五沟煤矿副井探水预注浆施工组织设计.docx
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五沟煤矿副井探水预注浆施工组织设计
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编审单位
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项目部编审
编制人
审核人
技术负责人
安全副经理
项目经理
处审批单位
工程科
机电科
安监处
副总工程师
矿建
通防
机电
地测
总工程师：
一、概况
（一）井筒设计和井筒施工概况
（二）地质和水文地质概况
（三）设计编制依据
二、探水注浆设计
（一）探水注浆段高划分
（二）注浆终压确定
（三）井壁强度验算
（四）探水注浆孔数
（五）注浆孔布置
（六）止浆垫设计
（七）孔口管设计及埋设
（八）探水钻进顺序和注浆方式
（九）注浆工程量估算（十）注浆设备选型
三、钻进、注浆施工
（一）施工准备
（二）止浆垫施工
（三）搭设钻机平台
（四）孔口管、止浆垫注浆加固
（五）钻进工艺
（六）注浆工艺
1注浆施工工艺流程
2水泥浆配制
3注浆
4注浆结束标准
5注浆效果检查
6管路清洗
7注浆记录
（七）注浆结束后井筒掘砌
四、劳动组织及工期预计
五、设备材料计划表
六、钻孔防突水措施
七、技术安全措施
八、附表及附图
一、概况
（一）井筒设计和施工概况
五沟矿井隶属于皖北煤电集团，设计生产能力0.6mt/a，立井开拓，共设计主、副、风三个井筒；三个井筒均布置在工业广场内。
其中副井井筒净直径6.0m，井筒全深504m；井筒穿过冲积层厚度272.2m，穿过基岩厚度231.8m；井筒冲积层和风化基岩采用冻结法施工，冻结段井壁304m，其底部15m为壁座，钢筋混凝土结构，壁座段井壁厚1300mm,其下为2m的支撑圈，壁厚700mm；壁座以上为双层井壁，钢筋混凝土结构，外壁厚400mm〜600mm，内壁厚700mm。
井筒基岩段采用
普通法施工；其井壁结构为素混凝土井壁，壁厚为400mm，混凝土标号为C30。
现已施工完壁座，壁座底板位置设计标高为-272.80m，即井深301.5m，也是止浆垫的上口标高，止浆垫设计厚度为3.5米。
在壁座下方再掘进3.5m（井深
306.0m），开始架设定位圈，按设计角度绑扎、固定8个孔口管，均匀布置，再进行浇筑止浆垫。
止浆垫浇筑好后，进行壁座和套壁施工。
最后安装风水管路和注浆管路，架设钻机平台，对工作面预注浆。
副井井筒于2005年12月6日完成冻结段外壁掘砌，开始套内壁施工，预计到2006年1月20日套壁结束，转入基岩段探水注浆施工。
（二）地质和水文地质概况
副井井筒基岩段在井深304m之下主要穿过F3断层、31煤层及K3砂岩等地层层位，揭露的含水层主要有：
一是F3断层下盘砂岩含水层，二是31煤顶、底板砂岩含水层，三是K3砂岩组合含水层。
（1）地质
根据主井检查孔及实际揭露地层推算（见柱状图），预计副井揭露的基岩地层简述如下：
1、副井井筒预计272.49m见基岩
2
，岩石强烈破碎，灰黄色，微绿，细粒结构，
，浅灰色微绿，块状，含少量铝质及菱铁鲕
，已考虑井筒直径和断层倾角，灰色、微灰绿色砂岩，岩石松软。
、强风氧化带为272.49~282.11m块状，含少量紫斑，含少量粉砂质。
3、弱风氧化带为282.11~292.37m粒，岩石裂隙发育，岩石破碎。
4、断层破碎带为280.50~295.50m绿，岩石有受挤压现象，中部夹0.3m
5、煤线为357.07~357.47m；373.03~373.33m；378.53~378.83m
6、31煤为383.03~385.53m，黑色，碎块状，含少量粉末状，暗煤为主，少量亮煤，弱玻璃光泽，半暗型煤
