郓城矿注浆施工组织设计.docx
《郓城矿注浆施工组织设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《郓城矿注浆施工组织设计.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
郓城矿注浆施工组织设计
山东里能郓州煤电有限公司郓城煤矿主井井筒
基岩段工作面探水、注浆施工组织设计
中煤第五建设公司第三工程处
二○○七年六月十日
设计编制：
设计会审：
目录
1.工程概况-------------------------------------------------------------------------3
2.地质及水文地质概况---------------------------------------------------------3
2.1地质概况----------------------------------------------------------------------3
2.2水文地质概况----------------------------------------------------------------4
3.探水注浆方案---------------------------------------------------------------4
4.注浆工程设计-------------------------------------------------------------------4
4.1注浆起止深度及注浆方式-------------------------------------------------4
4.2注浆钻孔的布置参数--------------------------------------------------------5
4.3注浆孔施工顺序--------------------------------------------------------------6
4.4注浆压力-----------------------------------------------------------------------6
4.5注浆材料及注入量-----------------------------------------------------------6
5平底型止浆垫-------------------------------------------------------------7
5.1平底型止浆垫厚度计算----------------------------------------------------7
5.2混凝土止浆垫施工----------------------------------------------------------------7
6埋设孔口管----------------------------------------------------------------------7
6.1孔口管的规格--------------------------------------------------------------7
6.2孔口管埋设-------------------------------------------------------------------8
7注浆孔的施工------------------------------------------------------------------8
8.注浆作业------------------------------------------------------------------------8
8.1注浆前的准备工作----------------------------------------------------------8
8.2注浆作业----------------------------------------------------------------------9
8.3注浆结束标准及注浆过程中的质量检查---------------------------------10
9钻孔测水-----------------------------------------------------------------------11
9.1井下测水---------------------------------------------------------------------11
9.2井口测水---------------------------------------------------------------------11
10打钻注浆技术要求及注意事项-------------------------------------------11
10.1打钻注意事项-------------------------------------------------------------11
10.2注浆技术要求--------------------------------------------------------------11
11主要安全措施----------------------------------------------------------------11
12排水及供电系统----------------------------------------------------------------12
13工期安排及人员组织-------------------------------------------------------12
13.1工期--------------------------------------------------------------------------12
13.2人员安排--------------------------------------------------------------------12
14钻注设备、材料-------------------------------------------------------------13
郓城煤矿主井井筒基岩段工作面探水、注浆施工组织设计
1、工程概况：
郓城煤矿位于巨野煤田最北部，由济南煤炭设计研究院设计，矿井设计生产能力240万t/a；主井井筒表土及风化基岩段采用冻结法施工。
