井筒壁后注浆和工作面探水预注浆施工方案和技术措施.docx
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井筒壁后注浆和工作面探水预注浆施工方案和技术措施
××井筒壁后注浆和工作面探水、预注浆
施工方案和技术措施
第一章工程概况
××设计净径4m，C20素砼支护，支护厚度分别为红土层650mm、流砂层500mm、基岩段400mm，井口设计标高为+41.5m，设计井筒深度为508m，目前井筒已穿过红土层、流砂层施工至长兴灰岩段-4.15m标高处。
第二章地质及水文概况
××在流砂层施工阶段，先后多次发生涌泥砂，涌水现象，尤其在2005年12月18日，19日，20日相继发生大量涌出，经我方采取积极措施成功封堵，并已预留集中排水管（兼做注浆管）。
12月30日19时，在工作面进行凿眼时，炮眼发生喷泥水现象，三小时后水质变清。
我方于12月31日9时至10时进行涌水量测定，井筒总涌水量为：
58.6M3/小时，水源不清。
第三章方案选择
根据施工揭露的水文地质情况结合现有设备，为了保证井筒工程质量和服务年限、杜绝水患、创造施工有利条件，加快施工进度。
我方拟定对××表土段进行壁后注浆，长兴灰岩段进行工作面探水和工作面预注浆。
注浆施工分三个阶段：
第一阶段对表土段进行壁后注浆；第二阶段进行工作面探水钻深50m；第三阶段进行工作面预注浆。
注浆后掘砌45m，再进行另一循环壁后注浆，工作面探水和工作面预注浆。
第四章壁后注浆
一、施工顺序及范围
从－0.15m标高开始一圈一圈结上,打一孔注一孔。
本段注浆范围为－0.15m～＋37.3m。
段高37.45m（未包括-2.55m~-0.15m段2.4m），该段在打止浆垫待凝时施工。
二、布孔钻孔
采用7655凿岩机，Φ40mm合金钻头钻孔，孔的间排距为600×600，孔深1.6m，孔径Φ42mm。
三、埋设孔口管
先加工孔口管，孔口管采用Φ42mm×4mm无缝钢管，每根长1.6m,其中外露1吋丝口长50mm,鱼鳞扣段长1.55m。
孔钻好后，将孔口管用麻丝缠紧，边缠边打入孔中。
四、注浆参数
1、浆液配比（重量比）
水泥：
水=1：
0.5
水泥:
水玻璃=1:
0.5
三乙醇铵:
水泥=5:
10000
食盐:
水泥=5:
1000
BR－CA型防水剂:
水泥=10:
100
专用粉:
水泥=3:
100
2、注浆终压:
达到静水压力的1～2倍视吸浆量和井壁情况而定。
3、浆液注入量
Q=avnb/m
a－浆液损失系数取1.5
n－岩层的孔隙率,流砂层取5%
m－浆液结石率为0.85
v－πR2h-πr2h
h－注浆段高37.45＋2.4=39.85m
R－浆液扩散半径,按向壁后扩散3m计.R=2.5+3=5.5m
r－井筒荒径2.5m
v=π×5.52×39.85-π×2.52×39.85=3005m
Q=1.5×3005×5%×0.9/0.85=238.63m3
消耗水波璃总量:
238.63×760×10%=18136kg
双液消耗水泥量:
238.63×643×10%=15344kg
单液消耗水泥量:
238.63×765×90%=164298kg
消耗水泥总量:
15344＋164298=179642kg
BR－CA型防水剂:
179642×10%=17964kg
专用粉:
179642×3%=5390kg
三乙醇铵:
179642×0.5‰=90kg
食盐:
179642×5‰=900kg
五、工艺要求
1、注浆前不得压水,直接注单液浆,半小时不升压。
改注双液浆,或在压力达到终压的60%后改注双液浆。
2、注浆时应密切关注压力表读数和井壁情况,如井壁出现开裂或跑浆严重应立即停注,打开泄压阀,关闭注浆阀,洗机1分钟后停机.待处理后或浆液凝固,视情况而定。
其他要领见工作面预注浆的有关说明。
第五章探水
