燕垅主井含水层工作面预注浆施工技术及安全措施2Word格式.docx
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燕垅主井含水层工作面预注浆施工技术及安全措施2Word格式.docx
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七、注浆孔的施工
八、注浆作业
九、钻孔测水
十、井壁注浆
十一、打钻注浆注意事项及技术要求
十二、工期安排、人员组织及注浆效果
十三、钻注设备、材料、记录表格
十四、安全技术措施
十五、质量保证措施
十六、附图表
1、工程概况
燕垅二矿主井井口标高为+1305.000m,井底标高为:
+1045.000m。
井筒净直径4.5m,井深260m,井颈段20m采用双层钢筋砼支护,其砼强度等级为C25;
井筒段240m采用单层钢筋砼支护,其砼强度等级为C25。
井壁厚度300mm。
目前井筒已施工到井深89m,距井筒落底还有171m。
2012年6月5日,井筒壁后和工作面出现大的涌水,全井筒涌水量约40m3/h,造成矿建施工被迫停工,为确保井筒安全顺利落底,需要对其井壁涌水采用壁后注浆,对工作面含水层采用工作面预注浆法通过。
2、地质水文概况
由于矿方未能提供矿井地质水文资料,我公司派人到现场及井下进行初步考察了解,据介绍该井筒第四系厚度约20m,风化岩约60m,以下进入灰色页岩含水层,井筒目前出现大的涌水正是该含水层位。
井筒出水位置大致分布如下:
1、井深68m水平水仓顶部涌水约9m3/h;
2、井筒深80m处偏西井壁涌水约11m3/h;
3、工作面东偏北方向有一个约20m3/h的涌水点,目前全井筒涌水量约40m3/h。
3、注浆方案
本次综合治水方案采用工作面预注浆法治理井深89m以下井筒岩石裂隙水,对井深89m以上40m已成井井壁的涌水采用壁后注浆封水。
根据本区地层变质岩及构造裂隙十分发育,注浆难度大堵水效果差的特点,结合以往我们对该类地层注浆的成功经验,本次注浆拟采用如下特殊措施解决上述难题。
1)打深孔,采用MKQJ120--40型潜孔钻机钻进,在本井筒的施工能力可在60米以上,延长了注浆短高的深度,可以加快掘进速度,缩短建井工期。
2)多布孔,由于高角度裂隙被蚀变的泥石充填,可注性差,浆液扩散的距离较小,堵水帷幕厚度较小,多布孔可以多穿过裂隙,增加注浆帷幕的厚度,暂考虑往下采用一个注浆段高布置18个注浆孔和1个检查孔,施工中根据注浆情况和检查孔检查情况确定是否增加注浆孔;
3)高压力,提高注浆压力可以把裂隙中的充填物推远或者压实,提高堵水效果,暂考虑注浆压力取静水压力的3-3.5倍。
4)采用适合本地层特点的注浆材料,考虑到岩体破碎,裂隙发育,前期采用PO.42.5r水泥及外加剂进行固结加固并封水注浆,以增加岩体整体强度,减少放炮震动的影响,封堵大的裂隙水。
在水泥浆注浆达到设计压力后,改用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液注浆,因其为流体注浆材料,可注性好,这是解决此类有泥质充填裂隙封水的最有效途径,在多项治水工程中使用非常成功。
本次工作面注浆施工方法是:
人工砌筑砼止浆垫,预埋或后埋无缝钢管作注浆孔口管,用潜孔钻机在工作面施工注浆孔,井下设注浆站,如果有条件可在地面设注浆站注水泥浆,通过地面注浆泵和井壁固定高压注浆管,将地面搅拌好的水泥浆液或化学浆液压入注浆孔含水层裂隙中。
