潞宁煤矿进风井工作超前预注浆

山西潞安集团潞宁煤业有限公司进风立井壁后注浆及工作面超前预注浆工程施工方案浙江中宇工程建设集团有限公司二〇一四年九月十五日山西潞安集团潞宁煤业有限公司进风立井壁后注浆及工作面超前预注浆工程施工方案一、工程概况及水文地质1、工程概况潞宁煤业有限公司进风井井筒设计深度402m，净直径6m，支护形式为混凝土井壁，表土层壁厚0.7m，基岩段壁厚0.5m，砼标号C30。现已掘进至井筒128m处揭露中砂岩含水层，打炮眼涌水量预计60-70m3/h，目前给凿井工作带来很大困难，逼迫停产进行壁后注浆和超前预注浆。2、水文地质：矿区内地形陡峻，所处构造部位为宁静向斜中段轴部偏西。由于地壳抬升，地形陡峻，相对高差较大，河谷多呈“u”字型。矿区内有两条常年流水的河流：汾河和西马坊河，矿区地质较复多年河流，地表水补充在中砂含水组中，山区大部分地层被第四系沉积物广泛覆盖，按含水介质的不同，区内含水地层可综合划分为基岩裂隙承压和风化带裂隙潜水不同类型的含水岩组。从已揭露的中砂岩层涌水情况可采用壁后注浆和工作面预注浆施工方案。二、注浆施工方案的选择1、根据已揭露的岩石情况看，岩石节理裂隙发育，为保证注浆效果，防止注浆进沿井壁缝隙返浆窜水，必须壁后注浆充填加固，而后在围岩形成高压注浆封堵死裂隙涌水通道。2、基岩裂隙含水层含水程度，取决于基岩裂隙的发育程度，展布规律，结含本矿井的实际情况，可采用水泥——水玻璃双液浆和超细水泥及化学浆（孔隙溶胶）相结合的方法把中砂岩含水层裂隙水源通路堵死，争取一次性成功，并达到设计要求。止浆垫的施工：把工作面水排完，加固被破坏的井壁围岩2.5m，把工作面炮眼涌水封堵后(使用水玻璃和水泥），井壁淋水用截水槽引到水箱内再用水泵排到地面，止浆垫厚度2.5m，在地面用搅拌机把混凝土通过流灰管路输送到工作面，凝固7天后方可打钻预注浆，止浆垫凝固同时可加固井壁，加固段长为止浆垫以上3m，抗压强度达到注浆要求，井壁加固完后可以28型风钻打5m深钻孔进行加固止浆垫注浆，防止深孔注浆沿壁后窜浆。三、注浆施工1、壁后注浆孔的布置（1）针对本区段岩层破碎，裂隙发育，静水压等特点，注浆孔布置的原则主要是保证浆液尽可能均匀渗透到破碎围岩中，注浆管要打到破碎岩层内部。注浆孔距1.5m排距1.5m，打一排注浆孔，孔深2.5m，孔径42mm。（2）注浆管注浆设备为双液注浆泵注浆管采用1.2寸管钢制作，注浆管长0.6m-1m，外焊接1寸丝头。（3）封孔采用布袋式或缠麻丝，水泥封孔，封孔长度0.6-0.8m。2、工作面超前预注浆的布孔（1）注浆段长按60m计算在布超前预注浆孔口管时必须先把工作面涌水封堵后，再在工作面打一圈眼加固工作面破碎岩石增加止浆垫的抗压强度。（2）注浆孔布置为保证注浆效果把孔布在井筒周边，布孔13个，12个注浆孔，1个检查孔，布孔分布方式为放射型。预埋孔口注浆管之前加固岩层，预防出大水淹井。孔口管插入孔内用风钻打孔注浆把孔口管埋没牢固。孔口管注浆管使用φ108mm钢管，长4m，孔口注浆管一头平焊4寸高压标准法兰盘，打孔时法兰盘必须装置4寸高压球阀，预防打孔时出水淹井。说明钻孔位置距井壁0.5m左右两边孔夹角向井筒外1.5度，孔深60m，打一孔注一孔，见水就注，中间打1个垂直检查孔水量小于2立方可进行井筒施工。3．注浆参数（1）共布钻孔13个，总注浆段斜长60m。