主井井筒净直径为φ7.0m，全深949.56m，其中表土层厚度为534.3m，冻结深度为590m，基岩段338.8m，据井检孔资料提供，基岩段主要有三个含水层段，该三个含水层预计井筒涌水量总计97.61m3/h（详见表2），但根据目前岩层实际揭露情况分析，该井筒所处围岩中砂岩段均为含水层，而且水量不详。
按照规范要求，当井筒单层涌水量超过10m3/h时，要采用工作面预注浆法通过，因此根据井检孔资料将该井筒地层分为4个段高进行工作面探水注浆通过。
另外，根据业主要求，对冻结段以下的含水层（576.2～603m）也采取工作面预注浆法通过，冻结段套内壁施工前，在井底工作面铺砼底厚500mm，其下为0.5～1.0m的矸石层。
为确保施工安全，特编制本探水注浆施工组织设计。
主井井筒的主要技术特征见表1。
主井井筒的主要技术特征表表1
序号
工程名称
单位
主井
1
井口标高
m
+46.3
2
井底车场标高
m
-870
3
表土层厚度
m
534.30
4
冻结深度
m
590
5
井筒深度
m
949.56
6
净直径
m
Φ7.0
7
净断面
m2
38.5
8
井壁厚度
表土段
mm
1000－2150
基岩段
mm
550－700
9
掘进断面
表土段
m2
63.6－100.2
基岩段
m2
51.5－55.4
10
砌壁材料
表土段
双层钢筋砼
基岩段
单层砼
2、地质及水文地质概况
2.1地质概况
根据井检孔地质柱状图及地质报告，郓城煤矿主井井筒穿过的地层自上而下有：
第四系、上第三系、二叠系地层。
其中二叠系地层概况如下：
二叠系上石盒子组：
深度为534.30～976.48m（未穿透），厚度为442.18m。
主要由杂色粉砂岩、泥岩及灰色细砂岩、灰白~浅灰绿色中砂岩组成，上部受风化使岩石带黄褐色，裂隙较发育，多被充填方解石。
风化带：
总厚60.02m，深534.30~594.32m，主要由中、细砂岩、泥岩组成。
强风化带深度为534.30～552.93m，厚度为18.63m，裂隙较发育。
弱风化带深度552.93~594.32m。
井检孔未发现断层破碎带，地层采取率较高，岩芯完整，地层倾角4-6°。
2.2水文地质情况
基岩段的主要含水层为上石盒子组砂岩含水层，是以孔隙为主的含水层，埋深为742.71～867.37m，含水层厚53.07m，含粗砂岩、中砂岩、细砂岩8层，泥质胶结，硬度中等，局部发育孔隙及裂隙。
根据流量测井把上石盒子组砂岩含水层分成三个含水段，各含水段的位置及预计井筒涌水量见表2。
但是冻结段以下的所有砂岩，均可能含水。
井筒上石盒子组砂岩预计井筒涌水量表表2
含水段
含水段深度（m）
含水段厚度（m）
预计井筒涌水量（m3/h）
第一含水段（M1）
770.85~783.90
13.05
41.87
第二含水段（M2）
798.40~824.70
17.00
30.54
第三含水段（M3）
857.75~867.45
9.70
25.20
合计
39.75
97.61
说明：
该井筒所处砂岩均为含水层，但水量不详。
3、探水注浆方案
根据检查孔地质柱状及地质成果报告分析，基岩段穿过的主要含水层为上石盒子组砂岩含水层，是以孔隙为主的含水层，必须进行工作面预注浆。
工作面预注浆是以封堵砂岩孔隙、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，用全液压钻机在工作面施工注浆孔；冻结段以下的576～651m段含水层则根据现场情况，利用原封底砼及其下部预留岩柱（576～590m）注浆加固后作止浆垫，然后正常进行工作面探水注浆工作。
设两个注浆站，一个注浆站设在地面，通过地面注浆泵和井壁吊挂无缝钢管，将地面搅拌好的水泥浆液压入注浆孔含水层裂隙中，用来封堵裂隙水；另一个注浆站设在工作面工作台上，用来压注化学浆，封堵孔隙水。
4、注浆设计
4.1注浆起止深度及注浆方式
根据井筒基岩段水文地质条件及钻探设备的施工能力，确定基岩段含水层的探水注浆采用4个段高。
待第一段高探注全深后，进行此段的井筒掘砌。
注浆深度进入不透水层约5m。
注浆第一注浆段576～651m，探水注浆段深75m，可根据钻机能力加大探注段高；第二注浆段648～720m，探水注浆段深72m；第三注浆段725～840m，探水注段深115m；第四注浆段840～955m，探水注段深115m。
每一注浆段预留岩帽厚度均大于10m，注浆终孔深度均进入不透水层5m。
详见表3。
注浆方式，全段高下行分层压入式注浆。
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。
注浆段高的划分表3
注浆段段次
注浆段起止深度
（m）
注浆段高划分
备注
起止深度（m）
段高（m）
第一注浆段
576～651
576～651
75
第二注浆段
648～720
648～720
72
第三注浆段
725～840
725～840
115
第四注浆段
840～955
840～955
115
注：
①探水与注浆起止深度的划分均以井口标高+46.3m为±0.0算起。
②探水与注浆起止深度应根据实际揭露地层与井检孔预计情况作相应调整。
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，7.0m
A—注浆孔与井壁距离，为0.5m
L—注浆孔间距，取2.5m
计算得N=7.5，取8个。
钻孔布置详见工作面探水、注浆平面布置图。
注：
每一注浆段钻孔均为8个，孔间距均为2.12m，开孔位置距井中均为3m，钻孔径向倾角：
第一注浆段为2°17′26″，第二注浆段为2°8′51″，第三、四注浆段均为1°29′40″；实际施工时，应根据裂隙发育情况同时考虑钻孔切线方向倾角。
4.2.2径向倾角
α=tg-1（S+A）/H
式中：
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S1=S2=2.5m（终孔位置在径向上超出下部掘进荒径2m）
A—注浆孔与井壁距离，为0.5m
H—段高，H1=75m，H2=72m，H3=H4=115m
计算得：
α1=2°17′26″，α2=2°23′09″，α3=α4=1°29′40″，探水注浆孔布置参数见表5。
探水注浆孔布置参数表表5
注浆段数
孔数
距井壁距离（A）
孔间距
径向角
终孔超出荒径距离（S）
1
8个
0.5m
2.0m
α1=2°17′26″
2.0m
2
α2=2°23′09″
3
α3=1°29′40″
4
α4=1°29′40″
4.3注浆孔施工顺序
注浆孔8个，1#布置在正北方向，按顺时针编钻孔序号，钻孔布置详见钻孔平面布置图。
