工作面采用综合注浆快速通过石英砂岩含水层

工作面采用综合注浆快速通过石英砂岩含水层一、工程概况***煤矿设计年产能力8Mt/a,采用立井开拓，井田内设计五个井筒，在建的井筒已揭露的质资料表明，由于石英砂岩含水地层竖向微细裂隙发育，井筒基岩段虽采用了地面预注浆，但该地层的实际封水效果不太理想，副井井筒5层石英砂岩在井深400～469m段，总厚度40.9m，分布情况如下：受注地层情况一览表表一层次位置层厚涌水量1400～411818.8m271．749（m3/h）2431.6～4336.75.1m3445.6～4449.64.0m4450.2～4556.86.6m5462.6～44696.4m副井井筒掘砌至井深404m时，工作面涌水量增大，实测井筒涌水量达49.16m3/h，为了顺利通过该地层，与建设、监理单位研究后，决定对该段进行工作面综合注浆，实践表明：这此注浆封水达到了预期效果。二、注浆方案根据副井井筒地质预想柱状资料，结合附近矸石井井筒已揭露石英砂岩的水文地质情况，确定工作面预注浆深度在400m～440m段，主要封堵第一、第二两个含水层。下部440m～470m段三个含水层拟采取边探、边注、边掘的方式，探水孔涌水量超过10m3/h时，利用岩帽加固后作止浆垫，对下部含水层进行注浆封水。工作面设计注浆孔12个，布孔圈径5m，沿周边均匀布置，预埋φ219mm×8无缝钢管作孔口管，为了尽可能多的穿透该段岩层竖向裂隙，以保证注浆封水效果，注浆孔设计成60º切向斜孔，径向角控制在3º左右。三、止浆浆垫设计与施工鉴于副井井筒涌水量较大的实际情况，进行工作面注浆施工必须先施工止浆垫。根据以往的施工经验及施工地层的特性，经计算，工作面注浆止浆垫结构设计如下：1、滤水层：用碎砖铺成0.8m高滤水层，滤水层上部铺一层整砖，最上面铺一层风筒布或两层油毡。2、砼止浆垫：止浆垫设计3.5m厚，浇筑C40混凝土。要求混凝土止浆垫施工前，在井壁上先安设截水槽，将井壁淋水导入滤水桶内，以保证砼止浆垫施工质量。止浆垫须一次连续浇筑而成，并分层振捣，分层厚度不大于300mm。孔口管、滤水筒及与井壁、井邦相接触部分作为砼振捣重点。止浆垫结构见附图1。3、滤水桶结构在止水垫中间分设两个滤水桶，滤水桶规格为φ600mm，长5100mm。滤水桶下部800mm范围设计成滤水花管，均匀布置φ20mm，的小孔，要求其过水面积与滤水桶截面积相当。在滤水桶上压盖上，用8根δ20厚钢板作为加强筋焊在滤水桶上，并在井下与滤水桶焊牢成一体。四、注浆参数设计1、注浆孔口管安装及布置孔口管使用规格φ219无缝钢管，长5.1m，注浆孔口管上部焊6孔高压法兰，厚度20mm；顶部开孔焊100mm长1吋无缝钢管，带丝扣与1吋高压球阀联接。施工止浆垫时，12个孔口管直接预埋在止浆垫中，打完止浆垫后，加固止浆垫的同时对孔口管再进行加固。施工过程中由于岩层裂隙沟通情况差，单液水泥浆、水泥-水玻璃双液浆对微细裂隙的穿透能力相对较弱，前期采用单液水泥浆、水泥-水玻璃双液浆进行注浆，各孔注浆压力已高达15Mpa，但普遍吸浆量较少，注浆效果不明显。采用水泥浆很难解决该地层治水问题，为确保工作面注浆封水效果，在注入水泥浆之后，改用穿透岩层微细裂隙能力较强的化学浆液。考虑岩层裂隙沟通差，加上用水泥浆和水泥-水玻璃双液浆对原注浆孔出水地层已注过浆并已封孔，原注浆孔即使扫孔，再行注化学浆液不一定有多大效果，故此，我们在原孔口管中间另行补打12个注浆孔，选用φ108×4.5无缝钢管作孔口管，长度为3000mm，在止浆垫上打孔固管。3、注浆压力：注浆终压控制在比静水压力高0.5～1Mpa。在注浆初期，刚开始注浆的几个孔，由于注入量较大而浆液扩散过远，注浆压力要低一些，可在较低的压力下结束注浆。一次注浆若达不到终压，可考虑复注，直到达到本孔段的终压。后期几个孔因地层大部分裂缝已被充塞，因而注浆终压根据实际情况应略有增加。注浆压力是由低到高，逐渐达到终压，其间压力值有时会产生上下波动，这是正常现象。由于本次受注地层竖向裂隙发育，裂隙相互不沟通，很大程度上影响封水效果，为保证一定的浆液注入量，注浆终压可提高3～5MPa。注浆过程中控制注浆压力在4～11Mpa范围内。