工作面一次注浆施工 措施.docx
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工作面一次注浆施工措施
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骆驼山煤矿一号回风立井井筒
工作面探水、注浆、施工
技术安全措施
项目经理：
陈志文
技术负责：
张艺
措施编制：
孙彬
编制单位：
中煤三建29处骆驼山项目部
编制日期：
2007年4月5日
一、工程概况
骆驼山煤矿一号回风立井井筒设计净直径为Φ6.0m，全深410m，井口标高+1288.5m，表土段深度为8.6m（已施工完毕），基岩段深度为401.4m。
其中，8.6m以下井筒穿过的基岩段主要含水层为二迭三迭系的中砂岩地层。
由于中砂岩的97.6m~105.3m之间岩芯破碎，为中砂岩破碎带，根据招标文件及《煤矿安全规程》中的有关规定，单层涌水量超过10m3/h以上的含水层，必须实行工作面预注浆法通过。
为了安全、顺利施工，根据《骆驼山煤矿一号回风立井井筒施工组织设计》及有关规程规定，特编制本措施。
二、地质及水文地质概况
2·1地层结构
根据井筒检查孔所揭露的地层岩性，结合区域地质资料，对410米钻探深度范围内所揭露的地层划分如下：
第1层松散地层（Q）：
由黄褐色湿岩性粉土、粉细砂、中粗砂等构成。
第2层二迭三迭系地层（PT）：
由紫色、绿色等杂色泥岩、粉砂质泥岩及杂色细、中、粗砂岩构成。
第3层二迭系地层分为上二迭统地层及下二迭统地层；
第4层上石炭统地层：
以灰黑色泥岩及砂质泥岩为主，夹薄层粉细砂岩，泥岩中含有植物化石，在岩层节理及裂隙中充填有黄铁矿及方解石。
2·2水文地质
根据《1号回风立井井筒检查孔工程堪察报告资料》显示，在井筒相对标高-97.6m~103.4m之间有涌水现象。
见抽水试验成果表见下表：
静水位
埋深（m）
动水位埋深（m）
水位降深
（m）
涌水量
（m3/h）
稳定时间（小时）
单位涌水量q（升/秒·米）
第一次降深
26.5
51.13
24.63
25.88
10
0.292
第一次降深
26.5
45.0
18.50
21.00
10
0.315
根据根据《煤矿安全规程》立井基岩段施工应遵循快速、打干井的原则，并遵守下列规定：
（一）单层涌水量小于10m3/h的含水层段，应强行穿过。
（二）单层涌水量大于10m3/h的含水层段应预注浆堵水。
三、探水、注浆方案
根据骆驼山煤矿一号回风立井井筒检查孔地质柱状图及地质报告，表土段以下基岩段主要含水层探水、注浆方案具体如下：
（1）根据施工设备及水文地质条件，对一个主要含水层段施工采用一个探水与注浆段高。
探水注浆段高：
探水注浆起止深度为-90m～-120m，段高为30m。
当井筒掘深至90m，成井为90m，停止工作面的掘砌工作，先施工砼止浆垫，预埋孔口管，用潜孔钻机实行工作面探水注浆工作。
（2）由于施工前（井深25m）工作面已有少量涌水（4-4.5m3/h），故利用伞钻超前探水，在井筒荒断面轮廓线上均匀布置3个探水孔，孔深9m，孔径φ55mm，如探水孔冒水，停止井筒掘砌，施工止浆垫打钻注浆。
（3）如井筒掘砌过程中因井筒出水提前施工止浆垫，对主要含水层段施工采用2个探水与注浆段高。
（4）工作面预注浆是以封堵岩溶裂隙水为目的，采用人工砌筑砼止浆垫，预埋无缝钢管作注浆孔口管，用钻机在工作面施工探水、注浆孔，将搅拌好的水泥浆液压入含水层的裂隙中。
四、注浆工程设计
本措施只针对地质报告所提供的一号回风立井中砂岩含水层相应位置进行的工作面预注浆，而对于其它位置出现的涌水则需在探水后根据具体情况另行编制注浆措施。
（1）注浆起止深度及注浆方式
根据该段水文地质条件，确定探水注浆起始深度（见下表）。
注浆深度进入不透水层约10m；注浆方式为，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。
各含水层的注浆起、止深度表
井筒
含水层名称
注浆起止深度（m）
注浆段高（m）
风井
中砂岩
-90～-120
30.0
（1）注浆孔的布置及径向倾角
根据各含水层的水文地质条件、井筒特征、类似工程的施工经验，计算出含水层的注浆孔数为6个，径向倾角为1.50。
（2）注浆孔施工顺序
注浆孔6个，1#孔布置在井中正北方向，顺时针编钻孔序号，孔间距均匀布置。
（见钻孔平面布置图）。
注浆孔施工采取对称、分组施工的原则，施工顺序为1#、4#～2#、5#～3#、6#，第三组3#、6#孔兼做质量检查孔。
（3）注浆压力
注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动、扩散、充塞压实的能量，是控制浆液距离的重要因素之一。
详见下表。
注浆起止深度、段高、孔数、钻孔径向倾角及注浆压力
段高
段次
注浆起止深度（m）
注浆段高（m）
注浆孔数（个）
钻孔径向倾角（0）
注浆压力（MPa）
1
-90～-120
30.0
6
1．5
1.8～2.4
由于静水压力为0.9～1.2MPa,注浆压力为静水压力的2倍，因此工作面面注浆压力为2.4MPa，注浆终压取3.0MPa。