（2）注浆终压注浆终压按下式计算Po=K·pcK-净水压系数，取2-3，这里取2.5Po-注浆终压MpaPc-岩层裂隙内的静水压力取3MpaPo-2.5*3=7.5Mpa，取7.5Mpa（3）注浆扩散半径注浆扩散半径是指浆液在裂隙中和松散地层中的扩散范围。实际上浆液的扩散半径是不规则的，由于在施工过程中注浆压力，注浆量，浆液的浓度等参数，可以人为控制，调整对浆液扩散范围可以起到一定的控制作用，结合多年的超前预注浆和壁后注浆施工经验水泥—水玻璃双液浆渗透扩散不理想，堵水达不到理想效果，可采用超细水泥及化学浆液（孔隙溶胶）切底封堵水源通路，本次超前预注浆扩散半径为6m，壁后注浆扩散半径按井壁外4m。（4）浆液注入量的估算Q=avnb/ma—浆液损失系数1.5n—岩层的孔障率为0.05b—浆液充填系数为0.9m—浆液结石率为0.8v=15260m3浆液注入量：Q=1.5×15260×0.05×0.9/0.8=1287.6m3壁后浆液注入量，注浆段长3mV=S2=扩散面积为192.7m2S1=断面积为28.3m2S1－S2=（192.7-28.3）×3=493m3浆液注入量：1.5×493×0.035×0.9/0.8=52.3m3（5）浆液配比水泥浆液可分为二类：第一类是普通硅酸盐单液水泥，优点是材料来源广，价格低，结石体强度高，缺点是水灰比低，易沉淀淅水，结石率低，可注性差，凝结时间长，且不易准确控制。第二类是水泥—水玻璃双液浆，优点是结石率较高，凝结时间短且可调，对施工工艺要求也较高。孔隙溶胶是一种新型注浆材料优点是速凝且可调流动渗透性好，固结体塑性好，具有微膨胀性，充填注浆程度高。根据注浆前压水试验时钻孔的最大吸水量来选择注浆材料浆液的浓度，一般浆液的起始浓度可按下表来确定。钻孔的最大吸收量（L/min）浆液浓度（水：灰）60—802：180—1501.5：1150—2001.25：1或1：1＞2001：1或双液稀浆结石率低，大量用稀浆，可以增大扩散范围，但也会造成浆液流失和延注浆时间，经常使用的水泥浆浓度水灰比为：2：11.5：11.25：11:10.75：1等五个等级本次注浆在井下按水灰比1：1配制，在工作面视具体情况调稀或加浓。水泥浆水灰比取：1:1——0.75：1水玻璃浓度35—40波美度，模数2.3—2.8，水玻璃与水泥浆体积比控在0.5：1—0.3：1之间。浆液配比见下表：水灰比水（升）水泥（袋）玻璃水（桶）制成浆量（m3）0.75：16821921.0291：1727151.51.0001.25：1790131.51.0291.5：18101111.0082：1885911.005注：水玻璃每桶15升水泥每袋50kg名称水灰比水（kg）水泥（kg）玻璃水（kg）制成（m3）双液1：180064376010004准备工作为防止受压浆液和裂隙水从工作面及底板涌出，并保证浆液在最大压力下沿裂隙有效扩散需充填工作面的围岩。（1）井壁钻孔按布孔的说明及孔间距，采用28型风钻，φ42mm“一字”型合金钢钻头，φ22mm“一字”中空六角钢钻杆，人工打眼，孔深2.5m，钻孔时严格按设计眼位的方向钻孔，每孔钻完后，用扫眼器扫净眼内残渣并用木楔子塞住保护好做为注浆时待用。（2）注浆管埋设注浆管选用φ42mm×5mm无缝钢管和φ32mm×5mm无缝钢管加工制作。