根据可能的水患情况和“有疑必探，先探后掘”的原则，现拟定沿井筒荒径均匀布置6个钻孔探水，钻深50m。
探水时必须埋设孔口管，装高压球阀。
埋设孔口管时先用Ø130mm的钻头钻深3m，排干水和岩粉，倒入水泥砂浆后埋入Ø108×3200mm的孔口管。
为防止钻孔涌水淹没工作面，孔口管上需设加长管，加长管上焊有和Ø4″高压球阀相联接的法兰，法兰上装设高压球阀。
待孔口管养护24小时后，装上高压球阀，用作截水阀。
通过截水阀向下钻进。
钻孔出水后，取出钻杆，关闭截水阀，在截水阀上装上三通，一头连接测水压力表，一头连接放水管。
放水管应装上截水阀，用以测定水量、水压。
探水时钻机、注浆泵均需架高，探水钻孔采用边探边注，见水后注浆封孔，待孔口管浆液终凝后再向下钻探，直到探完整个段高。
第六章止浆垫施工
1、止浆垫厚度：
按平底止浆垫计算：
Bn=PO.r/[δ]+0.3r
PO-注浆终压,MpaPo=3Mpa
r-井筒的荒半径,米r=2.4米
[δ]-混凝土的允许抗压强度,Mpa
Bn=3×2.4/20＋0.3×2.4=1.08m取2.0m（因现以掘1.6m未砌，且上部为不稳定流砂层。
）
2、砼配合比：
按C30标号砼浇筑，其中：
水泥：
砂子：
石子：
水=1：
1.41：
3.09:
0.46,每立方米砼用水泥410Kg（水泥标号为PO42.5）,砂572kg,石子1250kg,水186kg;搅拌砼时按水泥重量的4%加入速凝剂。
3、材料消耗:
砼用量:
π×2.42×2=36.2m3
其中:
水泥:
14.84T砂:
12.94m3石子:
22.6m3
速凝剂:
0.6T
第七章工作面预注浆注浆参数
1、注浆段高
注浆时开孔深度-4.15m，终孔深度-54.15m，注浆段高为50m（不含止浆垫高度）。
2、钻孔布置
为使注浆尽可能多揭露裂隙或溶洞，解除后患。
决定采用径向斜孔，钻孔中心距井壁300mm，1圈布孔12个，开孔直径为3.4m,孔间距0.89m，钻孔终孔位置在井筒荒半径以外1.5m处，终孔直径7.8m,终孔间距2.04m,钻孔倾角2.519°
3、注浆终压
注浆终压按下试计算
P0=（2-4）HY/100
2-4压力系数，取3
P0-注浆终压，Mpa
HC-受注点至静水位的深度，H=94.45m
Y-水的密度Y=1
P0=3×94.45×1/100=2.83Mpa取3Mpa
（待打钻测到静水压力数据后，再定实际的注浆终压）
4、浆液扩散半径：
浆液的扩散半径是指浆液在岩石裂隙中的扩散范围。
实际上浆液的扩散半径是不规则的，由于在注浆施工过程中，对注浆压力、注入量、浆液浓度等参数可以人为控制、调整，对浆液的扩散范围可以起到一定的控制作用。
一般长兴灰岩裂隙开度在5-20mm，注浆终压在3Mpa,双液浆注入量为7-20m3/m,浆液浓度为2:
1-0.6:
1,双液浆的体积比为1:
0.8-1:
0.4时,浆液扩散半径可达6-10m甚至更大范围。
结合我们进行工作面预注浆施工经验,单液水泥浆扩散半径可按6m计算。
5、浆液注入量：
浆液注入量：
Q=avnb/m
a-浆液损失系数1.2～1.5,取1.5
n-岩层的孔隙率,长兴灰岩,取n=3.5%
b-浆液充填系数为0.9～0.95,取0.9
m-浆液结石率为0.85
V=πR2h
R-以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径,R=3.4+6=9.4m;
h-注浆段高,50m;
V=π×9.42×50=13880m3
浆液注入量:
Q=1.5×13880×3.5%×0.9/0.85=771.56m3
考虑到长兴灰岩溶洞发肓，总量按1.25调增:
771.56×1.25=964.46m3
消耗水玻璃总量:
964.46×760×10%=73299kg
双液浆消耗水泥量:
964.46×643×10%=62015kg
单液浆消耗水泥量:
964.46×765×90%=664031kg
