底板注浆加固施工设计.docx

1、底板注浆加固施工设计*煤矿有限公司 *第一勘探队二一二年二月十五日会审意见编审单位签名日期编审单位签名日期编制审核技术经理生技经理安全经理经理总工程师*工作面是*矿兼并重组后第一个开采工作面。该工作面走向长350m左右，倾斜长65m左右；开采5#煤层，煤层厚10.84-16.64m，平均15.16m。上距2#煤层51.52-88.94m，平均73.6m；下距奥灰含水层约55.79-82.78m（据井下探查孔1-3号），中间为石炭系本溪组隔水岩组，厚度22.60-24.70m，平均23.65m；底板具有承压特征，受到底板奥灰含水层突水威胁。（一）物探结果分析根据*物探研究所的物探结果（参照*县*

2、第二煤矿*工作面瞬变电磁探测报告），通过探查，初步查明了该工作面底板70m范围内的隐伏水文异常区及富水异常区。（1）根据*工作面两巷及切眼底板瞬变电磁探测结果，*工作面底板60m以下岩层富水性强于工作面底板下方4060m的岩层段，相对而言，横向上工作面160270m煤层底板富水性好于其它区段，切眼2040m处煤层底板构造裂隙发育且富水。（2）根据*工作面回风顺槽顶板探测结果，回风顺槽一侧煤层顶板含水性较为均一，富水性弱于煤层底板，未探测到明显的相对富水异常区；由于施工空间所限，运输顺槽顶板未实现有效探测，出水钻孔附近煤层顶板富水性及与上覆岩层水力联系不明。（二）钻探验证情况分析在物探结果的基础

3、上结合井下施工条件分析，共在井下施工了三个水文探查孔。（1）通过三个验证孔的施工，对该工作面的底板水文地质条件进行了进一步探查并验证，钻孔探查情况如下： 1#钻孔：终孔92m出水43m3/h，水压1.5Mpa。 2#钻孔：终孔63m时出水68m3/h，水压1.5Mpa。 3#钻孔：终孔96m出水40m3/h，水压0.9Mpa。（2）结合已经施工的工作面电法勘探和钻探，影响该面的水文地质因素主要为以下几方面：1 三个水文验证孔结果表明：垂向上，表现为底板35m以下层段岩石较为破碎，富水性较好；平面上，总体上与物探结果一致，但1#钻孔富水性略弱于2#钻孔及3#钻孔，底板富水性表现出不均一的规律性；

4、2 从1#钻孔位于物探非异常区但仍有一定水量和水压判断，不排除非异常区也有较强富水的可能；3 2#钻孔相对其他两个钻孔在较浅处就有较大水量出现且岩石破碎严重，怀疑可能有断裂构造存在的可能，说明物探异常区内构造情况具有一定的复杂性；4 另据放水试验，1#钻孔放水过程中，其他两个观测孔水位响应不甚明显，说明该工作面底板奥灰含水层的水力联系较差。根据上述分析，结合*矿水文地质条件探查及防治水技术研究方案，针对*工作面底板水文地质探查结果及水害威胁情况（见*工作面探查及水文地质条件评价报告），为确保该工作面的安全回采，需要对工作面富水异常区进行注浆加固，制定有效的注浆改造方案，改善5煤底板条件，使其有

5、较强的抗采动能力，为工作面的安全回采提供保障。（一）注浆布孔设计根据已经施工的物探及钻探验证结果，*矿*工作面存在较大富水异常区，考虑到该工作面底板35m以下岩石较为破碎、工作面存在较大富水异常区且本矿没有前期注浆改造经验的实际情况，提出本注浆布孔方案，拟定通过注浆孔再不断进行富水异常区验证并实施注浆改造的方案。（1）方案设计目的采用一孔多用的原则，通过注浆改造底板太原组薄层灰岩富水异常区，封堵原有导水通道，加固煤层底板，增加有效隔水层厚度及煤层底板抗压强度；同时利用注浆孔前期施工再对物探结果进行进一步探查和验证。（2）方案设计原则首先利用注浆孔前期施工对物探结果再进行验证，然后进行底板有序注