4、注浆量：根据注浆帷幕厚度、注浆起止深度及地层的岩石裂隙率来计算浆液的注入量，由于地层高角度裂隙发育，横向裂隙不沟通，可注性较差，难以控制注浆量，本次施工参照下式估算注浆量Q=AπR2HnB/m式中字母意如下：A–浆液消耗系数，一般取1.2～1.5；R–浆液有效扩散半径，一般取6～8mH–注浆段高N–岩层平均裂隙率，0.01～0.05B–浆液充填系数，0.9～0.95M–浆液结石率，为0.85～0.9Q=1.2π×62×36×0.01×0.95/0.9=51.57m3本此副井工作面继采用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆注浆之后，改用化学注浆。进行化学注浆过程中补打注浆孔14个，完成打钻工程累计450米，历时14天完成，钻进进尺446米，共注入化学浆29.2m3.六、注浆方式与注浆方法1、注浆方式及段高确定采用下行分段压入的注浆方式，即在给定的注浆压力下钻一段注一段，直至设计孔深，多次洗孔复注，相对注浆工期要长一些。注浆段高原则上5～10m一段，要做到注一段保一段，注一孔保一孔，但出现下列情况时可改变注浆段高。1）钻进深度不到5m，钻孔涌水量大于10m3/h时，应停钻注浆。2）钻进时钻孔坍塌严重时，应停钻注浆。3）经过前期注浆，钻孔基本无水又不塌孔时，可适当加大注浆段高，但不宜大于10m。2、注浆方法采用通常使用的注浆终压，注浆终压为2～2.5倍静水压力时，受注地层的吸浆量仍然较小时，可提高注浆终压2～3MPa，保证浆液注入量及注浆封水效果。另外，预处理注浆是增加浆液注入量行之有效的方法，当提高注浆终压对增加注入量效果不明显时，可采用此方法。即在压水试验后，向钻孔压入1.5－2.5m3浓度为25－30波美度的水玻璃，然后再压入1－2m3清水，紧接着进行单液水泥注浆。七、注浆材料注浆浆液以单液水泥浆为主，当受注孔段含水层的吸水量小于200升/分时，使用单液水泥浆；当受注孔段的吸水量大于200升/分时使用水泥－水玻璃双液浆。在单孔注入量小于10m3时，考虑使用化学浆液。1、水泥、水泥-水玻璃浆液配比单液水泥浆：选用42.5级普通硅酸盐水泥，掺入对水泥有速凝早强作用的三乙醇胺和食盐，采用工业级三乙醇胺和加工盐。配浆时先在搅拌池内加入一定量的清水，在搅拌条件下加入水泥，最后加入三乙醇胺和加工盐，再搅拌3-5分钟，即可放入二次吸浆池内用于注浆。单液水泥浆的配置及水灰比、比重和粘度对比资料分别见表2、表3。水灰比水量（升）水泥量浆液配制体积（米3）三乙醇胺食盐袋数重量（Kg）重量比（％）用量（Kg）重量比（％）用量（公斤）0.8:116042000.2270.040.080.40.81:115031500.2000.040.060.40.61.25:1187.531500.2380.040.0750.50.751.5:115021000.1830.040.050.50.52:120021000.2330.040.050.50.53:11501500.1670.040.0250.50.25单液水泥浆配置表表2水泥浆的水灰比、比重和粘度表3水灰比比重粘度（秒）水灰比比重粘度（秒）0.6:11.73781.25:11.43200.7:11.65461.5:11.37190.8:11.60242:11.28181:11.51213:11.20172、化学浆液材料配比单液水泥浆、水泥-水玻璃双液浆主要对止浆垫、孔口管进行加固，根据注浆压力、注浆泵量来调整浆液的配比，浆液浓度宜由低到高，经一段加固后再逐步调低浓度，以期达到预期封水加固效果，止浆垫孔口管、加固好后，再对石英砂岩根据注水泵量及其压力变化情况确定进行化学注浆。化学浆液由甲、乙两种浆液，其中甲液在地面配制，乙液在井下配制。甲、乙两种浆液配比根据浆液注入量及注浆压力变化情况进行调整。甲、乙两种浆液配方如下：甲液配方：脲醛树脂250Kg丙烯酰胺25Kg双丙烯酰胺1Kg过硫酸胺4Kg乙液配方：草酸10Kg添加剂1Kg水200Kg六、注浆控制1、压水试验注浆前，通过压水试验，了解受注地层裂隙发育情况、吸浆能力，检查孔口管埋设质量，决定浆液起始浓度及是否采取預处理措施等。压水压力由低到高直到终压，根据压水泵量和压力高低，依此来判断地层的裂隙大小、发育程度，确定采取浆液的种类及起始浓度大小。