7、K3砂岩为405.58~411.03m，灰白色、中细粒结构，石英为主，硅质胶结，
裂隙较发育，见擦痕，岩石较破碎。
8、煤线为475.23~476.07m。
9、地层倾角12°。
（2）水文地质据主井检查孔流量测井成果资料及副井检查孔和副井水文地质资料推测，副井井筒含水层可分三段：
第一段为F3断层及下盘砂岩含水层；第二段为31煤顶板砂岩含水层；第三段为K3组合砂岩含水层。
1、F3断层及F3断层下盘砂岩裂隙含水层：
埋深320.50〜334.50m,F3断
层在320.50~324.55m过该井筒，由于F3断层与矿井边界五沟断层相交，且该断
层落差较大，倾角较大，断层附近可能发育较多裂隙，从而由井筒放炮开挖时，导通上下含水层。
据《五沟煤矿勘探报告》26-5孔抽水试验预算五沟断层涌水量为1.9m3/h。
且据主井检查孔流量测井成果资料，F3断层上下细砂岩含水层出水量为10.8m3/h。
正常情况下过F3断层破碎带出水量不会太大。
2、31煤顶板砂岩含水层：
埋深345.70〜350.95m，灰色微绿，细粒结构，石
英、长石为主。
含菱铁，裂隙发育，分选中等，坚硬。
据主井检查孔流量测井资料，该段涌水量为15.9m3/h
3、K3组合砂岩含水层：
埋深398.10〜422.24m,位于31煤下12.25m左右，
K3砂岩有1〜2层，岩性为灰白色中细粒砂岩，钻探揭露时没有发生漏水现象，该单独含水层除局部地段富水性较强外，总体上属于富水性弱至中等的含水层。
该含水层未做抽水试验，不能直接预算出井筒穿过该含水层涌水量，主井检查孔流量测井成果资料显现该段涌水量为22.5m3/h。
4、根据主井检查孔基岩段混合抽水试验得出副井井筒涌水量50m3/h。
5、五沟矿井水文地质条件属复杂型，虽然地质勘探显示矿井含水层富水性弱到中等，
但考虑到周边矿井，如许疃、童亭、刘桥、卧龙湖等矿井在建井过程中，K3砂岩含水层
曾多次发生突水事故，孙疃煤矿过K3砂岩涌水量也达38m3/h。
该地区砂岩含水层裂
隙发育具有不均一性，局部砂岩含水层富水性较强，因此不排除五沟矿井筒施工中，在揭露砂岩含水层，尤其是K3砂岩时有发生突水的可能性。
（三）设计编制依据
1、《井巷工程施工及验收规范》
2、《煤矿安全规程》
3、五沟煤矿副井井筒预测地质柱状图
4、皖北煤电集团五沟矿井井筒检查孔地质报告；
5、五沟煤矿副井井筒基岩段地质、水文地质及瓦斯情况预报书
6、《主井基岩段混合抽水综合成果图》
7、五沟煤矿副井井筒井壁结构图
8、《建井工程手册》
副井井筒地层预想柱状图
石
盒
子
组
下
II
d晝
F3断层
及其下盘
砂岩裂隙
含水层
320.50
332.98
14.0
灰色，微绿夹少量紫斑，岩石挤压现象，裂缝发育，岩：
0.756m石强烈破碎，据主井检查孔流量测井成果资料；
、：
35.35m,K0.1585m/d，
?
140.76m,Q10.8m/h3
352.32
31顶板
砂岩裂隙
含水层
砂岩裂隙
含水层
2.95
355.27
400.13
433.13
33.0
灰色微绿，细料结构，石英，长石为主含菱铁，裂隙发育，分选中等，坚硬。
据主井检查孔流量测井资料：
S5.25m,K0.1974m/d，
R157.0m,Q15.9m/h3
细砂岩夹泥岩，细砂岩以长石，石英为主，钙质胶结，裂隙发育，岩石破碎，局部裂隙未充填，泥岩含粉砂质，植物化石，较薄。
据主井检查孔流量测井资料:
、：
35.35m,K0.0653m/d，
乞90.30m,Q22.5m/h3
探水注浆设计
（一）探水注浆段高划分
根据《五沟煤矿副井井筒基岩段地质、水文地质及瓦斯情况预报书》和《井筒预计
地质柱状图》井筒将于井深320.50〜334.50m,345.70〜350.95m,398.10〜
422.24m分别揭露F3断层破碎带、彳！
煤顶板砂岩、心砂岩三段含水层（段），可见
F3断层破碎带和3!