共消耗水泥量:
62015+664031=726046kg
BR-CA型防水剂消耗量：
726046×10%=72604.6kg
专用粉消耗量:
726046×3%=21781.4kg
三乙醇胺消耗量:
726046×0.5‰=363kg
食盐消耗量:
726046×5‰=3630kg
6、浆液配比
此次注浆以单液水泥浆为主,单液浆起始浓度先稀后浓。
当涌水量较大需及时封堵时,可采用水泥-水玻璃双液浆.单液水泥浆采用P042.5R新鲜普通硅酸盐水泥和水配置而成,单液浆加入复合早强剂三乙醇铵、工业食盐、BR-CA型防水剂和专用粉。
三乙醇铵、食盐、防水剂和专用粉分别按水泥重量的0.5‰、5‰、10%和3%加入。
浆液起始浓度的确定,通常根据注浆前压水试验时钻孔的最大吸水量来选择,浆液的起始深度可按下表来确定。
钻孔的最大吸水量（L/min）
浆液浓度（水:
灰）
60-80
2:
1
80-150
1.5:
1
150-200
1.25:
1或1:
1
＞200
1:
1或双液
稀浆结石率低,大量使用稀浆,必然增大扩散范围,造成浆液流失和延长注浆时间。
经常水泥浆浓度水灰比为2:
1、1.5:
1、1.25:
1、1:
1、0.75:
1等五个等级。
采用高压、浓浆即能缩短注浆时间,又能加快工程进度,也能获得良好的堵水效果。
本次注浆浆液在地面按水灰1:
1配制,在工作面视具体情况调稀或加浓。
浆液配比见下表。
水泥浆液现场配制表
水灰比
水泥（kg）
水
（1）
三乙醇铵（kg）
食盐（kg）
比重（g/m3）
体积（m3）
0.75:
1
950
712
0.48
4.8
1.62
1.037
1:
1
765
710
0.38
3.8
1.50
1.002
1.25:
1
650
812
0.33
3.3
1.42
1.030
1.5:
1
550
825
0.28
2.8
1.37
1.009
2:
1
450
906
0.23
2.3
1.29
1.051
双液浆配比表
名称
水灰比
水泥（kg）
水（kg）
40波美度水玻璃（kg）
制成浆液（m3）
双液浆
1:
1
643
800
760
1.000
说明:
双液浆C:
S=1:
0.5
第八章工作面预注浆施工
（一）止浆垫、孔口管的施工
1止浆垫的施工
注浆之前,必须首先打钻探水,以探明水文地质情况，并浇筑混凝土止浆垫。
砼由地面搅拌站搅拌,底卸式吊桶下料,分层浇注,随浇随捣,以保证浇注质量,止浆垫浇筑好之后,养护3天即可打孔埋设孔口管。
2孔口管的埋设
施工时按设计孔位和倾角钻Φ130mm的孔,孔深1.6m,孔内灌砂浆（砂子要筛）后埋入Φ108×4.5×2000mm的孔口管,孔口管采用无缝钢管,共12根,每根长2m,孔口管上焊缠8＃铁丝,端头焊有和Φ4＂高压球阀相联接的法兰盘,法兰盘露出止浆垫面400mm,装上高压阀。
2天后在孔内钻Φ90mm的孔作为注浆孔,并按顺序用红漆将孔编好号。
（二）壁后充填注浆
为防止工作面注浆时,浆液沿混凝土井壁壁后缝隙向上返浆,在井筒止浆垫、孔口管养护期间,要进行壁后注浆充填加固。
壁后注浆充填段高2m（自止浆垫面向上2米处即-2.15～0.15m标高段）。
（三）工作面注浆钻孔钻进
1、钻孔、注浆设备
采用KQJ-100B潜孔钻机钻孔,配Φ90mm的冲击钻头。
采用2TGZ-60/210双液调速注浆泵,工作面搭设工作台注浆泵和钻机放在工作台上口,配10米长的注浆软管,以防止水泵出现故障,钻孔出水淹注浆泵。
2、钻进
当孔口管施工完成养护2天后,即可通过预留的注浆管,用钻机通过孔口管向下钻进。
3、钻孔施工和注浆工艺
钻孔时严格按设计角度和深度施工,不准偏斜。
钻孔注浆采用十字对角式,先钻、注单号孔，单号孔注完后，再开双号孔。
根据本次注浆的特点，决定采用分段下行式压入注浆的方法，原则上由上至下钻进到设计深度。
