注浆设计

编号：存档：河南永华能源嵩山新井主井井筒第8次（653m）工作面预注浆安全技术措施项目经理：编制人：华煤鸡西工程处第五项目部2007年10月18日目录1.工程概况2.地质及水文地质条件3.治水施工方案4.注浆设计4.1注浆段高确定4.2注浆孔的布置参数4.3注浆压力4.4注浆材料及浆液浓度选择4.5浆液注入量估算.4.6砼止浆垫设计4.7滤水层厚度设计4.8孔口管参数确定4.9滤水桶设计5.注浆施工准备5.1埋设孔口管及加固5.2铺设滤水层5.3安设滤水层注浆管5.4浇筑止浆垫5.5钻机平台安设5.6加固滤水层6.注浆施工6.1壁后充填注浆6.2注浆施工顺序6.3造孔与观测6.4压水检测6.5浆液配制6.6养护、扫孔与复注6.7注浆结束标准7.施工机具选择与布置7.1造孔机具7.2注浆机具7.3造浆机具8.辅助系统及设施8.1排水系统8.2浆液配制站9.注浆工期及劳动组织10安全质量技术措施11注浆设备机具及主要材料一览表本措施编制依据1、建设单位提供永华能源嵩山新井主井井筒地质柱状图。2、建设单位提供永华能源嵩山新井井检孔地质报告书。3、建设单位、监理单位有关注浆施工方案要求及意见。4、嵩山新井主井施工承包合同书。5、矿山井巷工程施工及验收规范（GBJ2B-90）。6、煤矿安全规程（2007年版）。1．工程概况永华能源嵩山煤矿隶属于永煤集团，由煤炭工业郑州设计研究院设计，设计生产能力60万t/a。矿井采用立井开拓方式，工业广场内布置2条井筒：主井和副井，边界设1条井筒：风井井筒。其中主井井筒由华煤建设集团鸡西工程处中标承建。主井井筒于2006年8月1日开挖，截至2007年10月18日，完成成井井深649m，距马头门底板28m。目前井筒涌水总量实测为23.3m3/h，主要构成为：井深634m以上段井壁淋散水5~6m3/h；工作面水量约6~9m3/h，其余为634~649m段出水。为治理此段至马头门底板涌水、加固马头门顶底板，经建设单位、监理单位同意，决定在井深649~654m段井筒浇筑完成后，浇筑止浆垫，开始第8次工作面预注浆。为确保探水注浆施工安全与质量，特编制本措施。2．地质及水文地质条件本次注浆将对L1灰岩加固改造，注浆深度要求穿过L1灰岩底板，进入L1灰岩底板下层铝土质泥岩5m。根据第7次工作面预注浆打钻情况看，本次注浆段主要有2个含水层，分别为L7和L1灰岩的中上部。注浆工作面水平处在L7灰岩中，水量约12~15m3/h，可通过预埋注浆管直接对其注浆封水；L1灰岩水量约13m3/h，出水位置在井深579~582m处。主井落底在L1灰岩，因此对L1灰岩加固是本次注浆的重点（见654~722m段井检孔地质柱状图）。3．注浆方案本次注浆采取工作面长段预注浆方式封堵水和加固马头门顶底板，在井深657.5m处（成井深654m）停止掘进，埋设孔口管、注浆管、滤水桶，铺设滤水层，浇筑止浆垫。在止浆垫养护期间治理井深654m段以上淋散水和壁后封交圈，完成后正式开始工作面探水注浆。注浆采用2台钻机同时造孔，在加固完成滤水层及止浆垫后，继续向下探水注浆。4．注浆设计4.1注浆段高的确定第8次工作面预注浆止浆垫水平为井深653m，距马头门底板24m，加上井底水窝10m及保证水窝掘进时安全的10m保护岩柱，本次注浆段高定为45m。（可保证进入L1灰岩底板下层铝土质泥岩至少5m）4.2注浆孔的布置参数4.2.1注浆孔数注浆孔的孔数按下式计算N=∏（D-2A）/L式中D——井筒净径，5.0m；A——注浆与井壁距离，取0.5m；L——注浆孔间距，取1.5m。经计算得N=8.38，实取8个。考虑到吊桶下到井底工作面，钻孔位置在现场施工过程中要进行小范围具体调整。详见图4-2-1。4.2.2布孔方式为保证浆液的扩散半径及马头门两侧各5m的注浆效果，本次注浆孔布置采取径向斜孔方式。