水泥注浆的起始浓度一般多以3：1－2：1开始，在注浆中视注浆压力和泵量的变化情况，调节浆液浓度及化学浆液配比。2、注浆泵量的确定通过压水试验观察注浆孔吸水泵量，开始注浆时，适宜的注浆泵量为压水压水泵量和浆液起始浓度的关系表36MPa压力下压压水泵量（ll/min）浆液及起始浓度（水水灰比）小于80应用水玻璃預处理理或改用化学学浆液80－1503：1－2.5：1150－2002：1－1.5：1大于2001.5：1－1..25：1泵量的80％，高于或低于此值应调整注浆泵量，以提高注浆效果，随着每次注浆工作的进行，注浆压力逐渐上升，泵量逐渐减少，直至达到终压终量，其间可能出现注浆压力和泵量的波动，主要是由于地层吸浆能力的变化所致，但注浆压力总的趋势为由低到高，泵量由大到小，逐渐达到注浆结束标准。七、钻孔机具注浆钻孔在井下工作面进行，工作面使用两台KB-100冲击式潜孔钻机钻孔，冲击钻头直径φ75－φ90ｍｍ，钻孔内岩渣必须及时冲洗干净。在工作面放一台潜水电泵排水，以保证注浆工作正常进行。八、制浆输浆系统在地面井口附近搭建灰浆搅拌系统，井口安装一台LJ-200型搅拌桶制浆，浆液搅拌好后，利用溜灰管作输浆管路向井下吊盘贮浆桶输浆。九、注浆结束标准注浆结束的标准有三个含义，依次分为注浆结束标准，全孔注浆结束标准和全段注浆结束标准。每次注浆结束标准是三量标准：注浆终压，注浆泵量，孔段注入量。注浆压力达到规定的注浆终压，保持20－30分钟。注浆泵量降低到小于40升/分，注入量允许偏大或偏小。每孔注浆结束标准用钻孔吸水量来衡量，在钻孔不塌孔不喷渣的条件下，用静水压力的1.5倍压力做压水试验，钻孔吸水量小于1升/分.米孔时，认为达到结束标准。全段注浆结束标准，应以注浆全部结束后，井筒工作面涌水量小于10m3/h，认为达到结束标准，井筒可以开凿。在裂隙含水岩层中，以最后一两个注浆孔的最后一段钻孔，在未注浆前的钻孔涌水量来计算井筒涌水量。十、注浆效果的检查为了保证注浆质量，达到较好的注浆效果，从打钻开始到注浆结束，对全过程的每个环节，都要严格控制，注浆结束后，要对注浆质量和注浆效果进行验收和检查，检查注浆效果，可采用以下几种方法。1、放水检查法以最后两个注浆孔的钻孔涌水量计算井筒开挖时的涌水量，来检查注浆效果，计算结果不超过10m3/h时，认为注浆效果符合要求，否则要复注或打补充孔，直到合格为止。2、原始记录分析法通过放水法检查合格后，还要对本次注浆的各个注浆孔的打钻及事故处理情况，注浆时的注入量、注浆压力、跑浆情况等记录资料逐个进行分析研究，判断认为全部合格后，结束工作面注浆开凿井筒。若发现个别注浆孔的深度不够，或钻具掉在孔内无法处理，注浆时个别孔没有达到注浆结束标准等，都要采取补孔或复注的办法处理，直到符合要求为止。3、打孔检查法不能准确地判断注浆效果时，采用在水流上方或注浆质量差的部位打一、二个检查孔的办法，检查注浆效果，根据检查孔的涌水量，计算井筒开挖时的最大涌水量。十一、井筒快速施工的几项措施1）石英砂岩地层由于岩石竖向裂隙发育，且岩石坚韧，放炮进尺低，给施工打眼带来很大困难，一方面打眼夹钻杆，另一方面打完眼后，眼吹不出来，火药装不进去。项目部技术人员根据实际情况，采用多眼、浅眼原则，编制切合实际的爆破图表，有效果和加快了施工正规循环。2、石英砂岩岩石破碎，清底施工难度大，加上排水设备维护量大，一定程度上治约了施工进度，为了保证正规循环有序进行，排水设备检修尽量在出碴班进行，抓岩机维修安排在打灰班进行，使设备影响降低到最低限度。3、充分利用设备间歇，进行设备检修维护，机电设备包机制管理，责任具体到人。另外利用经济杆对机电影响定指标，按实际影响时间长、短进行奖惩，充分调动职工的积极性和创造性，有效控制施工设备影响。4、掘砌施工实行小指标，职工收入与进尺、质量挂钩，实现多劳多得，与此同时，为加快施工进度体现时间观念，引入时间奖惩机制。在规定时间内完成任务的班组给予奖励，提前完成按时间长、短另行嘉奖，反之给予相应处罚。十二、结束语止水垫破除后，在井筒工作面实测涌水量10m3/h。=实践证明\*Arabic实践证明此浆液可注性好，具有在岩层中呈扇形和面状扩散的特点，与水泥浆液的线状渗透不同，尤其适用于微细裂隙中注浆堵水。因此采用化学注浆虽然量少，但能取得非常显著的封水效果。另外