（4）注浆材料及浆液注入量
本次注浆选用单液水泥浆。
采用525#普通硅酸盐水泥浆液，含水层水泥浆液量及材料据现场注浆量实际情况调整，确保达到注浆封水效果。
（6）止浆垫厚度计算
砼止浆垫为单级平底型，砼设计标号为C30。
配合比为水泥：
砂子：
石子：
水=1：
1.58：
2.93：
0.48（水泥选用P.O42.5R水泥）。
止浆垫厚度根据公式计算：
β=（P0×r）/［a］+0.3×r=2.4×3.4/10.5+0.3×3.4=1.797m
式中：
β—止浆垫厚度，米；
P0—注浆压力，2.4MPa
r—井筒荒半径，r=3.4m
［a］—砼允许抗压强度
［a］=R5/K=21÷2=10.5MPa
R5—砼现在强度；K—安全系数；k—早期强度系数，70%；
R5=R×r=30×70%=21MPa；R—砼设计强度。
止浆垫厚度确定为2m，为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆，要求止浆垫砼与井壁重叠1000mm，且在重叠段，将井壁周圈用风镐刷出一道槽，槽深300mm，槽高350mm。
地面砼配制，经底卸式吊桶下放浇注止浆垫，浇注要连续施工，加强震捣。
（7）井壁强度验算
［a］=P［〔D+2E〕2+4h2］/［4E（D+E）］=4.359MPa
［a］—井壁实际承受压力，MPa
P—注浆压力，MPa
D—井筒净直径，m
E—井壁厚度，m
h—球面矢高，h=0.3r=1.02m
［a］＜［a］，（井壁抗压强度），验算结果表明井壁实际承受压力远小于井壁抗压强度。
五、注浆孔施工
注浆钻孔采用1台MZ120-Ⅱ型钻机，配Ф60mm钻杆，与DHD3.5冲击器施工，钻头Ф90mm，用清水作循环液。
在打钻前，要在Ф108mm孔口管上安设Ф108mm高压球阀，以防钻进时含水层突水造成淹井事故。
打钻施工是在打钻平台上进行的，打钻平台距止浆垫约2m。
工作台采用钢管（Ф108mm）搭设，钢管梁固定在模板上，主梁生根于止浆垫，在钢管梁上固定环形槽钢，钻机固定在环形槽钢上。
在钢管梁上铺50mm厚木板。
钻进过程中，钻孔涌水量超过5m3/h，或因岩石破碎塌孔难以钻进时，停钻注浆，否则一直钻进直至终孔深度。
终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。
六、孔口管埋设
在施工砼止浆垫时埋设6个探水孔口管，将钻机按设计的方位、孔径、倾角固定在打钻平台上，预埋孔口管时，钻孔的方位角、倾角要由专业技术人员进行操作，预埋过程中要及时准确校对。
七、注浆作业
1、浆液配置及输浆管路
利用JS1000型搅拌机地面配制单液水泥浆,采用底卸式吊桶下放到工作面的吊桶内；注浆泵的吸管伸进工作面吊桶，注浆高压胶管与高压球阀连接。
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。
经试运转及耐压试验，设备应无异常响声。
具体作业程序如下：
（1）全面检查注浆、搅拌系统及管路联接处等。
（2）注浆系统进行无负荷试运转。
（3）全系统联合试运转。
（4）处理存在问题，并再次进行试运转，直至符合要求。
3、注浆作业
（1）注浆作业流程：
浆液经搅拌系统搅拌后经注浆泵、注浆管进入受注岩层。
（2）作业程序：
当注浆孔钻进到即定深度后，用清水冲孔（破碎带不冲），直到返清水，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→冲冼输浆管路→拆洗注浆泵→扫孔或钻进。
（3）压水试验：
注浆前进行压水试验，冲冼岩石裂隙中的充填物，提高浆液结石与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗能力，并根据泵压及注入量，进行钻孔吸水量的测定。
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20分钟，精确测量、记录压水段高、流量和压力。
在破碎带压水时间缩短或不压水。
（4）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要及时地控制泵量，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、终量，并稳定20分钟以上。
（5）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、0.75：
1、0.6：
1、0.5：
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选择。
见下表：
浆液起始浓度选择表
单位钻孔吸水量（L/MIN）
水泥浆浓度（水：
灰）
3.3
3:
1
5.0
2～1.5:
1
7.0～8.0
1.5～1.25:
1
9.0
1:
1
11.13
0.75:
1
>15
0.6:
1