煤顶板砂岩相距较近，K3砂岩与前两含水层段相距较远，考虑到钻进设备的能力和为保证注浆效果，此次注浆段高划分为两段：
F3断层破碎带和31煤顶板砂岩划分为一段，K3砂岩划分为一段，均采用混凝土止
浆垫探水注浆。
各注浆段高均遵循《煤矿安全规程》第31条第二款：
“注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层5〜10m。
”的规定，由于K3砂岩距离下部下石盒子组中砂岩距离较近，因此第二注浆段终孔位置为超出该层中砂岩5m。
详见
表2—1
注浆段咼划分一览表表2—1
段高序号
含水层
起止深度
（m）
段高
（m）
备注
第一段
F3断层破碎带和31煤顶板砂岩
304~3
60
56
第二段
K3砂岩
386~4
40
54
（二）注浆终压确定
根据《井巷工程施工及验收规范》第3.5.20条规定，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《主井基岩段混合抽水综合成果图》,得知基岩段静止水位标高为-49.747m
埋深为76.73m。
参照我处多年在多个立井工作面预注浆施工的经验，本设计含水层取注浆终压为
倍的静水压力，得
（三）井壁强度验算
1第一段井壁厚度为1.3m，注浆终压为9.0Mpa，井壁设计强度为45Mpa；
计算9.0X（6+2X1.3）2/4X1.3X（6+1.3）=17.5Mpa
井壁强度验算值
17.5Mpav45MPa，井壁强度符合施工要求。
2第二段井壁厚度为0.4m，注浆终压为11.0Mpa，井壁设计强度为30Mpa；
计算11.0X（6+2X0.4）2/4X0.4X（6+0.4）=49.7Mpa
井壁强度验算值49.7Mpa>30MPa，井壁强度不符合施工要求。
为此决定从第二段探水位置止浆垫的底部开始，往上5m范围内增加井壁厚度为0.6m，同时提高井壁砼的强度到C40，来满足井壁强度验算的要求。
验算11.0X（6+2X0.6）2/4X0.6X（6+0.6）=36Mpa
调整后的井壁强度验算值36Mpav40MPa，井壁强度符合施工要求。
（4）探水注浆孔数
N=n（D-2A）/L
D:
井筒直径
（6.0m）
L:
孔间距
（m）
孔间距L在注浆直径大于65mm时，大裂隙中取2〜3m，中小裂隙中取1.5
2.0m,孔间距L在注浆孔直径小于65mm时，大裂隙中取1.5〜2.5m,中小裂隙中
取1.0m〜1.5m,根据钻机钻进孔径，孔间距取值一般为1.8m。
A:
注浆孔与井壁的距离（0.5m）
考虑到孔口管的安装和埋设，开孔位置布置在距井帮500mm的位置。
1第一段探水考虑到将揭露F3断层及F3断层下盘砂岩裂隙含水层和31煤顶板砂岩含水层，裂隙发育；钻孔孔径为90mm，取孔间距2m；
计算3.14X（6-2X0.5）/2=7.85（个），取8个
2第二段探水考虑到K3组合砂岩含水层是整个矿区的主要含水层，赋水性较强，在中、大裂隙中，裂隙非常发育；钻孔孔径为90mm，孔间距取2m；
计算3.14X（6-2X0.5）2/2=7.85（个），取8个
即两段探水的探水注浆孔数均设计为8个，最终以最大涌水量的钻孔扫孔结果作为注浆结果的检查依据，不再设计专门的检查孔。
（五）注浆孔布置
斜孔径向倾角公式a=tg-1（S+A）/H
a：
斜孔在径向上与竖直轴线的夹角
第一段高54m,计算钻孔的径向角为:
a=tg-1（S+A）/H
=tg-1（3.4+0.5）/54
既要考虑到尽可能多地穿过纵向裂隙、横向裂隙，以及裂隙的连通性，同时又要兼顾到施工的难度和精度，由于第一段位于断层破碎带附近岩石裂隙发育，设计上不再考虑切向角；针对主要的K3组合砂岩含水层，第二段注浆孔布置时采取径向、切向斜孔，以满足封水效果。
2第二段高56m,计算钻孔的径向角为:
a=tg-1（S+A）/H
=tg-1（3.4+0.5）/56
切向布孔的切线角可采取110〜135。
，本设计将切向角取值为120
五沟煤矿副井（第一段）探水注浆孔平面布置图
说明：
1.图中尺寸单位为mm;2地层产状为40°Z12°
五沟煤矿副井（第二段）探水注浆孔平面布置图
说明：
1.图中尺寸单位为mm;2.地层产状为40°Z12°
（六）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，第一段选砼等级为
C30，第二段砼等级为C40。
见单级球面形止浆垫示意图
止浆垫厚度按公式Bn-Po
•r/[a]
