捣实，孔口要平整。17、 要确保注一孔，成功一孔。18、孔深必须按设计, 打眼时在钎子上按设计孔深作记号。19、各孔结束或每班结束均要用清水清洗注浆泵及注浆管路至少20分钟。2、施工安全注意

23、事项1、在施工前，由甲方组织机电检查各个机械及机电设备，发现问题及时处理。 2在提、落吊盘前，严格要把全部稳车进行检查，发现问题及时处理，提前做好稳车保暖，防止运转时影响提、落吊盘。3、在利用吊盘打钻注浆时，上层吊盘做为安全盘，下层盘做为工作盘，杜绝上层盘有人施工。4、注浆工作盘要安全可靠。工作盘上的两个提升孔采用套壁用的盖门密闭，在工作盘周围有间隙处用50mm 厚木板应与工作盘用铁丝绑牢，保证木板与井壁密闭，无缝隙。在井筒施工时，井下严禁有人，5、井上下保证信号、通讯畅通，用对讲机联系，工作台上要有良好的照明。 6、打眼时，严禁操作人员正对风钻。7、打眼时在即将穿透井壁时停一下，观察无异常时

24、再进行钻进。 8、造孔注浆期间马头门两侧10米以内拉线警戒，严禁站人。9、风钻、扫眼器与压风管、注浆管丝扣应拧紧并用铁丝联好，以防脱扣伤人。 10、井下注浆人员佩戴防护眼镜、胶质手套。搅拌灰浆人员戴防尘口罩。 11、注浆时，井下工作人员都要注意观察井壁，发现异常立即停泵处理。 12、注浆时，止浆塞前方严禁有人，以防止浆塞高压时射出伤人。13、注浆开启球阀，看管吸浆笼头人员一定要与注浆泵操作人员配合好，以免高压伤人事故发生。14、吸浆笼头应加过滤罩，以免笼头糊死，笼头工要密切注意吸浆情况，发现异常及时处理。15、风钻、注浆管、钻钎、工具等必须放置平稳牢固。16、打眼时，风钻腿要蹬实，操作人员站立

25、两侧，后方不得站人。17、从注浆泵到注浆管及输浆管路，各种连接丝扣必须拧紧上牢，注浆时，工作人员不要站在所注孔正前方，开启球阀人员应站立在注浆管两侧。18、各工种要严格按本工种操作规程操作，由队长以上管理人员统一指挥，严禁违章指挥、违章作业。19、注浆时不得随意停、开风水，必要时要事先通知，待注浆泵及管路冲洗干净后，方可停电、停风。20、在打钻注浆时，吊盘上所有施工作业人员必须佩戴好安全带，并生根牢固，固定好岗位，不得随意走动，确保人身安全。21、经常向施工人员进行技术安全教育，提高施工人员的安全生产意识和水平，对特殊工种要坚持进行考核，必须持证上岗，所有施工人员严禁酒后上岗。22、加强井口管

26、理，井口棚内工作人员不得擅自离开，打点、把钩工必须持上岗证，井口保持干净，无杂物，非工作人员不得入内。23、上、下人员必须听从把钩工的指挥，上、下井人员必须配戴安全帽，保险带挂在钩头吊环上，每罐上下人数不超过规范要求，吊桶停稳后方可上、下人。24、走钩时吊桶内人员的手、衣服及所带的施工工具不得超过罐沿外，吊桶经过井盖门后，必须关闭井盖门。25、封口盘上保持清洁，不得留有任何杂物。 26、封口盘的各预留孔必须盖好，不得随意打开。27、在封口盘上所有使用的工具，必须有保险绳栓在固定点上，防止脱落掉到井下伤人。使用的零部件及螺丝等，必须随时放到安全固定箱内。14、井口信号工必须听清信号后方可发出走钩

27、信号，井口把钩工要目送目迎吊桶通过封口盘。28、吊桶通过上层吊盘喇叭口和封口盘时必须走慢钩。 29、起落吊盘安全注意事项：（1）人员在吊盘上作业时，吊盘必须清理干净，防止坠物伤人，吊盘上工作人员必须配备保险带且保险带有牢固的生根点。（2）起落吊盘前吊桶必须提至封口盘以上2m ，起落吊盘过程中禁止走钩。吊盘起落速度不得超过6m/min.（3）吊盘及封口盘上的工作人员必须明确责任，互相配合，不得随意脱岗。吊盘上人员必须佩戴保险带并牢固生根。（4）地面封口盘必须有一名电工班长负责各种电缆的起落、绑扎或用卡子固定，每根吊盘绳必须有两人看护，其中一人看电缆架，一人看吊盘绳穿过封口盘孔洞。 （5）吊盘在起

28、落时，吊盘上必须有两人专管风筒拆卸与安装。 （6）吊盘在起落前，必须对吊盘上所有紧固件进行检查，起落吊盘时，值班经 理、调度员必须在井口进行协调、指挥，吊盘上、下升降时，上、下两层吊盘都必 须设人观察，如有意外，及时打停点，到位后四周应用木楔楔紧。在吊盘提到施工 位置时，吊盘外沿与井壁之间的间隙用 50mm 厚木板封闭，损坏的木板要随时更换， 待吊盘提升时把木板去掉。 （7）吊盘的固定装置采用楔紧法，上、下两层吊盘分别用四个木楔楔入吊盘与 井壁之间，楔子用12.5mm 钢丝绳系在吊盘立柱或吊点上，每个楔子用的钢丝绳卡 子不得少于 2 个，并要卡紧牢固可靠，木楔用硬杂木制作并用2 的铁皮包上，在起 落吊盘时把木楔拔出放在吊盘上。 （8）吊盘起落必须由井下吊盘信