潞宁进风井井工作面预注浆施工组织设计.docx
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潞宁进风井井工作面预注浆施工组织设计
第一章概况............................................2
第一节工程概况.....................................2
第二节地质和水文地质概况...........................2
第三节设计编制依据.................................3
第二章、施工工艺........................................3
第一节施工方案.....................................3、
第二节施工设计.....................................6
第三节施工工艺....................................14
第三章、施工辅助系统....................................21
第一节排水系统.....................................22
第二节通风系统.....................................22
第三节供水系统.....................................22
第四节供电系统.....................................22
第五节其他系统.....................................22
第四章、劳动组织及工期预计...............................22
第一节劳动组织.....................................22
第二节工期预计.....................................23
第五章、设备材料计划表...................................24
第六章、安全技术措施措施................................26
第一节钻孔防突水安全技术措施.......................26
第二节钻进技术安全技术措施.........................27
第三节注浆施工安全技术措施.........................28
第七章、灾害应急措施及避灾路线...........................31
潞宁煤业西扩区进风井工作面预注浆施工安全技术措施
第一章概况
第一节工程概况
项目部施工的西扩区进风井井筒净直径6m,井筒全深402.3m(不包含井底水窝),井口标高+1512.3m,落底标高+1110.0m,井筒表土段及风化基岩段55.8m现已施工完毕,井壁结构除表土段及风化基岩段为钢筋混凝土外,全部为素混凝土井壁,基岩段壁厚为500mm,混凝土标号为C30。
井筒设计有2个马头门和1个预留洞孔。
进风井井筒现已浇筑施工到井深128.3m,施工完第32模后(每模4m),于2014年9月12日上午11:
28分在井深130.4m(有2m空头)工作面打眼时,发现在西北部、北部眼孔有涌水,且有压力,工作面水位上涨,水泵排水不及,实测涌水量有70~80m3/h(不包括井深80m处截水槽位置涌水7m3/h),为防止涌水淹井,不能再继续往下施工,只能采取强排水应急救援方案,现已增加安装一台50m3/h卧泵、两台30m3/h吊泵,使用卧泵、吊泵配合吊桶排水,现在已经能够控制住水量,准备进行工作面注浆封水,为了注浆工作有序进行,特编制此措施。
第二节地质和水文地质概况