井筒壁后注浆,采用手抱钻打眼,预埋孔口管根据井壁出水情况在出水位置采用三花眼或五花眼布孔,根据漏水情况选用单液水泥浆和双液水泥浆封水,若可注性差,采用化学浆液注浆。
4、注浆工程设计
4、1注浆起止深度及注浆方式
根据井筒水文地质条件及钻探设备的施工能力,确定下部含水层的注浆采用1个段高。
注浆结束后,进行此段的井筒掘砌。
注浆起止井深89m—140m,注浆段高51m。
注浆方式,采用全段高下行压入式注浆。
钻进过程中,当钻孔涌水量大于5m3/h时,暂停钻进,先注浆封水,钻孔水量减少至5m3/h以下时,恢复钻进至终孔。
4.2注浆钻孔的布置参数
4.2.1注浆孔数:
注浆孔的孔数按下式计算:
N=π(D-2A)/L
式中:
D—井筒净径,4.5m
A—注浆孔与井壁距离,为0.5m
L—注浆孔间距,取0.61m
计算得N=18个+1个,(增加1个为中心检查孔)。
4.2.2径向倾角
α=tg-1(S+A)/H
α—钻孔在径向上与竖直轴线的夹角
S—终孔位置在径向上超出净径的距离,取S=2.4m(终孔位置在径向上超出下部掘进荒径2m)
H—段高,H=51m
计算得:
α1=3°
11′31″。
4.3注浆孔施工顺序
注浆孔18个,1#布置在正北方向,按顺时针编钻孔序号。
18个钻孔均匀布置,分两组交替施工1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#、17#孔为第一组,先行施工,封堵大的裂隙,第二组2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#、16#、18#孔封堵细小裂隙,其中1#孔为初检孔,主要检查水量和地层的岩性,18#孔作为终检孔,检查本次探水注浆的质量。
增加19#孔在井筒中心位置,检查井筒中心的注浆质量。
4.4注浆压力
注浆压力是浆液在裂隙中流动,扩散充塞,压实的能量,是控制浆液距离的重要因素之一,本次选用注浆终压取地下水压力的3~3.5倍,注浆压力为工作面表压力,前期封堵大裂隙注浆取低值,后期针对小裂隙注浆取高值。
工作面注浆终压为:
4.2-4.9MPa
4.5注浆材料及注入量
本井筒工作面预注浆选用单液水泥浆和水泥、水玻璃双液浆为主,单液水泥浆采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,另掺入水泥重量0.5%的食盐和0.05%的三乙醇胺作为外加剂,外加剂起速凝早强作用;
水泥、水玻璃双液浆根据配比在地面配制;
注浆后期视注浆效果压注双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液,封堵小的裂隙水。
水泥浆液的注入量按下式计算:
V=AHπR2nB/m
式中A——浆液消耗系数,取1.5
H——注浆段高H=51m
R——浆液有效扩散半径,前期注浆取8m,后期注化学浆取6m。
B——浆液充填系数,取0.85。
m——结石率,取0.85。
n——裂隙率,前期注浆取2%,后期注化学浆取0.5%。
计算得浆液量:
V=365m3,需要单液水泥浆292m3,需化学浆:
73m3。
说明:
由于注浆堵水工程是一项隐蔽性的工程,且地质情况较复杂,故在实际施工中,计算出的浆液注入量可能与实际用量有一定差别,应以实际注入量为准。
5、砼止浆垫
5.1砼止浆垫厚度计算
砼设计标号C30砼止浆垫设计成单级平底型,配合比在现场试配。
采用P.O42.5R普硅水泥配制砼,早强减水剂掺量按外加剂说明书标准执行。
砼止浆垫厚度计算,根据平底型砼止浆垫公式:
Bn=kPOr/R3~7+0.3r
PO:
注浆终压,4.9MPa