8个钻孔分两组交替施工1#、3#、5#、7#孔为第一组，先行施工，封堵大的裂隙，第二组2#、4#、6#、8#孔封堵细小裂隙，并作注浆质量检查孔，其中1#孔为初检孔，主要检查水量和地层的岩性，8#孔作为终检孔，检查本次探水注浆的质量。
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一，一般选用注浆终压取地下水压力的2～2.5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。
详见表4.4。
注浆起止深度，段高、孔数、钻孔径向倾角及注浆压力表4.4
段序
注浆起止深度
（m）
注浆段高
（m）
注浆孔数
（个）
注浆径向倾角
注浆压力（kgf/cm2）
1
576～651
75
8
2°17′26″
130.2～162.75
2
648～720
72
8
2°23′09″
144.0～180.0
3
725～840
115
8
1°29′40″
168.0～210.0
4
840～955
115
8
1°29′40″
191.0～238.75
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；注浆后期视注浆效果压注化学浆液，封堵孔隙水。
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H1=75m，H2=72m，H3=H4=115m
R——浆液有效扩散半径，前期注浆取14.5m，后期注浆取10.5m。
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3%，后期注浆取0.5%。
计算得水泥浆液量：
V1=2229.3m3，V2=2139.0m3，V3=V4=3418.3m3。
注浆材料详见表4.5。
各含水层水泥浆液量及材料用量表4.5
浆液类型
段序
水泥浆（m3）
水泥（T）
三乙醇胺（T）
食盐（T）
P.O42.5
水泥浆液
1
2229.3
1672
0.836
8.36
2
2139.0
1604.2
0.802
8.02
3
3418.3
2563.7
1.282
12.82
4
3418.3
2563.7
1.282
12.82
合计
11443.8
8403.6
4.202
42.02
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、砼注浆垫
5.1砼止浆垫厚度计算
砼设计标号C65砼止浆垫设计成单级平底型，配合比为水泥：
砂子：
石子：
水=1：
1.43：
2.76：
0.42。
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
式中：
PO：
注浆终压，PO1=16.275MPa，PO2=18.0MPa，PO3=21.0MPa，PO4=23.875MPa
[σ]：
砼3～7天极限抗压强度，取48.75MPa，现场应根据实际试验强度取值
r：
井筒荒半径4.05m
k：
安全系数，取2
计算得砼止浆垫厚度：
BN1＝3.92m，BN2＝4.2m，BN3＝4.7m，BN4＝5.18m
在施工时，先加固止浆岩帽，使岩帽与混凝土止浆垫共同承受注浆压力，故BN2/BN3/BN4分别取3.5m/4.0m/4.5m；第一注浆段根据现场情况，利用原封底砼及其下部预留岩帽注浆加固后作止浆岩柱。
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500mm，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。
6、埋设孔口管
6.1孔口管长度取值
根据《简明建井工程手册》要求，孔口管长度大于止浆垫总厚0.5m，止浆垫上高度留0.3m，孔口管取值见表6.1。
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。
砼止浆垫厚度及孔口管长度表 表6.1
井筒
段次
注浆终压（MPa）
止浆垫砼厚度（m）
孔口管长度（m）
主井
1
16.275
0.5+预留岩帽（加固）
4.0
2
18.0
3.5
5.0
3
21.0
4.0
5.3
4
23.875
4.5
5.8
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、倾角固定在大模板上，用φ130mm冲击钻头开孔钻进，钻进深度分别为3.7/5.0/5.5m，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300mm。
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、探水注浆孔的施工
探水注浆孔采用2台ZDY650（MK-3）型液压钻机（液压钻机额定功率为15kw，额定转速为110r/230min，全液压传动）配Ф50mm钻杆及Ф75mm三芯钻头施工，地面直接供水作打钻循环水。
在打钻前，要在φ108mm孔口管上安设4″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2.2m，工作台采用φ108mm钢管等钢构件搭设，钢管固定在大模板上，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
注浆站布置在井口附近，站内安装XPB-90E型液压注浆泵（最大泵压260kg/cm2最大泵量190L/min），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，上料利用现有散装水泥罐直接上料。
地面注水泥浆利用一路φ50×6mm无缝钢管作输浆管路，井下工作平台设注浆泵注化学浆液，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″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
（kg）
浆液比重
浆液体积
（m3）
0.5:
1
1200/24
600
0.6
6
1.8
1.003
0.6:
1
1100/22
660
0.55
5.5
1.72
1.024
0.75:
1
950/19
712
0.48
4.8
1.62
1.037
1:
1
750/15
750
0.38
3.8
1.5
1.002
1.25:
1
650/15
812
0.38
3.3
1.42
1.030
1.5:
1
550/11
825
0.28
2.8
1.37
1.009
2:
1
450/9
906
0.23
2.3
1.29
1.051
浆
升级会员 