根据我项目部实际揭露的岩层与矿方提供的《进风井检查孔地质报告JC1》对比分析,其与实际地质条件出入较大,对井筒施工来说已不适用;但与矿方提供的《回风井检查孔地质报告JC3》基本相符;因此根据实际情况,本措施地质水文概况以《回风井检查孔地质报告JC3》为主。
进风井70~160m分别穿过细粒砂岩、中粒砂岩、砂质泥岩、页岩,根据井筒实际揭露的岩层实际情况,70m~88m的细粒砂岩与94m~108m砂质泥岩基本无水,主要出水位置是88m~94m的页岩,108m~160m的中粒砂岩,
该段围岩类别多中等稳定岩层,局部为属弱稳定岩层。
钻孔岩芯RQD值为64~100,岩体质量指标0.80~2.46,岩石质量等级为Ⅲ级中等—Ⅰ级极好的,岩体完整性为完整性差—完整,岩体质量指标分级为Ⅲ级中等-Ⅱ级良的类型。
进风井筒预计最大涌水量为53.38m3/d,但今年夏季宁武地区降水量充沛,现场实际揭露水量与预计水量出入较大,经过现实测涌水量为70~80m3/h,涌水量大。
第三节设计编制依据
一、进风立井平、剖、断面图S1202-118.1-1;
二、进风立井工程施工合同,设计交底及图纸会审文件;
三、《西扩区进风井井筒工程施工组织设计》;
四、《西扩区进风井井筒工程施工作业规程》;
五、回风井井筒检查钻孔水文地质柱状图JC1;
六、《矿山井巷工程施工及验收规范》;
七、《煤矿安全规程》;
八、《简明建井工程手册》。
第二章施工工艺
第一节施工方案
一、施工方案
根据井筒施工现状,现在安装有一台50m3/h卧泵排水系统,两台30m3/h吊泵,能够满足100m3/h以内涌水量的排水工作,故此先采取强排水到底,查看测量工作面实际出水量,如工作面涌水量小于20m3/h,且无压力,采取工作面直接堵漏封孔注浆,后直接施工,打一模注一模,采用工作面短段探、注、掘施工,逐模推进至含水层通过;如工作面涌水量大于20m3/h,或有压力,采取工作面封孔注浆减少水量,打止浆垫进行剩余施工段工作面预注浆,封堵涌水后,一次施工到底。
如含水层厚度为50m以内,采用一次注全深通过含水层,如果含水层较厚采用分段下行式通过含水层。
二、施工顺序
(一)工作面短段探、注、掘施工顺序
1、先强排水到井底,采用484mm无缝钢管加工注浆管直接砸到原打眼出水的眼孔内,进行封闭工作面涌水注浆;
2、风钻下井,使用长4m钻杆配合直径41㎜的钻头探水,沿荒径周圈平均布置8个眼,再在原出水位置距荒径500mm各布置2个探眼,打眼时钻杆要打到底;
3、探眼时,如眼孔无水,则直接使用风钻打眼,使用41㎜的钻头打眼,眼深不超过2.5m,探眼在装药时眼底要回填到眼深不超过2.5m,进行装药放炮;如眼孔内有涌水,打到底后直接用484mm无缝钢管加工的带球阀长1.5m的注浆管砸到眼孔内,采用ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵,注浆结束后,再用风钻再在原探眼间打探眼,如有水,则再注再探,直到探孔内没有水,再打2.5m浅眼放炮;
4、如此反复,每一炮都坚持先探后掘,先注后掘的施工方法,探眼孔深应大于循环进尺不小于2m,施工时边探、边注、边掘,直至施工到底。
在施工过程中如打探眼时,涌水超过排水能力,要停止继续探眼钻进,先将涌水量大的眼孔提钻,砸好注浆管,关闭球阀,要依次处理,不得同时将有水的眼孔同时提钻,全部砸好注浆管后进行注浆。
处理过程中如注浆管砸不住,且水压大,涌水量增大,就不再提出钻杆,直接卸掉,收风钻,进行打止浆垫工作面预注浆施工。
(二)工作面预注浆施工顺序
1、先强排水到井底,采用484mm无缝钢管加工注浆管直接砸到原打眼出水的眼孔内,进行封闭工作面涌水注浆;
2、脱模,拆除大模刃角,提升模板底口距浇筑好的混凝土下口不小于1米,施工止浆垫时,模板应提升至高于设计止浆垫1m处;