[σ]:
砼3~7天极限抗压强度,取33.3MPa,现场应根据实际试验强度取值
r:
井筒荒半径2.55m
k:
安全系数,取2
计算得砼止浆垫厚度:
BN=3.1m
在施工时,先注浆加固止浆岩帽,使岩帽与混凝土止浆垫共同承受注浆压力,故止浆垫砼部分取3m。
5.2砼止浆垫施工
为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆,要求止浆垫与井壁重叠600mm,砼浇灌采用井筒施工的地面砼配制,经底卸式吊桶下料浇注,砼浇注要连续施工,并加强振捣。
止浆垫上部要预留一个0.5m深的水坑,供排水电泵抽水用。
(止浆垫施工由矿建单位负责,施工好后需凝固时间7天)。
6、埋设孔口管
6.1孔口管长度取值
孔口管长度大于止浆垫总厚0.5m,取3.6m。
孔口管规格为Φ108×
5mm无缝钢管,孔口上部焊接法兰以便与高压注浆阀联接,中下部加工成倒鱼鳞结构。
6.2孔口管埋没
先施工砼止浆垫,然后埋设探水孔口管,将潜孔钻机按设计的方位、孔径、倾角固定在施工平台上,用φ130mm冲击钻头开孔钻进,钻进深度为3.1m,用压风吹净孔内岩粉,在钻孔内灌满2:
1水泥砂浆,紧接着下入孔口管,并用木楔将孔口管找正后,浇砼止浆垫,孔口管上端露出止浆垫500mm。
1天后用钻机扫掉孔口管内水泥砂浆,并做压水试验,压力控制在比注浆终压高0.5MPa,压水10~20min不漏即为合格,否则注双液浆加固孔口管直至合格为止。
7、注浆钻孔的施工
注浆孔采用1台MKQJ120-40型潜孔钻机,配Ф60mm钻杆,与DHD3.5冲击器施工,钻头Ф90mm,用清水作循环液。
采用现场压风机供风,配套的钻机在本井筒的施工能力可以达到60m以上。
在打钻前,要在Ф108mm孔口管上安设Ф100mm高压球阀,以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。
钻孔施工是在工作平台上进行的,打钻平台距止浆垫2.0m,工作台采用φ108mm钢管等钢构件搭设,钢管固定在止浆垫砼上,并卡好保险绳,在钢管上铺δ=50mm木板,钻进过程中,若钻孔涌水量超过5m3/h,或因岩石破碎打不下去时,停钻注浆,否则一直钻进直至终孔,终孔时要核实钻具长度,确保钻孔深度符合设计要求。
8、注浆作业
8.1注浆前的准备工作
注浆站布置在井下工作台上,站内安装两台2TGZ210/50型注浆泵,浆液在地面预搅拌均匀后用吊桶下到井下工作面平台上注浆。
若水泥浆注浆泵放在地面,则选用HFV-C型注浆泵注水泥浆,在井口附近建注浆站,并设置清水池、水泥浆搅拌系统。
一级搅拌池利用井口搅拌机,在井口附近砌筑二级搅拌池,采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池。
地面注水泥浆利用一路高压注浆管作输浆管路。
化学浆液均在井下工作平台用2TGZ210/50型注浆泵泵注,输浆管路与注浆泵和孔口管之间用高压胶管连接。
8.1.2注浆设备试运转
注浆设备及管路安装完毕后,必须进行试运转,注浆系统要满足最大注浆压力和流量的要求,经试运转或耐压试验,设备应无异常响声,具体作业程序如下:
⑴全面检查注浆、搅拌系统及管路连接处等。
⑵注浆系统进行无负荷试运转。
⑶全系统联合试运转。
⑷处理存在问题,并再次进行试运转,直至符合要求。
8.2注浆作业
⑴注浆作业流程
浆液经搅拌系统搅拌后,经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。
⑵作业程序