当钻孔涌水量超过3m3/h时停钻即注，待浆液终凝后扫孔，如发现扫到原孔深，仍有不小于3m3/h的涌水，需进行复注。
水量不大于3m3/h，继续加深钻孔，直到钻孔达到注浆标准。
在钻孔水大封孔后，为平行作业可在对角钻开新孔注浆。
注浆时先注纯水泥浆，待压力上升到2Mpa以上时，即加入50%的水玻璃，待压力超过注浆终压时，及时打泄压阀，关闭注浆阀,停止注浆或换另一孔注浆。
（四）测定钻孔水压与水量
注浆前，对已打好并冲净后的钻孔进行水压及水量测定。
在孔口注浆管上连接测水的压力表及阀门装置，测出最大流量及净净水压力。
测定时打开泄压阀，如水量较小，用普通20L水桶和秒表用容积法测定，如水量较大，用吊桶测量。
测定时要求压力、水量稳定，数据准确。
（五）压水试验
用注浆泵压清水，冲洗岩石裂隙中的泥浆及充填物，以提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗能力，其流量由小逐渐增大，一般压水时间10～20分钟，复注压水时间为20～30分钟，尽量使压力控制在比注浆终压高0.5Mpa左右,每次压水试验应测定和记录注浆段高,压水流量。
根据压水试验资料，计算出钻孔的单位吸水量，据此决定注入浆液的起始浓度。
（六）设备布置和浆液运送
在工作面搭设工作平台，平台上设水泥浆桶，水玻璃桶和清水桶各一个，井口设搅拌机一台。
水泥浆在地面按设计配比配制好后，经下料管下到工作面。
水玻璃装入小吊桶由提升绞车用排矸吊桶提到工作面。
（七）浆液的调配
1、在初期注浆压力下，吸浆量为吸水量的80%可视为正常，否则调浓或调稀一级。
2、当压力不变，连续注入30分钟后吸浆量不变，可调浓一级。
3、当压力上升快，吸浆量变小，可降低浆液浓度，以保证有足够的注入量。
4、当涌水较大，需及时封堵时，可采用双液浆。
5、当压力缓缓上升，吸浆量逐渐减少为正常，一直达到终压力，在浆液浓度不超过1：
1，吸浆量不大于100～120L/min，稳定30分钟，即可结束注浆。
（八）结束注浆
孔口浆液终凝后，再扫孔，重作压水试验，当吸水量小于20L/min时，可不再注浆，大于此数应当复注。
注浆结束前，先打开卸压阀，并闭注浆阀，再压注一定量的清水，以清洗管路。
压水停泵后，管路残余浆液流放到吊桶，提至地面排出。
每次注浆后对设备管路都要进行检修，清洗和试运转，为下次注浆作好准备。
（九）注浆效果检验
注浆结束后，在井筒子布孔圈径内布置1个检查孔，钻孔一次达到终孔深度，栓查钻孔涌水量。
如换算成大井涌水量小于2m3/h时，可结束本段注浆。
检查孔也必须注好。
第九章安全技术措施
1、严格遵守《煤矿安全规程》、《东立风井施工组织设计》、《立井施工防坠落措施》等有关规定。
2、注浆前组织人员学习和培训操作，熟悉操作程序和各种故障处理。
3、注浆泵操作人员严格按《注浆泵及阀门的操作规程》的有关规定和顺序操作。
4、注浆机具及管路在注浆之前仔细检查，各连接处应连接紧密达到不漏水、不泄压，经试运转及耐压试验无异常响声，各装置、仪表和除尘设备使用可靠。
5、注浆前对注浆材料和胶凝时间进行测定，对不合格的材料严禁使用。
6、要加强对水泥和浆液的过滤，以减少对注浆泵的磨损和防止堵管，可采用大磁铁和过滤网的方法，清除水泥浆中的铁屑和其他杂物。
7、井下注浆时，尽量避开吊桶位置。
8、钻具要求拧紧，各种工具及其它物品严防掉进孔内。
9、注浆时要有专人观测注浆泵的泵压和吸浆量，并作好记录，发现异常情况及时进行处理。
10、注浆人员应侧带胶手套和防护眼镜，注浆过程中应避开直对孔口管位置，防止浆液洒入眼睛，注浆结束后应即用清水冲洗注浆部和连结管路。
11、井筒注浆期间，工作面要进行连续排水，故潜水泵、污水泵必须保证能正常连续运转，并配置备用泵。
12、注浆时，实行干部、技术人员跟班作业制，要作好详细的记录。
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