3、浇筑止浆垫前,先按预定止浆垫宽度刷帮找底,再焊接固定预埋7个孔口管,孔口管距井壁0.5m,周圈平均布置,间距2m,布置时采取径向角70,切线角1200斜孔,以满足封水效果,孔口管采用1086mm无缝钢管加工而成,外焊与4寸25MPa高压闸阀配套的法兰盘,全长4.1m,埋固3.5m,外露0.6m,以便高压闸阀和注浆三通盘的安装。
安装后要采用混凝土将底部浇筑固定;
4、打止浆垫封工作面,止浆垫总厚度暂定为3.5m(如3.5m止浆垫无法堵水,则根据实际情况加厚止浆垫),先铺500mm的石子滤水层,再铺一层普通砖,最后浇筑强度C30混凝土,止浆垫压井壁1500mm(余2m空头),止浆垫与井筒结合处井壁应预先使用风镐打毛,施工止浆垫时,中心要预先采用铁桶做为滤水桶,下部500mm的桶身上要打眼做滤水孔,确保水流通畅,用做铁桶作为吸水小井进行排水,铁桶要高于止浆垫上平面不少于200mm,最后使用混凝土一次性封闭,如发现水大时,也可埋一个注浆管,最后与其他注浆管一起进行工作面预注浆;
5、在等待止浆垫强度达到要求的过程中,搭设钻机平台,采用钢木结构,平台底口距离工作面迎头高2.2m,平台梁上设置两圈槽钢,以方便钻机安装及移动,槽钢外圈圈径以不影响钻机安装为准;
6、使用MZ120-Ⅱ型风动潜孔钻机进行钻孔打眼,该钻机额定钻距120m,采用1m/根直径Φ60mm的钻杆,Φ90mm钻头钻孔,钻孔深度28m;
7、在钻机平台上安装ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵,配置电机功率22KW,注浆压力最高达22Mpa,浆液在井口配置,通过底卸式吊桶下放到钻机平台上的铁桶内进行注浆,注浆压力要求达到15MPa,注浆以先稀后浓为原则进行注浆。
注浆结束标准为注浆压力达到设计终压,其值并保持20分钟以上;达到终压时吸浆量<40升/分;
8、止浆垫拆除,采用钻爆法施工,由于止浆垫混凝土的强度比一般岩石的强度要高,施工中可以采取分次爆破,首先在井筒中心掏槽,增大自由面,然后爆破注浆孔布置圈径内的断面,最后按井筒净径刷帮;
第二节施工方法设计及计算
一、探水注浆段高设计
现在施工工作面的井深为130.3m,根据地质柱状图JC3显示该含水层至180m处时结束,现要打止浆垫暂深3.5m,则止浆垫上平面到含水层距离为180-3.5-130.3=46.2m。
根据注浆段高均遵循《煤矿安全规程》第31条第二款:
“井底的设计位置在注浆的含水岩层内时,注浆深度必须大于含水层至不透水层5~10m。
”的规定,所以注浆段高定为56.2m。
由于对进风井地质分析是参考回风井地质柱状图JC1,为保证施工质量在施工前先打探水孔测定实际含水层厚度。
如实际含水层厚度与地质柱状图JC1一致,则执行原段高设计。
如含水层比估算含水层厚则采取分段注浆,分段掘进的方法通过含水层,一次注浆厚度60m,掘进40m。
附:
西扩区进风井探水钻孔布置图
二、注浆终压设计
根据《矿山井巷工程施工及验收规范》第3.5.20条第一款规定,注浆终压宜大于或等于静水压力的2~4倍。
即P0=(2.0~4.0)P静水压力
根据《回风井检查孔地质报告JC1》,得知井筒静止水位78m,钻孔时钻口高为+15m,则静水位标高为+93m,由于注浆终孔超井底10m计高为190
则高差为:
H=93+190=283m。
计算静水压力为:
P静水压力=ρ·g·h=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×283m=2.77MPa.
本设计含水层取注浆终压为2~4倍的静水压力,得
P01=2.0P静水压力=2.0×2.77=5.54Mpa
P02=2.0P静水压力=4.0×2.77=11.08Mpa
根据现有注浆机性能取值7~9Mpa。
三、止浆垫设计
止浆垫设计为单级球面形止浆垫,混凝土选用素混凝土结构,选砼等为C30。
见单级球面形止浆垫示意图如下:
止浆垫厚度按公式计算:
B≈P0·r/[σ]
B:
单级球面形止浆垫厚度,m;
P0:
注浆终压,9Mpa;
r:
井筒荒半径,3.5m;