当注浆孔钻到既定深度后,先用清水冲孔(破碎带不冲)直到流清水后进行注浆作业。
注浆作业程序如下:
接通输浆管路压水试验注浆定量压清水冲洗输浆管路
拆洗注浆泵扫孔或钻进
⑶压水试验
注浆前进行压水试验,冲洗岩石裂隙中的充填物,提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗透能力,并根据泵压及注入量,进行钻孔吸浆量的测定,钻孔吸水量的计算公式为:
q=Q/H
式中q——单位钻孔吸水量,l/min
Q——压水最大压力时的流量,1/min
H——试验段的高度,分别为75/80/115/115m。
压水试验时,尽可能采用大泵量,压力值控制在本段注浆终压,一般压水时间为20min(破碎带压水时间缩短或不压水),精确测量并记录压水段高、流量和压力,根据压水时间测定的单位钻孔吸水量,确定注浆时浆液的起始浓度,并作为鉴定注浆效果的依据之一。
⑷注浆压力的调整
在注浆过程中,注浆压力可分为初期、正常及终压三个阶段变化,当初始浓度确定后,根据注浆压力变化情况,应及时控制浆量,调整浆液浓度及凝胶时间等,使注浆压力平缓地升高,避免出现较大波动,直至达到注浆终压和终量,并稳定20分钟以上。
⑸浆液的调配
单液水泥浆常用的水灰比为2:
1、1.5:
1、1.25:
1、1:
1、0.75:
1、0.6:
1和0.5:
1单液水泥浆配制见表8.1;
每次注浆的初始浓度根据压水试验测定的单位钻孔吸水量进行选择,见表8.2;
注双液浆时,水泥浆与水玻璃体积比例为1:
0.8~0.6。
每个钻孔注浆时,初注用浓浆,复注时逐渐降低浆液浓度,但每次注浆时,一般先稀后浓。
当浆液在裂隙中沉析、充填阶段,若压力不升且进浆量也不减时,应逐渐加大浆液浓度;
反之,若压力上升快且进浆量减量也快,应依次降低浆液浓度;
每更换一次浆液浓度,一般持续20分钟。
单液水泥浆配制表表8.1
水灰比
水泥用量
(kg/袋)
水
(升)
三乙醇胺
(kg)
氯化钠
浆液比重
浆液体积
(m3)
0.5:
1
1200/24
600
0.6
6
1.8
1.003
0.6:
1100/22
660
0.55
5.5
1.72
1.024
0.75:
950/19
712
0.48
4.8
1.62
1.037
1:
750/15
750
0.38
3.8
1.5
1.002
1.25:
650/15
812
3.3
1.42
1.030
1.5:
550/11
825
0.28
2.8
1.37
1.009
2:
450/9
906
0.23
2.3
1.29
1.051
浆液起始浓度选择表表8.2
单位钻孔吸水量(L/min)
水泥浆浓度(水:
灰)
3:
5.0
2~1.5:
7.0~8.0
1.5~1.25:
9.0
11.13
>15
双液浆(水泥—水玻璃)配比对照表表8.3
水(kg)
水泥(kg)
水玻璃(kg)
浆量(m3)
800
643
760
1.0
0.8
714
676
0.7
710
756
626
803
570
0.5
590
857
508
化学浆凝胶时间温度与A/B液配比参数表表8.3
时间S
温度C0
30秒
60秒
90秒
25C0-30C0
A液
B液
3
5
8
18C0-20C0
化学浆液受温度、含水量、地层条件等因素影响,施工中可根据具体情况进行调整,具体配方在注浆施工前,由专业人员根据施工地点的温度、水文地质与工程地质条件、工程要求、材料性能等,进行配方试验后确定。
⑹注浆结束
当钻孔注浆达到结束标准,或因裂隙较大,虽未达到结束标准,但为防止浆液扩散较远,按预定和本次注浆的注入量已达到要求,可结束本次注浆。