6、浆改造。设计的基本原则如下： 注浆层位确定根据前期施工的三个孔水文验证探查孔结果表明，底板35m以下至奥灰顶界（约为垂深70m），存在34段较为破碎且存在一定出水的灰岩段，因此，本次注浆工程的层位确定为5煤底板下3570m层段灰岩破碎段。 注浆孔终孔间距根据对注浆浆液扩散半径的一般经验，半径2040m不等，从偏安全的角度出发，本次设计暂时取较为保守的20m计算。考虑到各注浆孔浆液扩散的相互影响，临近的3个注浆孔采用三角形布置将达到更好的效果以消除“盲区”，一般应不大于35m的间距；富水异常区、构造发育处以及向斜轴部区域钻孔位置相对较密，正常地层块段处钻孔布置相对较稀；对于富水异常区必须打钻进行

7、探查，钻孔也应布置的相应密一些。 钻孔布置要求钻孔在平面上呈放射状展布，长短结合；钻孔尽量揭穿富水异常区，保证浆液尽可能把裂隙充填完全。考虑到浆液扩散影响，钻孔辐射终点与煤层底板的垂直距离应不小于60m。在具体施工过程中，可根据实际揭露的灰岩水原始导高及钻孔出水量、水压及注浆量情况对钻孔数量进行增减以及适当调整设计钻孔的方位、角度和落底深度等技术参数，以达到既加固好底板保证工作面安全回采，又降低防治水成本，增加经济效益的目的。（3）注浆布孔方案考虑到整个工作面回采进度及底板富水性规律差异性等因素的影响，本方案共设计施工注浆孔9组，其中异常区6组，非异常区3组，每组13个孔，合计19个钻孔。如果

8、非异常区注浆孔施工过程中仍有明显出水，则进一步加密，进行注浆。*工作面的底板注浆改造方案注浆孔布置图附后，施工钻场9个，布置注浆钻孔9组合计17个，预计进尺1147m，各注浆孔主要参数如下。各注浆钻孔参数序号钻孔编号水平投影（m）倾 角（）钻孔斜长（m）夹 角（）备 注10-1#2071.56410621-1#2369 64 1241、倾角：与巷道底板水平面的夹角，不考虑巷道坡度影响；2、夹角：以工作面回采方向为0度方向，顺时针方向夹角为正，逆时针方向为负。3、根据施工结果另行考虑增补钻孔及验证钻孔。31-2#2766 66 3642-1#1972 63 3152-2#4553 75 4963

9、-1#3560693573-2#15766210484-1#266666-7694-2#405672-132104-3#16.57563-158115-1#425573 -12125-2#336169 -101136-1#4354 74-14146-2#3063 67 -104157-1#3857 72-19167-2#1476 63 -102178-1#187363-99合计1145以上钻孔施工结束后，可根据实际施工及验证效果决定是否再进行施工。布孔要求：前期注浆孔包含富水性探测孔；注浆控制深度要达到底板以下70m。根据前期物探结果，底板以下35m范围基本上不存在异常，因此，需要形成底板35

10、m以下到控制深度间35m厚的连续稳定隔水段。注浆孔临近3孔要形成三角形关系，各孔间距不大于35m；（二） 钻探工程量预计本工程共设计钻场9个（需要施工8个），编号依次为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#。每个钻场设计1-3个钻孔不等， 预计总进尺1145m。根据注浆改造效果检查要求及相关规定，对于*工作面，需施工 个检查验证钻孔，进尺约 m。（验证钻孔数根据实际施工情况确定。）（三） 注浆工程量单孔平均注浆量为38m3，固料13t比拟计算，得到的注浆量： WNd1713221t（固料：包括粘土、水泥），折合浆液646m3（浆液）。根据该处水文地质条件，综合分析*工作面底板注浆改造