斜孔（1#、5#、4#、8#）径向倾角:Hltg1式中:l——孔口至孔底距离，取3.5mH——注浆孔垂直深度45m计算4°26ˊ84〞加固马头门孔（2#、6#、3#、7#）径向倾角2451tg=11°46ˊ10〞4.3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，是控制浆液扩散距离的重要因素之一。一般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。4.4注浆材料及浆液浓度选择工作面预注浆采用单液浆和双液浆两种浆液，单液水泥浆采用PO42.5R普通硅酸盐水泥。双液浆采用水泥浆和水玻璃浆配制。水玻璃的浓度取34Beˊ。单液水泥浆的水灰比W/C1：1～0.8：1。双液浆水泥浆与水玻璃浆液的体积比1：1～1：0.5。工作面注浆时，先注单液水泥浆，当裂隙较宽大时，先用水泥浆加锯末或海带碴灌注。锯末或海带碴遇水膨胀，使裂隙空间充填更加密实，并能承受一定注浆压力，使浆液有一定停滞时间，然后再注双液浆，封堵细小裂细。4.5浆液注入量估算浆液注入量按下式估算：每个注浆孔注入量：mHRQ12式中：R——浆液扩散半径，取6m；H1——注浆段高，45m；——岩层裂隙率取3%；——浆液在裂隙内的有效充填系数，取0.85%；m——结石率0.85%；——浆液损失系数，取1.5。经计算，每孔注入浆液229m3注浆段井筒总注入量:229×8=1832m3由于注浆堵水工程是一项隐蔽性的工程,在实际施工中由于地质情况较复杂，计算的浆液注入量可能与实际用量有一定差别。4.6砼止浆垫设计止浆垫的结构形式采用平底型，砼的强度等级设计为C35。砼配合比为：1：1.72:2.58,水灰比0.42,加BR-5砼早强密实剂,参量为水泥重量的7%。4.6.1止浆厚度确定:B=)(3.0][mPO式中:B——止浆垫厚度（m）；PO——注浆终压；取7.0MPa][——砼允许抗压强度，MPa；——井筒荒半径m，=3.0；KR][；7R——砼7d的极限抗压强度，7R取28天强度的2/3，7R=20MPa；K——安全系数，K=2～3，取3。经计算：止浆垫厚度为3.0m，结合以往注浆施工经验和实际水量，止浆垫厚度实取2.5m。4.6.2工作面预注浆止浆垫设计时井壁强度的验算：][)(4]4)2[(][22EDEhEDPO式中：][——井壁材料的实际压应力，MPa；D——井筒净直径，D=5.0m；E——井壁设计厚度，E=0.5m；PO——注浆终压，取7.0MPa；][——井壁材料的允许抗压强度，][=35MPa；h——球面的矢高，h=0m。计算井壁材料的实际压应力为22.9MPa＜35MPa，结论井壁安全。4.7滤水层厚度设计25.014.32rQA式中:A——滤水层厚度m；——井筒荒半径；=3.0m；——碎石层的孔隙率，=0.4；Q——停泵时间内涌水量，Q=17.5m3；计算滤水层厚度为2.05m，取2.0m；4.8孔口管参数确定孔口管长度计算：5.140fpdL式中：——超载系数，取1.3；P——注浆终压，取7.0MPa；0d——孔口管外径0.18m；f——工作条件系数，取0.6；——管材与水泥结石的粘着强度，0.14MPa；计算得孔口管长度为6.4m，取6.5m。孔口管规格为Ф108无缝钢管，壁厚6mm。4.9滤水桶设计为保证工作面止浆垫施工，在施工止浆垫和滤水层前，须先加工1个滤水桶，将水泵放入滤水桶,以利在浇注止浆垫时，保证滤水层表面无水。滤水桶采用6mm铁板加工，桶高5.0m，桶径0.5m。5．注浆前施工准备：探水注浆前，根据目前工作面的实际和出水情况，需做好如下准备工作：清底至段高3.5m→收模拆除模板刃脚→提拉模板→安设滤水桶→预埋孔口管和注浆管→铺设滤水层→浇筑止浆垫及养护→加固滤水层和止浆垫。5．1埋设孔口管及加固按设计预埋8个孔口管，做为钻注导向孔。为防止注浆时高压浆液沿孔口管外壁溢出和孔口管增大牢固性，预埋在孔口管上焊接止浆钢板或生根钢筋Ф20mm。5．2铺设滤水层浇筑止浆垫前，铺设碎石滤水层，以便在维持排水条件下浇筑止浆垫，保证混凝土止浆垫浇筑质量。