在结束注浆前,需压注一定量的清水,将管路中的浆液冲洗干净,注入量为输浆管路和注浆孔容积的80%,然后关闭孔口高压球阀,打开放浆阀,冲洗输浆管路。
⑺扫孔和复注
注浆结束后,原则上在注浆段位置能托住钻就可扫孔,一般需4~6小时;
扫孔后进行压水试验,当耗水量小于20L/min,可不再注浆,进行下一个钻孔的钻进,否则应复注。
[8]化学浆注浆
化学浆按照设计的量分9个孔均量注入。
8.3注浆结束标准及注浆过程中的质量检查
8.3.1注浆结束标准
⑴各注浆孔的注浆压力达到设计终压值,注入量小于50~60L/min,稳定20分钟以上。
⑵注浆结束时,浆液的水灰比不低于1:
1(即1:
1浆液或更稀)。
⑶浆液的注入量基本达到设计要求。
8.3.2注浆过程中的质量检查:
注浆施工是隐蔽性工程,施工过程中的技术资料以及出现的与注浆相关的现象,都是评价注浆质量的重要依据;
必须及时进行整理、统计和分析各孔的注浆参数、注入浆量和材料等,以便了解各孔间参数的变化,从而采取相应的措施;
对于返浆和窜浆情况都要做好记录,查出原因,避免再次发生。
9、钻孔测水
9.1井下测水
井下注浆孔在揭开含水层后,即开始测量钻孔的涌水量;
钻进中发现水量增减或揭开新的含水层,都要及时测水量。
每孔注浆前,都要测量静水压和水量。
方法:
容积法,正常情况用水桶从三通上接水,水量太大可用井筒水位的增加计算钻孔涌水量。
9.2井口测水
注浆前进行压水试验,测泵压和清水池中单位时间消耗量。
10、井筒壁后注浆
根据井壁现状、出水特征及地质条件,决定采用以堵水加固井壁为目的的壁内注浆施工方案。
10.1施工方法
在漏水点上方和下方均匀布置多孔导水,堵截井壁过水通道,采用三花眼或五花眼布孔注浆。
将水赶至内壁出水裂纹以下进行封堵。
10.2施工顺序
根据出水点位置,确定采用先上行后下行压入式注浆。
10.3浆液类型
堵水以水泥—水玻璃双液浆为主,加固以单液水泥浆为主。
封堵小的出水点可采用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆封堵。
水泥为新鲜的PO42.5r普通硅酸盐水泥,水玻璃浓度为35~40波美度,水灰比为1:
1~0.8:
1,水泥浆与水玻璃的比例为1:
0.8。
10.4注浆孔深度、排间距、孔间距
注浆孔深度2-2.5m,孔口管长度加工成500mm,排间距根据井壁涌水情况确定约2.5-4米,孔间距每周圈8-10个。
10.5注浆压力
静水压力:
P0
注浆压力:
P=P0+(0.5~1.5)如:
140m水平注浆最大压力为1.9-2.9MPa
10.6注浆量
总注浆量因无法推测空隙率难以计算,单个注浆孔要根据注浆量及注浆压力适当控制。
根据多个类似井筒施工经验,预计40m井壁注浆需用双组份固砂封堵溶胶A/B液化学浆液20m3、水泥、水玻璃浆液70m3(现场实际注入量根据堵水情况,注浆参数如压力、泵量、注浆时间的变化综合确定)。
10.7注浆系统
1)注浆设备选用2TGZ210/50型注浆泵。
2)浆液搅拌:
铁皮桶,4个。
3)混合器:
三通式。
4)注浆站:
布置在吊盘上。
10.8钻孔及埋管
先采用YTP-26凿岩机凿眼深2-2.5m,紧接着埋入注浆管Φ40mm长500mm并安装好1.2"
球阀,注浆管露出井壁50~100mm,然后用注浆泵进行压水试验,若漏压则需重新埋管,若不漏压,准备注浆。
10.9注浆
注浆孔安装好后,装上混合器,联接好输浆管路及压力表,测定水压。