11、预计17个孔总注浆量预算为 646 m3，固料221t。本工程在施工设备进场之前需要提前做好钻场、泵窝和进行注浆管路和水沟铺设，以及其它相关的准备工作。1、钻窝每个钻窝的断面均为宽高深=4m3.8m3.5m。钻窝施工均靠近工作面的内帮，除应按照有关规范进行支护外，还应按要求在顶板施工特殊起吊锚杆，供起吊钻机使用，钻窝底板要求实底或浇铸混凝土地坪，底板标高不得低于巷道底板标高，以保证水能自流。2、泵窝泵窝的作用是安装注浆泵，以供固管及孔内注浆使用。按要求在钻场一侧施工泵窝，每个泵窝的断面为宽高深=4m3m3m。泵窝要求按照有关规范进行支护。泵窝底板标高不得低于巷道底板标高，以保证水能自流。 3、

12、排水两巷均要施工排水沟，尺寸：宽深=300300mm，施工前要对排水系统按设计要求整改，确保排水通畅。4、地面建立注浆系统地面注浆站及从地面到*工作面安装一趟高压2寸注浆管路（要对注浆管路进行悬吊固定），确保底板注浆钻孔形成后能够正常使用。5、钻探、注浆设备的选型井下钻场（1）ZLJ-2350钻机两台。（2）HYB80/90型泥浆泵，TGZ-60/210双液注浆泵各一台。（3）QBZ8380矿用真空防爆开关三台。（4）50mm的地质钻杆，钻头选用 108mm、91mm、75mm（5）套管 108、89mm，50mm高压注浆管及U型卡子。（6）2寸、4寸高压闸阀。螺丝、毡口垫子、生料带等。（7）

13、PO32.5#矿用普通硅酸盐水泥 ，粘土、粉煤灰、棉纱、锯末等。地面注浆站系统：（1）简易制浆机2台。 （2）YD60型皮带输送机2台。（3）NBB250/7型注浆泵1台，清水泵1台。 （4）粘土破碎机一台，2mm振动筛一台。（5）配套开关及电缆6、其他准备工作为了安全高效、保质保量地完成注浆，开工前还需要做好以下准备工作：（1）钻窝和泵窝的施工和支护达到要求。（2）工作面必须有150 m3/h以上的排水能力。（3）施工现场必须有90 KW以上的供电能力。（4）施工现场必须有排渣排污能力。（5）在钻场和地面注浆站各安装一部电话，井下电话要随钻机移动，以便及时联系。注浆孔的施工顺序为：定位开孔口

14、下一路孔口管下二路保护管注浆压力达到注浆标准或孔内不进浆结束。1、劳动组织配备表工 种出勤人数备 注早班中班夜班小计造浆工2226司泵工1113钻探、注浆工3339管路巡查工2226班长1113机电维修工1113微机记录员11跟班人员1113技术人员11合计131111352、注浆正规循环作业图表班 次 早 班中 班夜 班时 间24681012141618202224工 序接通管路-注清水试压-上料造浆-测比重-注浆-3、 钻探和注浆钻孔施工先后顺序安排运输巷： 0-1孔 1-2孔 2-1孔 3-1孔 1-1孔 2-2孔 3-2孔回风巷：8-1孔 7-1孔 6-1孔 7-2孔6-2孔 5-1孔

15、 4-1孔 5-2孔4-3孔 4-2孔（一）、施工前的准备1、矿施工队要提前做好钻场（规格：4m3.8m3.5m），要支护完好，按要求打好专用起吊锚索（杆）。2、施工前，要对钻场内支护情况进行验收，发现问题及时处理，确认安全后才能施工。3、打钻前由矿施工队将负压水管路及水沟施工至钻场位置，并保障供、排水通畅。4、加强对钻孔出水情况观测和作业人员的避灾知识教育。打钻施工期间，严禁交叉作业，非施工人员未经同意不得进入施工现场。5、在施工地点安设电话，以便遇到异常情况，及时向矿调度及相关科室汇报。6、钻机入井前必须经过全面检修，所有仪器完好，手把齐全，开关、控制按钮灵敏可靠，机械部位防护栏、保护罩齐

