五沟煤矿副井探水预注浆施工组织设计

1编审单位签章编审单位签字日期备注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：2目录一、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3(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4一、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、强风氧化带为272.49~282.11m，岩石强烈破碎，灰黄色，微绿，细粒结构，块状，含少量紫斑，含少量粉砂质。3、弱风氧化带为282.11~292.37m，浅灰色微绿，块状，含少量铝质及菱铁鲕粒，岩石裂隙发育，岩石破碎。54、断层破碎带为280.50~295.50m，已考虑井筒直径和断层倾角，灰色、微绿，岩石有受挤压现象，中部夹0.3m灰绿色砂岩，岩石松软。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/h3、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622.5m3/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》7（m）（m）砂岩裂隙含水层含水层及其下盘砂岩裂隙含水层砂岩裂隙433.13K组合3333.0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：S：35.35m，K：0.0653m/d，R：90.30m，Q：22.5m/h400.13313顶板2.95355.2733352.3214.0332.98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：S：5.25m，K：0.1974m/d，R：157.0m，Q：15.9m/h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；S：35.35m，K：0.1585m/d，R：140.76m，Q：10.8m/hF断层320.50含水层情况厚度深度含水层名称石子叠组下（m）系统组段层序号深度（m）伪厚倾角（m）真厚岩石名称标志层岩性柱状二石盒副井井筒地层预想柱状图8二、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、31煤顶板砂岩、K3砂岩三段含水层（段），可见F3断层破碎带和31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注浆段高划分一览表表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304~36056第二段K3砂岩386~44054（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3倍的静水压力，得第一段砂岩裂隙含水层：P0=3.0×2.74=8.2MPa取值9.0Mpa9第二段K3砂岩含水层：P0=3.0×3.46=10.38Mpa取值11.0Mpa（三）井壁强度验算井壁强度验算公式P0(D+2E)2/4E(D+E)≤(δ)[δ]：井壁允许的抗压强度（Mpa）D:井筒的净直径（6m）E:井壁厚度（m）P0：注浆终压（Mpa）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9.0×(6+2×1.3)2/4×1.3×(6+1.3)=17.5Mpa井壁强度验算值17.5Mpa＜45MPa，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11.0×(6+2×0.4)2/4×0.4×(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11.0×(6+2×0.6)2/4×0.6×(6+0.6)=36Mpa调整后的井壁强度验算值36Mpa＜40MPa，井壁强度符合施工要求。（四）探水注浆孔数N=π(D-2A)/LD: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；10计算3.14×(6-2×0.5)/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3.14×(6-2×0.5)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α=tg-1（S+A）/Hα：斜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，（m）S=E+mE：永久井壁厚度(0.4m)m：终孔位置超出荒径的距离（2.5m）A：开孔位置至井壁的距离（0.5m）H：注浆段高（第一段高54m；第二段高56m）1第一段高54m,计算钻孔的径向角为：α=tg-1（S+A）/H=tg-1（3.4+0.5）/54=40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：α=tg-1（S+A）/H=tg-1（3.4+0.5）/56=40切向布孔的切线角可采取110～135°，本设计将切向角取值为120°。11说明：1.图中尺寸单位为mm;2.地层产状为40°∠12°五沟煤矿副井(第一段）探水注浆孔平面布置图五沟煤矿副井（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°∠12°12（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