按选定的浆液及配方调配浆液。
注双液浆时,先送水玻璃后送水泥浆,停机时则相反。
注单液浆时,若压力不升,进浆量不减时应逐级加大浓度,反之,若压力上升快进浆量减少时,应依次降低浆液浓度。
注浆时,设专人观察井壁和压力变化及检查管路是否堵塞,并记录注浆量及注浆时间、注浆压力等数据。
注浆时,达到注浆终压,且终量小于40l/min时即可结束该孔注浆。
停泵后应及时压清水,冲洗管路和器具。
11打钻注浆技术要求及注意事项
11、1打钻注意事项
⑴开钻前要认真检查钻机安装的牢固性、平稳性、各部件连接是否可靠,操作手柄是否灵活,并进行钻机的试运转,确认无误后可进行钻进。
⑵检查风压系统各管路接头是否拧紧。
⑶钻具要拧紧,各工具及其它物品严防掉进孔内,下放和提拔钻具时,要有人指挥,确保安全。
(4)钻杆丝扣连接时要缠白铅油麻丝。
11、2注浆技术要求
⑴制浆前对注浆材料进行试验,材料的质量应符合现行国家标准及技术条件,并找出在给定条件下浆液的最佳配比和浓度。
⑵注浆时必须注意注浆压力和吸浆量的变化情况,及时进行相应的调整,并认真记录,每注1m3或5min记录一次泵压和泵量。
发现异常情况,及时采取措施进行处理。
(3)各工程操作人员要坚守岗位,服从统一指挥,发现异常情况及时汇报,以便采取措施。
(4)灰浆搅拌先加水后加灰。
必须保证连续供浆、不得间断。
(5)每次注浆结束后,灰浆搅拌池要洗干净,无残浆、灰碴。
注浆泵打开清洗、检修、试运转,待下次注浆使用。
值班技术人员整理好资料,填写注浆报告单。
12、工期安排及人员组织、注浆效果
12、1工期安排
(1)准备时间(包括设备、工器具、周转材料和人员长途搬迁,场地准备、原料采购、钢平台加工制作、配比实验、准备机具、设备检修改造等)12天(不算工期);
(2)止浆垫施工5天;
(矿建单位施工不算工期,在止浆垫凝固期内,可以进行井筒壁后注浆)
(3)每个钻孔打钻及注浆时间3天,计工期54天。
(4)壁后注浆40m段高12天;
(5)钻机平台安装、拆除2天;
(6)竣工验收2天(不算工期)
注浆总工期:
68天。
12、2人员安排见表12。
12.3注浆效果实施注浆后预期井筒涌水量控制在8m3/h以下。
(不含雨季地下水增加的水量和未注浆井筒部分增大的淋水量)。
13钻注设备、材料、记录表格
13、1钻注材料、设备、记录表格分别见表13.1、13.2。
劳动组织表表12
序号
工种
数量
备注
拌浆工
15
包括放水、放浆、倒运灰
2
注浆化验记录员
技术员
4
司泵工
电工、机修工
打钻工
12
7
值班干部
材料员
合计
42
按三八制配备不包括项目部管服人员、绞车压风、井上下信号把钩、井下排水、吊盘起升等辅助工作由矿建单位负责
主要设备表表13.1
设备名称
规格型号
单位
备注
钻机
MZ120-Ⅱ
台
压风机
20立方
矿方提供
注浆泵
HFV-C
2TGZ210/50
水泥搅拌机
立式
自制
潜水泵
50m3/h
YTP-26
打钻注浆主要材料表13.2
名称
钻杆
Ф60
m
80
包括接头
钻头
Ф130mm
个
Ф90mm
注浆管
Ф40×
300
水泥
PO42.5r普通硅酸盐
T
275
三乙醇胺
0.05
食盐
高压胶管
2″
根
9
高压球阀
4″
只
10
抗震压力表
0-160kg/cm2
块
11
闸阀
6″
球阀
加工
13
3/4″
20
14
胶管
1/2″
冷却水管
快速接头
付
16
橡胶管
60
供水管
17
注浆三通
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