当浆液在裂隙沉析、充填阶段时，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，减量也快，此时为了保证足够的注入量，应依次降低浆液浓度。
每更换一次浆液浓度，一般持续20min。
当单液注入量接近预计注入量的40%～50%，其压力不升，进浆量不减时，可采用低压，间歇注浆的方法达到注浆终压。
下行初注浓度一般较大；上行复注一般较小
（6）开始注浆
1）打开孔口（及混合器）前的起止阀。
2）打开水泥浆泵的回浆阀及进浆阀。
3）启动水泥浆泵，调节流量，或用进浆阀门调节流量。
4）打开水泥浆管路输出阀，关闭回浆阀，向岩层裂隙注浆。
5）当流量、压力、不符合要求时，应于调节，调节进浆阀使压力、流量达到正常注浆的要求。
6）为防止因注浆时间长而堵塞回路，一般每隔20min左右开关一次回浆阀，以流出少量浆液并达到畅通回路为准。
7）设专人看管吸浆笼头及时清理笼头上的糊堵物。
8）注浆时机电维修人员不能离开注浆站，要精心维护注浆设备，发现问题及时处理。
（7）结束注浆：
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，按预定的本次注浆的注入量已达到要求，需结束本次注浆时，在结束之前，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%，然后关闭孔口球阀，卸开输浆管路冲洗。
（8）注浆结束标准
1）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20min以上。
2）注浆结束时，浆液的水灰比低于1：
1或更稀。
3）岩芯裂隙被浆液充填饱满，具有一定强度，并达到设计的有效扩散半径。
4）浆液的注入量基本达到或超过设计注入量。
5）根据注浆孔最后一次注浆前压水数据计算，地层渗透系数小于10-3。
6）各注浆孔的孔间距应保证形成所要求的注浆壁的厚度。
7）根据钻孔剩余水量计算井筒涌水量小于10m3/h。
（9）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以扫孔，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。
八、打钻注浆技术要求及注意事项
1、打钻注意事项
（1）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。
（2）检查风压系统各管路接头是否拧紧。
（3）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汕麻丝。
2、注浆技术要求
（1）注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。
（2）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）浆液配比及浓度必须符合设计要求。
（6）止浆垫或岩帽厚度，强度符合设计要求，经清水试压达到设计终压，无跑水现象。
（7）孔口管结构、加工、埋设符合设计要求，固结牢靠，实验压力不大于注浆终压1.2倍，孔口不跑浆。
（8）灰浆池内要不断搅动，确保浆液不离析沉淀。
（9）每次注浆结束后，灰浆搅拌池要清洗干净，无残浆、灰渣，注浆泵打开清洗、检修、试运转，待下次注浆使用，值班技术员整理好资料，填写注浆报告单。
（10）当注浆孔大量喷水，水压顶钻或出现塌孔喷渣无法钻进时，应立即停钻注浆。
九、突水预防及处理
风井探水注浆主要是中砂岩，预计涌水量均不超过25m3，预计突水淹井可能性不大，但是为万无一失，施工人员必须注意：
（1）上层吊盘安设一台卧泵和临时水箱，管路、电路连接好，一旦发生涌水能及时排出。
（2）吊盘位置距工作面以10m左右为宜，必须下放安全梯。
（3）孔口管上必须安设高压阀门，钻具可通过阀体钻进，遇有突水征兆时，应停止钻进，拔出钻具，迅速关闭阀门进行注浆工序，
（4）井下由班长现场指挥，遇有突水，要冷静处理。
一边要提出钻具，关闭阀门，如果突水较大，无法抽压和关闭阀门不果，则速撤人至吊盘，提盘避险。
十、主要安全措施
1、严禁酒后下井，严禁违章作业，认真做好防坠工作。
2、打钻过程中随时观测工作面水位，若水量增加较快，应立即拔出钻杆，关闭阀门，测量水压、水量，通知地面注浆。
3、本次注浆属高压注浆，阀门及各管路要固定牢固，各接头要拧紧，连接牢靠。
4、放浆放水时要先打开放水三通缓慢放出。
将浆液放入罐中，提到地面。
5、井下工作人员必须按井下工种佩戴劳动保护用品和矿灯。
6、井下两台钻机施工，起拔钻杆时，要通知对方，以防碰撞。
7、打钻注浆期间排水泵始终处于完好状态，并有专人值班。
8、注浆过程中，要设专人观察注浆压力和吸浆量的变化情况，发现异常现象及时采取措施处理。
9、注浆期间，设专人观察上部井壁是否有漏水漏浆现象，发现异常，立即停注。
10、其它安全措施执行《煤矿安全规程》的有关规定。
中煤三建二十九处骆驼山项目部
2007年4月6日
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