16、全。钻机电源及其它用电设备与瓦斯传感器实现瓦斯电闭锁。7、钻机电机、远控按钮和开关必须经矿机电科检查合格后，贴上防爆合格证方可入井，钻机及其配套设备装车必须牢固可靠。8、接电源前必须递交接电申请，经矿方相关部门批准后，方可接通电源。9、现场要悬挂钻机工操作规程牌板、钻孔设计参数牌板、避灾路线图牌板。10、钻机安装地点应无浮煤、浮矸，底梁木平稳卧入巷道底板，并见实底。钻机底座牢固。四角采用丝杠稳固，数量不少于4根，并用8#吊挂牢固，防止倒下伤人。11、每班在接班施工前应检查高压管接头是否按规定连接牢固，钻机各紧固件和油管接头是否正常，检查合格后，方可试机开钻。（二）钻孔的施工1、施工工艺（1）施

17、工采用ZLJ-2350型钻机及其配套钻具压力水排渣钻进。（2）倾角采用度尺确定，方位角采用方位尺及皮尺确定。（3）钻杆施工平直，钻杆、钻孔中心线在一条轴上，倾角、方位角误差不得超过+1度。（三）、钻孔结构 因为任二矿以前没有底板注浆加固经验、水文地质情况还不清楚，据已施工的三个底板钻孔分析，钻孔在施工过程中，将使用二级套管：第一级孔口管要求：开孔孔径127mm，第一路为108mm护壁管，具体长度应以穿过5煤底板3m为宜；第二级为保护管：二路下91mm止水套管（保护管），其长度应以保证其在底板垂深不小于20m为准。（四）、钻机操作(1)钻机操作人员能熟练掌握钻机操作技能，严格按使用说明书操作，做

18、到持证上岗。(2)施工人员穿戴整齐，袖口扎紧，戴好防尘用品（不准戴手套、毛巾）。(3)先开水后才钻进，先停机后再停水。(4)启动后，操作人员精力集中，动作准确，与接卸钻杆人员配合一致。(5) 开始钻进时，轻压慢钻，待钻头下到孔底工作平稳后，压力再逐渐增大。(6) 钻机调速时必须先停电，待变速箱停止运转后再变速。(7)接卸钻杆前，钻头退离孔底至少一个行程。停钻2小时以上时，停钻前施工人员应根据孔内情况决定是否将钻杆拉出。(8)控制钻进速度。排屑不畅、进尺缓慢时不宜强行拉出。(9) 钻机系统压力不宜随意调整，特殊情况下需调整时应有记录。(10)安装的钻杆应不堵塞、不弯曲、丝扣无磨损。(11)连接钻

19、杆时，接头间缠绕油线或盘根线，对准丝扣，做到不歪斜、不漏水(风)。(12)安装钻杆时，一次安装1根钻杆。(13)接卸钻杆时，人工轻敲慢转。（五）、底板注浆钻孔施工的主要技术要求（1）严格按照设计的要求施工钻孔，孔口管要适合安装TGZ210/60型注浆泵，孔位偏差0.1m，钻孔开孔方位及俯角偏差1；（2）为了预防钻孔揭露太灰时突水，孔口必须按照设计安装好高压闸阀、防喷装置等孔口安全装置；（3）孔口管必须和孔壁固结牢固，固管采用袋装PO32.5#普通硅酸盐水泥，造浆时，先上水后上料，搅拌均匀，注浆固管前先把孔底岩粉冲洗干净。采用井下注浆泵将水灰比0.61:1的水泥浆送入钻孔进行固管，浆量以孔壁返浆

20、2分钟以上为准，间隔30分钟补浆一次，补浆不少于三次，待凝固72小时后再扫孔钻进，要求钻进超过孔口管1m，然后用清水进行打压试验，试验压力3.5MPa，稳压不小于30min，试验不合格严禁钻进，应重新注浆固管，合格后方可钻进。严禁使地面注浆站试压；（4）一路管固管合格后，施工二路管，固管要求同一路管，试验压力7MPa；为预防套管在试压时拔出钻孔，必须在试压前施工一根底板锚杆与护管相连。每一次注浆前必须向孔内压水，压水量为管路和钻孔体积的23倍；（5）为防止钻孔偏移，钻孔开孔钻进必须加导向钻杆施工；（6）下套管时钻孔孔深要比预计下套管深度深12m，以防止因岩粉未冲净而造成套管下不到预定深度；（7