（m）
Bn:
单级球面形止浆垫厚度
（m）
P
o:
注浆终压
第一段9.0,
第二段
11.0（MPa）
r
:
井筒荒半径
3.4（m）
[
百]:
R3-7/kR
3-7为混凝土
C30、
C403~7大的极限抗压强
通常取28
天抗压强度的2/3,
K为安全系数，
取K=2，第一段为20Mpa,
第二段为26.67Mpa。
2.8m，取3m，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
0.5m，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。
五沟煤矿副井第一段止浆垫施工设计图
IUUUU
说明：
1.图中尺寸单位为mm;
2.止浆垫砼强度设计为C3C。
（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16MPa高压闸阀配套的法兰盘，全长4.2m，埋固3.6m，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。
孔口管结构示意图
3-压力表
4-法兰盘
5-©136mm孔壁
6-90mn孔径
7-水泥砂浆
8-注浆把鞘
6
90
9-防喷装置
（八）探水钻进顺序和注浆方式
1、探水钻进顺序
根据《煤矿安全规程》的要求，工作面探水孔的个数不应少于3个。
F3断层倾向北
东，倾角65°，首先在F3断层面倾斜方向的上方施工2个探水孔，即5#和7#孑L，
然后再在F3断层面倾斜方向的下方施工一个探水孔，即2#钻孔。
对于第二段高，则首
先在岩层倾斜方向的上方打2个探水孔，即5#和7#孔，然后再在岩层倾斜方向的下方打一个探水孔，即2#钻孔。
当3个探水孔的每个单孔涌水量均小于0.3m3/h时，说
明该探水段的赋水性较差，停止探水施工，恢复正常的井筒掘砌。
否则，继续钻探其余各孔。
据施工现场提供地层的产状为40°Z12°。
2、注浆方式
第一段高，为保证31煤顶板砂岩含水层的注浆效果，本段高内采用下行分段注浆，
当钻孔钻进到破碎带以下稳定岩层5m，无论是否出水，均对破碎带进行预注浆。
对F3
断层破碎带采取低压注浆，取静水压力的2.0倍，即注浆终压为5.5Mpa。
第二段高，原则上一次钻至设计终孔位置，一次注全高；但当钻孔的单孔涌水量大
于3.0m3/h，应停止钻进，提钻注浆；否则一次钻至终孔结束，然后提钻注浆。
各段钻注工作均打一孔，注一孔，原则上打钻和注浆不采取平行作业。
（9）注浆量估算
注浆量按公式Q=N入nR2H1nB/m计算。
式中：
N为注浆孔数，取N=8；
入为浆液损失系数，取1.5;
R为浆液有效扩散半径，取R=6m；
H1为注浆段高，分别为56m和54m；
n为岩层裂隙率，取31煤顶板砂岩含水层n=2%；K3砂岩含水层n=3%;破碎带n=10%
B为浆液的有效充填系数，取B=0.8；
m为结石率，取m=0.8。
将上述参数代入公式计算得：
第一段预计注浆量
Qi=N入nR2HinB/m
=（8x1.5x3.14x62x32x0.02x0.8/0.8）+（8x1.5x3.14x62x14
x0.1x0.8/0.8）
=2767m3
第二段预计注浆量
Q2=N入nR2H1nB/m
=8x1.5x3.14x62x54x0.03x0.8/0.8
=2198m3
两段共计注浆量为4965m3，施工中应根据注浆的实际情况及时调整。
（十）注浆设备选型
1、钻机选型
选用MZ120-□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-H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
18KN，最大起拔力30KN。
钻杆直径①60mm,1m/
0.4m/min，最大推进力根；主风管为①50高压管，20m/根。
2、注浆泵选型
选用DBGB-30-80/80电动注浆泵，该注浆泵的传动系统为齿轮传动，结构简
单，性能稳定，经久耐用；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30KW，浆缸内的缸套、活塞直径①80，注浆压力最高达32Mpa，排浆量最大325升/分，四级调速，可满足各种条件注浆的需要。
三、钻进、注浆施工
（一）施工准备
1、第一段高
（1）施工准备：
考虑到先浇注止浆垫再浇注壁座、支撑圈，因此设计上将支撑圈部分井壁改为1.3m的壁厚，配筋按照原设计不变。
