榮康回風(fēng)立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施

1、榮康回風(fēng)立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施 一、工程概況 依據(jù)榮康回風(fēng)井工作面現(xiàn)場(chǎng)涌水量16m³/h以及估計(jì)最大涌水量25m³/h，我項(xiàng)目部與礦方共同研究決定對(duì)榮康回風(fēng)立井工作面進(jìn)行注漿施工，為了保證井筒175m至235m安全施工特制定本措施。 二、井筒技術(shù)特征及水文地質(zhì)概況 本區(qū)屬黃河流域汾河水系，井田地表水匯合于井田內(nèi)各溝谷,向南匯入后澗河,向東至洪洞縣堤村注入汾河。汾河向南到河津玉門(mén)口注入黃河。井田南界內(nèi)側(cè)分布后澗河，為最低腐蝕基準(zhǔn)面，其標(biāo)高為650-690m。該河流基本常年無(wú)水，遇雨因主河道自井田往西距奧陶系石灰?guī)r出露地帶較近，洪水大量入滲其中而至井田南界地段呈細(xì)流狀態(tài)，

2、雨停即斷流。 1含水層 依據(jù)井田地層巖性的組合特征、含水介質(zhì)的巖性、地下水賦存條件及水力特征，井田內(nèi)地下水類(lèi)型包括碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水、碎屑巖夾碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水、碎屑巖類(lèi)裂隙水及松散巖類(lèi)孔隙水。其相應(yīng)的含水層主要有： 1、碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水·m，水質(zhì)類(lèi)型so4-k+·na··m，水位標(biāo)高516.29m，由于推斷本井田水位標(biāo)高約為515-525m左右。因此，井田內(nèi)該類(lèi)型地下水屬富水性強(qiáng)的溶隙含水層。 2、碎屑巖夾碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層·m，水位標(biāo)高500m，水質(zhì)類(lèi)型so4·hco3-k+·na·ca·

3、·m，富水性弱。因此，井田內(nèi)該類(lèi)型地下水為富水性弱-中等的溶隙含水層。 3、碎屑巖類(lèi)裂隙水含水層 井田內(nèi)碎屑巖類(lèi)裂隙水含水層主要包括二疊系上石盒子組、下石盒子組及山西組地層中的砂巖含水層，其中，這些地層中分布的厚度較大的上石盒子組k12、k10，下石盒子組k9、k8砂巖及山西組中的k7砂巖為最主要的含水層。 1山西組(k7)砂巖裂隙含水層·m，因此，該層屬弱富水裂隙含水層。 2下石盒子組砂巖裂隙含水層 巖性為灰白色、淺黃灰色，厚層狀，局部變?yōu)楸訝?，裂隙發(fā)育較差。k8砂巖為2號(hào)煤層的頂板，成為煤層直接充水含水層，該層受地形影響，受大氣降水及地表水補(bǔ)給差異性較大，泉流量在0.

4、020.05l/s，該層屬富水性中等的裂隙含水層。 3上石盒子組砂巖裂隙含水層 巖性為黃綠色，厚層狀，中、細(xì)粒砂巖，裂隙不發(fā)育，為較弱含水層。 4基巖風(fēng)化殼含水層 由于風(fēng)化水蝕作用的強(qiáng)弱，裂隙的深度因地而異，風(fēng)化深度30-50m，含水性變化大，據(jù)鄰近水井的調(diào)查資料，水量不大，能滿(mǎn)足居民和牲畜飲用。水位標(biāo)高變化較大，水質(zhì)類(lèi)型：重碳酸氯化鈣鎂型水，為較弱含水層。 4、松散巖類(lèi)孔隙水含水層 井田內(nèi)松散巖類(lèi)孔隙水含水層主要是黃土梁峁區(qū)的第四系中上更新統(tǒng)孔隙含水層及分布在部分較大溝谷中的第四系全新統(tǒng)含水層。 1第四系中上更新統(tǒng)松散含水層 主要分布在山間溝谷地帶，第四系松散層最大厚度約為100m，其中下部