在井壁上钻孔后，取注浆管在马牙处缠麻丝，缠裹紧后，套上打管器，打入孔内，孔口外露50mm装上高压球形阀门准备注浆。（3）钻进作业（超前打孔）钻机选用KAJ-100B型潜孔钻机1台，150型液压钻机1台，钻头配备φ90mm钻头，钻孔按孔号顺序可根据现场布置，每个钻孔在钻进时一定掌握好角度，不偏斜，终孔时要按实测钻杆长度确保钻孔质量。（4）注浆站的布置。注浆站布置在一台ZTGZ-210/60注浆泵安装在吊盘上，0.2m3搅拌机一台布置在井口附近便于施工，利用胶管输送浆液。（5）压力试验压力试验主要用于测注浆段的吸水量，根据吸水量大小选定浆液类型及配比浓度，同时可检查注浆泵及管路有无泄漏，以便及时处理，压力试验尽可能采用大泵量，尽量使用压力控制在比注浆终压高0.5MPa左右，压10-20分钟无异常即可注浆。（6）注浆效果检查由于钻注工作采用打一孔注一孔的作业方式，故后施工的钻孔可做为前一孔的检查孔。确认注浆效果明显，超前钻孔检查水量小于2m3/h，实测漏水量不大于5m3/h，本段注浆施工合格，井筒注浆结束。四、注浆质量及安全技术措施注浆期间除按斜井施工组织设计中的一切和安全措施执行外，还应注意以下几个方面：1、所有参加注浆工作人员，必须认真学习《煤矿安全规程》和《煤矿建设安全规定》中的有关规定、认真学习执行斜井施工组织设计及安全技术措施之规定，提高自身安全意识。2、注浆时，对于注浆材料的凝胶时间要进行测定，不符合技术要求的材料不准使用。3、注浆过程中，必须观察注浆压力，和吸浆量的变化情况，并做好记录，发现异常情况，立即采用措施及时处理。4、注浆前做好设备试运转和管路系统的耐压试验，管路耐压用清水试验，试验压力取用注浆终压的1.2倍，稳压10-15分钟无漏泄为合格。5、注浆施工中各工种要坚守岗位，把好环节，精心施工，水泥搅拌一定要先加水后加灰，保证连续供浆不得间断，开泵人员要控制好泵量保持压力稳定。6、井上设立专用注浆信号和通讯设施。7、注浆施工时队长跟班制，负责好安全管理和文明施工。五、劳动组组及工期，工作面预注浆工程采用“三班”作业制，打眼二个班，注浆一个班，注浆分段壁后注浆3天，预注浆工期为55天（纯注浆时间），每班人员配套情况见下表：施工组织工程人数打钻班班长1机长1钻工4把钩工2信号工2水泵工1机电修理1注浆班班长1技术员1记录员1司泵工1注浆工2配料工4机电维修1水泵1信号2承包方式一、不包材料1、甲方负责提供：注浆材料如水泥，水玻璃，超细水泥，化学材料，注浆管，孔口管，高压球阀，麻等。岗位工：绞车司机，信号工，把钩工，机电工，排水工，压风机司机，提落盘，每班搅灰工3名。乙方负责提供：注浆设备包括钻机，钻头，钻杆，冲击器，注浆泵，搅拌机，维修及配件。2、费用：超前预注浆每米6000×60＝360000元壁后注浆每米5000×3＝15000元工作面堵水20000元合计：395000元二、包注浆材料1、甲方负责提供：岗位工：绞车司机，信号工，把钩工，排水工，机电工，压风机司机，提落盘，负责注浆期间的风，水，电。2、乙方负责提供：注浆设备包括钻机，钻头，钻杆，冲击器，注浆泵，搅拌机，维修及配件。材料：注浆用水泥，水玻璃，超细水泥，化学材料，注浆管，孔口管，高压球阀，麻，注浆泵及钻机配件3、费用：超前预注浆每米12000×60＝720000元壁后注浆每米8000×3＝24000元工作面堵水40000元打止浆垫一项36000以上4项合计：820000元