同时井筒冻结深度为309m，止浆垫下口深度为307.5m，冻结的保护距离过小，施工中在掘进到支撑圈下口后，止浆垫掘进打眼时要利用伞钻施工3个超前探水孔，眼
深不小于6m。
若探水眼出水，可将1寸注浆管打入孔中封堵出水然后浇注止浆垫进行工作面预注浆。
（2）止浆垫浇筑及孔口管埋设：
先将工作面按止浆垫设计尺寸刷大，利用风锤在井壁的同一水平打眼4个，砸进道
轨橛子，用U型卡子将其与8600mm长的I20工字钢连接，在钢梁上方放置16#槽钢井定位圈，采用螺栓连接。
将孔口管上口与定位圈用U型卡固定好，下口用孔口管管卡和锚杆固定，防止浇注止浆垫时，孔口管变动。
然后浇筑砼止浆垫。
（见止浆垫设计图）施工时将另行编制止浆垫施工措施。
孔口管采用预埋方式，即先在工作面按设计圈径和角度安装并固定好，然后浇筑混凝土止浆垫。
钻孔设计径向角4.0°，预埋深度3.6m，管口中心至井壁500mm，
孔间距2000mm。
待孔口管预埋好之后，开始浇筑止浆垫，在浇注时，所用砼由地面搅拌机严格按照砼配合比（C30、C40）进行搅拌配制，拌好后的砼经2m3底卸式吊桶下放至工作面，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。
1、第一段高
现已施工完壁座，壁座底板位置设计标高为-272.80m，即井深301.5m，也是止浆垫的上口标高，止浆垫设计厚度为3.5米。
在壁座下方再掘进3.5m（井深306.0m），开始架设定位圈，按设计角度绑扎、固定8个孔口管，均匀布置，再进行浇筑止浆垫。
止浆垫浇筑好后，进行壁座和套壁施工。
最后安装风水管路和注浆管路，架设钻机平台，对工作面预注浆。
孔口管埋设顺序如下：
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）架设上部生根圈，应按设计及生根圈上标注的方向编号架设，上部生根圈通过两根钢梁固定在井帮上，架设生根圈要用井筒中心线十字线找正，
3）安设孔口管，按上下圈上的分组编号，将孔口管对号卡在生根圈上。
4）孔口管下口要用短钢筋打眼固定在迎头底板岩石上。
8个孔口管按照设计好角度稳固好后，浇筑止浆垫。
（3）、止浆垫浇注好后，继续进行壁座及支撑圈的浇注，然后进行套内壁工作。
2、第二段高
（1）、施工准备：
首先将永久支护至工作面，止浆垫以上5m范围井壁厚度为0.6m砼标号为C40；
（2）淋水处理：
然后处理井壁淋水；如果淋水不大，采取截导措施将淋水引入吊盘水箱；如果井壁淋水较大，则采取井壁注浆措施堵水，注浆后的剩余水再采取截导措施。
（3）清底成型：
将工作面矸石出净，根据止浆垫设计尺寸，刷帮卧底使符合设计形状。
（4）井壁凿毛：
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。
（5）、止浆垫浇注及孔口管埋设：
止浆垫设计砼标号为C40，为缩短砼养护时间，
在砼中加入早强剂。
如果工作面有出水，仅为个别裂隙出水，且不大，可采取埋管、糊缝、导水措施，即可安装孔口管和浇注砼止浆垫；如果工作面涌水较大，无法保证止浆垫的防水性，则采取止浆垫下铺设滤水层的方法施工止浆垫，并采取排水措施，滤水层用碎石铺设，厚度一般0.6~1m，具体厚度根据工作面涌水量的大小决定，滤水层上方铺设塑料布，中间设集水小井排水，集水小井中埋设无底滤水箱，水箱中放潜水电泵排水，止浆垫浇注在塑料布上。
孔口管安装见第一段止浆垫浇注及孔口管安装。
（二）、主要施工辅助系统
（1）排水系统
为了确保井筒施工安全，副井内吊盘上布置一台
DC50—80X7型卧泵、4m3
水箱一个，扬程511m时，排量50m3/h。
井壁淋水经截水槽接至吊盘水箱内；针对工作面积水，配置1~2台风泵排水，风泵排量为25m3/h，扬程75m。
由风泵排至吊盘水箱，再由吊盘上的卧泵排至地面。
地面准备一台完好的DC50－80X7型卧泵，随时能够安装使用。
井筒内敷设一趟$108X4mm排水管，利用稳车采用钢丝绳悬吊。
同时将井内吊
挂的一趟$159X4.5mm的压风管作为排水的备用管路。
（2）通风
副井井筒布置一趟$800mm高强度胶质风筒，采用钢丝绳悬吊。
地面分别选用一台BKJ66-11N05.6型风机压入式通风。
（3）敷设注浆管路
注浆管路为高压胶管，外径$
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