21、）孔口管外应安设孔口混合器、三通等接口并装有防震、防堵压力表；（8）注浆孔在钻进时应作简易的水文地质观察，记录水压、水量（包括漏失量）、水质的变化情况；（9）取芯孔钻进过程中要加强对岩芯的管理，认真做好岩芯的原始编录工作。过断层要严格按照钻探规程施工，严防掉钻埋钻等事故发生；（10）套管以下段钻进要在安装好孔口高压闸阀后施工；（11）钻孔钻进遇软岩层或过煤层，要控制钻进速度；（12）在钻探过程中如果钻孔出现漏水、不出岩粉且孔内出现卡钻，要及时注浆堵漏；如孔内出现出水但不影响正常钻进不得实施注浆；（无芯钻进，只要孔内能够正常返水不需要注浆堵水，否则会影响以后注浆效果）（13）钻穿灰岩后要观测灰岩

22、水的水压、水温和水量，然后放水冲洗岩粉，如果水量很小，则要做压水试验，试验压力为10MPa，然后再注浆；（14）钻探过程中若孔内出水，应即时采样化验（写明取样层位、取样人及取样日期）并即时注浆；（六）钻孔高压防喷措施为防止钻孔孔内压力过高应在孔口加装高压防喷装置，防喷装置应与孔口管法兰盘连接，连接必须牢固可靠，确保在钻进和注浆过程中出现压力较大时，不会危及施工人员的安全。（七）、取芯验证孔的施工取芯验证钻孔按矿方要求施工，应选择在完整底板和水文地质条件异常的底板处施工。（八）、钻孔出水应急准备钻探前必须准备应急用品，如麻绳、黄油、长、短圆木楔数根、榔头、铁丝、手钳、纱布、手斧等备用。施工过程中

23、，如孔内水量突然增大或流水有压力，应立即停止钻进，关闭电源，严禁制动钻机、钻杆，观察出水量，并上报调度室及相关单位。如出水量非常大，水势凶猛时立即将所有人员撤至安全地段，留出2名人员在远处观察水情，并及时报告调度室。如在不威胁人身安全的情况下，可用长木楔缠上麻绳，摸上黄油，用榔头堵塞出水口，或用纱布堵塞出水口，用木楔向孔内橦击，控制出水量并增加排水泵排除积水。（九）、排放水设施检查排水系统，疏通排水沟，加大排水能力，必要时增设临时水仓.根据预计的钻孔涌水量和相关规程要求，矿井排水系统的排水能力应450m3/h。若现有的排水系统排水能力不足，则需要配备专门水泵和排水管路，以保证钻孔出水量及时排出

24、。（一）、注浆设备地面建立临时注浆站，使用制浆机制浆，由地面注浆泵吸进后通过一趟2寸注浆管路送浆，井下使用高压软管把钻孔与管路连接。（二）、注浆方式本次工作面底板加固的注浆方式为下行式注浆法，孔口封闭静压注浆。注浆钻孔在施工结束后进行注浆时，要使用地面注浆站制浆，通过注浆管路运送到井下钻孔进行注浆。（固管注浆采用井下注浆泵注浆，二路护管终压不小于10MPa。）（三）、注浆材料1、固管注浆采用单液水泥浆或双液浆，工作面底板加固采用单液水泥浆或粘土水泥混合浆。水泥为425#普通硅酸盐水泥，其质量应符合国家GB175-92标准，不得使用受潮结块的水泥或过期的水泥。各种浆液的特征及应用见下表：各种浆液