施工滤水层时，埋设1个钢板焊制的排水滤水桶，将排水水泵放入滤水桶内排出工作面涌水。5．3安设滤水层注浆管砼止浆垫浇筑养护达到一定强度后，需对滤水层注浆加固，为此在浇筑砼止浆垫前预埋注浆管，埋设原则尽可能针对集中出水部位埋设。孔口管按设计要求埋设。利用模板焊接临时加固钢管梁，使用槽钢焊接孔口管，达到固定孔口管的目的。5．4浇筑砼止浆垫按设计配合比地面配制砼，使用砼配制输送系统下料浇筑砼止浆垫。为防止注浆时出现止浆垫与井壁间漏浆，采取止浆垫与成井井壁重叠。为便于打钻注浆期间排水及清除岩粉屑，在止浆垫上部施工2个圆形简易沉淀池，沉淀池直径500mm，深300mm。5．5钻机平台安设止浆垫初凝后，依托模板在工作面搭设打钻注浆平台，平台距止浆垫上面1.5m，下放钻机并安设在打钻平台上。5．6加固滤水层止浆垫养护7d，扫掉孔口管内水泥砂浆，并试压1.5倍静水压力不发生渗漏后，开始对滤水层注浆。采用单液水泥浆，注浆滤水层压力为静水水压的1.3~1.5倍。滤水层注浆结束后，用钻机将钻孔加深到孔口管滤水层以下2~5m，注入单液水泥浆加固岩帽，注浆压力达到2倍静水压力，泵量小于60L/min后结束，使砼止浆垫及注浆岩帽共同组成联合“止浆垫”，确保注浆安全。6．注浆施工6．1壁后充填注浆注浆前，利用止浆垫凝固养护期间，对止浆垫上方井壁（井深654m段以上井壁）进行壁后注浆，目的:①防止工作面注浆时浆液上窜。②封堵井深654m段以上散水，重点治理634～654m段井壁淋水。壁后注浆方案：①使用C-S双液浆封堵大的裂隙和出水点②使用马丽散E化学浆液封堵细小裂隙，彻底治理散水，加固井壁。壁后注浆措施另行编制。6．2注浆施工顺序：共设计预埋8个孔口管，编号1#～８#,使用双钻机对称造孔。6．3造孔与观测探水注浆孔采用2台MK—3型液压钻机，配Φ40×1500mm和Φ40×2000mm钻杆，直径为Φ75mm钻头对称造孔。为防止打钻过程中突发涌水淹井，采取在孔口管上安设高压逆止阀。钻孔过程中随时观察和测定钻孔涌水量，涌水量超过5m3/h或岩石破碎塌孔时，停止钻进，进行注浆，否则一直钻到终孔位置。6．4压水检验注浆前，用高压水冲洗岩石裂隙中充填物，以提高浆液与岩石裂隙面的粘结强度，并根据测定钻孔吸水量，确定注浆时的浆液种类及浓度。6．5浆液浓度配制与选择钻孔吸水量小于7L/min/m时，单液水泥浆；钻孔吸水量大于7L/min/m时，注双液（C-S）浆，见表6-5-1。每次注浆浆液浓度先稀后浓，当浆液处在裂隙沉析充填阶段时，如压力不升高，进浆量不减时，则通设加大浆液浓度；反之如压力上升快，则依次降低浆液浓度。每更换一次浆液浓度，都保持连续注浆20mm。表6-5-1浆液起始浓度选择表单孔钻孔吸水量(L/min)水泥浆浓度(水:灰)3.33:15.02~1.5:17.0~8.01.5~1.25:19.01:111.130.75:1＞150.6:16．6养护、扫孔与复注每次注浆后养护10～12h，扫孔检查注浆效果，效果不理想时复注工作一般在养护达到24h后进行。6．7注浆结束标准单孔注浆结束标准：在工作面预注浆中，注浆压力达到注浆终压并能稳定30min，泵流量小于40L/min，此孔即可结束注浆。整个工作面预注浆结束标准：注浆总量在接近或超过估算量的前提下扫孔后，单个注孔和效果检查孔涌水量控制在1m3/h以下，即可结束注浆。7.施工机具选择与布置7．1造孔机具：2台MK—3型液压钻机，配Φ50×1500mm和Φ50×2000mm钻杆，直径为Φ75mm钻头。7．2注浆机具：HFVC型液压注浆泵。7．3造浆机具：使用砼搅拌机配制水泥浆，通过管路Ф50×5mm无缝管路下放至工作面。8．辅助系统及设施8.1浆液搅拌及输送系统利用地面砼搅拌系统配制浆液。搅拌机型号为JS-500，2台。工作面预注浆施工作业中，敷设1趟注浆管路，管路为Φ50×5无缝钢管，利用砼管稳车悬吊，注浆管路每隔1