[σ]:
混凝土允许抗压强度,[σ]=R3-7/k,Mpa;
R3-7:
混凝土3~7天的极限抗压强度,根据C30配合比报告单7天抗压强度为26.6Mpa;
K:
安全系数,取K=2;
混凝土抗压强度:
[σ]=R3-7/k=26.6/2=13.3Mpa;
止浆垫厚度:
B≈P0·r/[σ]=9×3.5/13.3=2.368m,取2.4m;
为防止从止浆垫和井壁结合部位跑浆,止浆垫浇注时向上和井壁重合1.9m(有2m空头),总厚度3.5m。
考虑到工作面有水,为保证止浆垫早期强度,应适当的添加早强减水剂。
由于工作面有涌水,为保证止浆垫质量,需铺设碎石滤水层,根据《简明建井手册》表4-2-70,涌水量大于50m3/h时滤水层厚度为不少于500mm。
四、井壁强度验算
井壁强度验算公式:
[δ′]=P0[(D+2E)2+4h2]/4E(D+E)≤[δ]
[δ′]:
井壁材料的实际压应力,Mpa;
[δ]:
井壁材料的允许抗压强度,30Mpa;
D:
井筒的净直径,6m;
E:
井壁设计厚度,0.5m;
P0:
注浆终压,9Mpa;
h:
球面矢高,h=0.3r=0.3×3.5=1.05m;
r:
井筒荒半径,3.5m;
井壁材料的实际压应力[δ′]=P0[(D+2E)2+4h2]/4E(D+E)=9×[(6+2
×0.5)2+4×1.052]/4×0.5×(6+0.5)=36.98Mpa
井壁强度验算值36.98Mpa>30MPa,井壁强度不符合施工要求。
则需要计算满足注浆要求的与止浆垫连接段的井壁厚度公式为
E′=
E′:
按注浆要求与止浆垫连接段的井壁厚度,m;
δC:
井壁材料的允许抗压强度,30Mpa;
代入计算得:
E′=1.9m
为此决定从止浆垫的底部开始,往上范围内增加井壁厚度至2m,同时将球面半径浇筑水平,并对止浆垫向上10m范围内进行注浆加固,来满足井壁强度验算的要求。
五、探水注浆孔数设计
探水注浆孔的计算公式为N=π(D-2A)/L
N:
注浆孔数量,个;
D:
井筒直径,6m;
L:
孔间距,由于采用Φ90mm钻头钻孔,孔间距取值为1.5m;
A:
注浆孔与井壁的距离,0.3m;
计算N=π(D-2A)/L=3.14×(6-2×0.3)/1.5=11.8个。
探水注浆孔数设计为12个,检查孔1个,布置在以实测最大涌水量处,钻孔扫孔结果作为注浆结果的检查依据。
六、注浆孔布置设计
注浆孔布置时采取径向、切向斜孔,以满足封水效果。
具体见探水注浆孔平面布置图。
斜孔径向倾角公式α=tg-1(S+A)/H
α:
斜孔在径向上与竖直轴线的夹角,(0);
S:
终孔位置在径向上超出净径的距离S=E+m,m;
E:
永久井壁厚度,0.5m;
m:
终孔位置超出荒径的距离,一般m=2~4m,取2.5m;
A:
注浆孔与井壁的距离,0.5m;
H:
注浆段高,56.2m;
计算钻孔径向倾角为
α=tg-1(S+A)/H=tg-1(0.5+2.5+0.5)/56.2=3.50,取40;
七、孔口管设计
孔口管设计要确保探水工作的安全,并对排放水能做到有效控制,保障注浆终压的完成。
孔口管采用1086mm无缝钢管加工而成,外焊与4寸25MPa高压闸阀配套的法兰盘,全长4.1m,埋固3.5m,外露0.6m,以便高压闸阀和注浆三通盘的安装。
孔口管管身焊接数个钢筋倒刺,以增加孔口管管身与周围围岩的磨擦力。
如下图所示:
八、注浆量设计估算
注浆量按公式Q=NλπR2H1ηβ/m
Q:
全部浆液量,m3;
N:
注浆孔个数,12个;
λ:
浆液损失系数,取1.3;
R:
浆液有效扩散半径,取6m;
H1:
注浆段高,56.2m;
η:
岩层平均裂隙率,0.03~0.05取0.03;
β:
浆液在裂隙内的有效充填系数,取0.9;
m:
结石率,取0.85。
计算预计注浆量
Q=NλπR2H1ηβ/m=12×1.3×3.14×62×56.2×0.03×0.9/0.85=3148m3