25、的特征及应用浆液类型注浆材料受注含水层类型比重粘土水泥浆粘土、普硅水泥裂隙溶隙性含水层1.20-1.36粉煤灰水泥浆粉煤灰、普硅水泥溶隙性含水层1.201.36单液水泥浆水泥溶洞溶隙性含水层1.20-1.60粘土粉煤灰水泥浆粘土、粉煤灰、普硅水泥裂隙溶隙性含水层1.251.362、PO32.5#普通硅酸盐水泥，其质量要符合GB175-92标准，不得使用受潮结块的或者过期的水泥。水泥浆的比重应控制在1.21.3之间。3、使用粘土水泥浆为提高工作面底板的注浆效果，粘土浆的比重应控制在1.14左右，粘土水泥浆的比重应控制在1.161.3之间，要按先稀后浓的原则，分档控制，使用前要经粉碎过筛，方可使用

26、。具体操作如下：注浆钻孔施工完毕后，及时用清水冲洗孔内岩粉，注浆前要先压清水，在3档（150167升/分钟）30分钟后开始注浆，先注水泥单液浆，当注浆量100吨且钻孔内压力无任何变化时，应采取注粘土水泥浆。如发现现场跑浆、底鼓等特殊情况，要及时通知地面注浆站停泵，并采取可靠措施，防止事故扩大。（四）、注浆步骤及要求1、地面、井下所有注浆管路连接好以后，要对全部注浆管路做清水耐压试验，压力为10 MPa，稳定时间为30分钟，没有跑水漏水为符合要求。2、管路正常时，向孔内压清水以检查钻孔是否跑水、漏水，以了解钻孔的可注性，时间为30分钟。如果钻孔孔口跑水或漏水要采取措施，祥见钻孔跑水、漏水封堵措施

27、。3、向孔内压水的过程中，每5分钟要观测记录一次。4、待一切正常后，就可以向孔内注浆。如果单孔注浆量大于100T，约200m3浆液，则要采取间歇式注浆方式注浆，间歇式注浆前要将浆液切换成清水，当清水完全置换完浆液后，断开注浆管路与孔口的连接。注浆管路可另接新的注浆钻孔，做注水试验，以观测清水的流量，了解含水层的可注性，而后便可以切换成规定的浆液。5、为确保注浆的连续性，要求浆液的比重在1.201.30,单孔注浆100t后，孔口压力小于3.0 MPa时，可适当增加浆液的浓度。6、每次注浆后要及时使用清水对注浆管路进行冲洗，直到出清水为止。7、所有注浆电器、设备要注意维护保养，必须保证其在正常工作

28、状态。8、地面注浆站及井下打钻、注浆施工人员，要严格按照造浆、打钻、注浆施工安全技术措施施工。措施经贯彻、考试合格后的人员，方可上岗施工作业。（五）、注浆效果检查（1）取芯法：本工程通过取芯孔来判定底板岩性、底板隔水层厚度，通过钻孔水压、水量变化及岩层裂隙充填情况来检查注浆效果。（2）物探法：采用一种物探方法对注浆质量进行检查（注浆前后物探对比法）。（3）重开法：对于水量大于60m3/h的钻孔和注浆质量差的钻孔，要进行扫孔重开检查。（4）注浆检查孔：各钻场设计钻孔注浆结束后， 施工注浆效果验证孔进行注浆效果检验。*工作面共设计钻孔17个，合计钻探工程量1145m，按照每台机组500m/月进尺，需要2.24个月（即67天）完成。计划施工日期：2012年2月下旬2012年5月下旬。（一）一般安全技术措施1、每班施工前对施工地点进行安全检查，发现问题及时处理，确认安全后方可进行施工。2、登高作业时，施工人员必须正确佩戴好安全带，且不能生根在人员站立的同一物体上。3、井下打运设备及材料必须严格执行矿相关规定，如需斜巷打运时严格执行“行人不行车，行车不行人”打运管理规定，设备及材料捆绑牢固，由斜巷管理单位负责打运。4、吊运钻机时，起吊点必须生根牢固，人员应离开起吊的钻机500mm及45度夹角以外距离；需人扶钻机时，必须站离钻机