施工中应根据注浆的实际情况及时调整。
九、注浆设备选型设计
1、钻机选型
选用MZ120-Ⅱ型风动潜孔钻机。
该钻机功能具有较强的针对性,重量轻、人工搬运方便,扭距大、不易卡钻,钻进速度快,钻孔质量高,可调性强,适应各种岩石,可以钻进不同角度、不同孔径的钻孔。
MZ120-Ⅱ型风动潜孔钻机工作风压0.6—1.2Mpa,配置中压空压机;耗气量12—17m3/min,一次推进行程1.0m,额定钻距120m,最大进尺速度可达0.4m/min,最大推进力18KN,最大起拔力30KN。
钻杆直径Φ60mm,1m/根;主风管为Φ50高压管,20m/根。
2、注浆泵选型
选用ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵,该注浆泵的传动系统为二位变速齿轮轴传动,性能稳定,操作简单;浆缸、浆缸盖、吸、排浆阀为单体结构,安装检修、排除故障便利;配置电机功率22KW,浆缸内的缸套、活塞直径左Φ60,右Φ45,注浆压力最高达22Mpa,两级调速,可满足各种条件注浆的需要。
第三节施工工艺
一、孔口管埋设工艺
1、为加快安装速度,根据注浆孔的设计孔位,孔距和角度等,先在井口地面试组装和校正工作;
2、将工作面按止浆垫设计尺寸刷大后,利用风锤在原浇筑混凝土井壁底口向上200-300mm范围内同一水平打眼4个,两眼连线与井筒十字线平行,且距井筒十字线垂距950mm,砸进橛子,用U型卡子将其与5000mm长的I20工字钢连接,在钢梁上方放置16#槽钢井定位圈,槽钢之间采用螺栓连接;
3、架设好上部槽钢定位圈,槽钢定位圈直径4.4m,要调整定位圈中心与井筒中心重合,并以中心转动,使槽钢定位圈上的预留螺栓孔与设计标注的方向重合,安设孔口管,使用U型卡固定,按上下圈上的分组编号,将孔口管对号卡在生根圈上;
4、孔口管下口要用锚杆打眼按设计固定在迎头底板岩石上。
二、止浆垫浇筑工艺
1、先对靠近止浆垫10m范围内已浇筑好的井壁进行注浆加固;
2、按设计刷帮找底,满足止浆垫浇筑段1.25m壁厚和单级球面形状;
3、采用早强混凝土先在底口浇筑固定孔口管,并调整孔口管方位、角度、高低,浇筑固定孔口管下方200mm左右;
4、将加工好的带密集滤水孔的集水桶紧靠底板,放置在井中固定,滤水孔高度不超过500mm,并将井壁淋水使用截水槽截流流入集水桶,确保集中排水,不影响混凝土浇筑强度;
5、施工混凝土止浆垫前,将井壁与混凝土止浆垫的接触面凿毛,以便两者严密结合,避免跑浆。
6、按设计球面铺设500mm的碎石作为滤水层;
7、铺一层普通单砖,再铺一层塑料布,封堵混凝土防止浆液渗漏,影响滤水效果;
8、开始浇筑止浆垫,在浇筑时,所用砼由地面搅拌机严格按照砼配合比C30进行搅拌配制,拌好后的砼经下料管下放至工作面,风动振捣器分层振捣,分层厚度400m。
为缩短砼养护时间,在砼中加入三乙醇胺与氯化钠复合早强剂。
三、搭设钻机平台工艺
1、距止浆垫上平面2.2m处同一水平打眼4个,眼位距井筒南北中心线垂距950mm,砸进道轨橛子,用U型卡子将其与4800mm长的I20工字钢连接,南北方向放置;
2、东西方向也同水平,距东西中心线垂距950mm,也打4个眼,砸进道轨橛子,用短工字钢平行东西中心线一头与南北工字钢螺栓连接,一头与道轨橛子连接,北面南北工字钢中同直线上也连接一根短工字钢,南面连接在贴近东西井中线,南面留做吊桶通道,钻机施工时,可临时设置活动槽钢作底盘,确保打眼时钻机稳固,确保施工安全;
3、平台梁上设置两圈槽钢,以方便钻机安装及移动,详见钻机平台示意图。
4、再在上面铺设不小于50mm厚的大板,将大板与工字钢和槽钢用铁丝绑扎连接固定,间距过大时,可在中间加设槽钢;
5、确保平台稳固承重后,安设钻机或注浆设备等进行施工。
四、孔口管、止浆垫注浆加固工艺
1、孔口管埋设完毕后,经过养护,并搭设好钻机平台后,对固结质量进行压水检查,如发现孔口管外围有漏水现象时,采用注浆加固补强,方法:
用钻机扫孔到孔口管底口以下0.5m,定量注入水泥水玻璃双液浆到冒浆,反复2-3次,再压水试验到不漏为止;
2、如果止浆垫下有滤水层,止浆垫浇筑完,并经过3-7天养护后,要对滤水层进行低压注浆固结,封闭工作面涌水,使滤水层和止浆垫结合为一体,浆液采用水泥水玻璃双液浆,滤水层注浆后,养护24小时,再对孔口管压水试验。
五、钻进工艺
1、钻机开始工作时,应仔细检查风水管路是否连接牢固,不准有漏水、漏风现象,检查各部件是否都已拧紧,与钻机平台连接是否牢固可靠;
2、首先从管口钻进4.2m后停止钻进,拆除钻杆、钻头进行孔口管耐压实验,当压力大于设计注浆终压,稳定时间必须至少保持半小时,孔口管周围不漏水、牢固不活动。
否则,重新进行注浆固管,直至满足要求。
必要时在孔口管两侧打锚杆,用管卡将孔口管固定在锚杆上,锚杆设计为18mm1.8m的树脂锚杆,注牢后注满砂浆增加锚固力。
在孔口管满足耐压实验的要求后,方可进行正常钻进。
钻进之前一定要将高压球阀安装上并联接好防喷装置,方可进行正常钻进施工;
3、开孔时,将钻机操作阀扳至推进状态,使钻头顶紧工作面开孔位置,先以较大冲击力冲击,不要开动旋转操作阀,以便于钻头定位,给予适当的水量减少粉末,待钻头钻进150-200mm时,再以全风门冲击旋转,并适当加大推进力和水量,使汽水混合物保持适当比例,进行正常的凿岩工作。
钻完一根钻杆后,停掉冲击旋转操作,将风水调至最大,来回拉动几次,以便更多的岩粉排除。
接钻杆时,要停止风马达运转和停止给冲击器送风送水,把叉字插到托钎器的钻杆槽中,使风马达反转,滑板后退,使接头和钻杆脱开,接上钻杆,按次循环连续工作,直至终孔结束。
4、钻进过程中应定期、定时的观测钻孔水量的变化,当钻孔涌水量小于3.0m3/h时,一次钻至终孔深度,然后提钻注浆;当钻孔涌水量大于3.0m3/h,停止正常钻进,进行提钻注浆,然后再扫孔、钻进,直至满足终孔深度的要求。
5、每次成孔之后,都应仔细观测注浆孔的水量、水温、水压、水色、水味及携带物质,详细地记录数据,以便分析水源。
六、注浆施工工艺
1、将ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵下放到钻机平台安装,并在钻机平台靠近喇叭口垂直位置设置注浆站,注浆站设水泥搅拌池、水玻璃池和清水池。
2、注浆管采用φ32高压软管,通过高压快速接头连接,将混合器和三通与孔口管上高压球阀连接,形成注浆系统。
3、注浆泵电源供给由原一台电泵电源供给,吸水满足不了排水负荷时,采用风泵排水。
4、注浆前必须将孔口球阀及放浆阀关闭,对所有注浆管路进行压水试压,试压压力为注浆终压的1.2倍,当达到注浆压力并稳定10~15分钟管路不漏水后方可进行注浆作业。
5、注浆时先测定静水压力,以便掌握核实注浆终压,确保注浆终压控制在静水压力的2~4倍。
然后进行注清水实验,压水时间为10~20分钟,主要用来检查泵和吸排管路的畅通情况,同时加压,用清水冲洗岩石裂隙的泥质充填物和孔内岩粉,提高浆液与裂隙面的粘结程度及抗渗透性,使注浆达到很好的效果。
再者根据压注清水,了解岩石的吸水率,以便确定浆液的类型和初始浓度。
6、开始注浆,由地面搅拌机拌浆,按配比拌好的浆液放到2m3底卸式吊桶内,下放到工作面的搅拌池内,由压风二次搅拌,注浆机通过吸水笼头吸取浆液进行注浆,见注浆施工工艺流程图。
注浆以单液水泥浆为主,但每孔注浆前先压注水玻璃单液5-10分钟,其目的是润滑和疏通裂隙,以利于注水泥浆时吸浆。
每次注浆均应遵循先稀后浓的原则。
水泥浆浓度采用2:
1、1.5:
1、1.25:
1、1:
1、0.75:
1和0.6:
1六个级配,视注浆压力和注浆量的变化进行调整。
采用单一水泥浆添加水泥质量0.5%的氯化钠和0.05%的三乙醇胺。
注浆初始,如吸浆量大于吸水量的80%,可调浓一级配比,反之则调稀。
如注浆压力持续30分钟不变可调浓一级配比。