5、分布的砂礫石層為其主要含水層，其中的亞砂土層也有一定的含水性。其下部的第三系粘土層或二疊系上石盒子組泥巖為主要隔水層。井田內(nèi)該類(lèi)型地下水多為上層滯水，地下水位變化較大，在溝谷邊往往出露成泉。 2隔水層 井田內(nèi)主要的隔水層有石炭系本溪組隔水層和石炭系太原組、二疊系山西組隔水層，現(xiàn)分述如下： 1、石炭系中統(tǒng)本溪組隔水層 井田內(nèi)最下部11號(hào)煤層至奧灰水含水層之間的隔水層，是由鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖、石英砂巖等致密巖層組成，厚度約28.03m，具有優(yōu)良的隔水性能，系奧陶系中統(tǒng)巖溶水與太原組砂巖裂隙水間的優(yōu)良隔水層。其分布穩(wěn)定，延續(xù)性好，具區(qū)域隔水作用。通常狀況下，垂直方向使11號(hào)煤層以上含水層與奧灰?guī)r

6、溶水不發(fā)生水力聯(lián)系。 2、石炭系太原組、二疊系山西組隔水層 由石炭系太原組、二疊系山西組泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖及煤層等組成隔水層，分布于各層砂巖和石灰?guī)r含水層之間，構(gòu)成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起層間隔水作用，單層厚度為數(shù)米至數(shù)十米。該隔水層的存在是相鄰含水層間水力聯(lián)系程度弱的主要因素，也是含水層垂向上的隔水邊界。井田內(nèi)太原組隔水層一般厚80m左右，在無(wú)斷層貫穿狀況下，太原組石灰?guī)r溶隙將不會(huì)影響上組煤的開(kāi)采；下石盒子組泥巖、粉砂巖隔水層一般厚90m左右，致密巖層對(duì)地表水及潛水起隔水作用。 回風(fēng)井175m至235m含水層列表   深度m 厚度m 巖性 176 6 中粒砂巖 粉砂巖 粉砂巖 粉砂

7、巖 粉砂巖 中粒砂巖228 粉砂巖 228 中粒砂巖 中粒砂巖    回風(fēng)立井175m至235m共計(jì)9層含水層。 三、施工方案： 依據(jù)含水層的賦存特點(diǎn)，該井筒計(jì)劃分1個(gè)注漿段進(jìn)行工作面預(yù)注漿堵水。含水層采納1米混凝土止?jié){帽，防止含水層涌水在水頭壓力作用下從底部巖石裂隙涌出，造成淹井事故。 立井工作面預(yù)注漿的段高，主要合計(jì)鉆機(jī)能力和含水層厚度。此次注漿段高，經(jīng)綜合合計(jì)確定如下： 1、注漿段高劃分 注漿段垂深175m至235m，段高60m； 合計(jì)工作面注漿總長(zhǎng)度60m。 2布孔方式 為使注漿孔更多地揭露裂隙，提升注漿效果，決定將鉆孔布置為徑向斜孔，鉆機(jī)應(yīng)盡量靠近井壁，開(kāi)孔中心到

8、井壁距離為500mm，終孔位置在井筒掘進(jìn)半徑外2m處，采納同心圓等距布孔，一圈布孔6個(gè)，孔間距2.1m，終孔半徑4.9m。見(jiàn)附圖。 3注漿孔角度 主要依據(jù)裂隙的方向及其分布狀況來(lái)確定，要保證注漿孔與裂隙相交。要有足夠的漿液擴(kuò)散半徑來(lái)保證止水效果。為此，應(yīng)布置徑向斜孔超出井幫一定距離，傾斜孔在徑向的傾角a可用下式計(jì)算：° 式中：s孔底超出井筒荒徑的距離，取2米。 h注漿段高。 a孔口距井筒荒徑的距離，1米。 此時(shí)，每個(gè)注漿孔均按兩種角度布置。一是切線(xiàn)角，一般為1101300，二是徑向傾角。 4注漿方式 采納下行壓入式注漿的方法。一次鉆孔，鉆孔成型后進(jìn)行注漿。第一個(gè)鉆孔注漿的同時(shí)按鉆孔順

9、序施工下一個(gè)鉆孔。 四、注漿參數(shù)的選擇 1、漿液擴(kuò)散半徑 實(shí)際上，漿液的擴(kuò)散是不規(guī)則的。由于在注漿施工過(guò)程中，對(duì)注漿壓力、注入量、漿液濃度等參數(shù)可以加以人為控制、調(diào)整，對(duì)漿液的擴(kuò)散范圍，可以起到一定的控制作用。一般在含水層砂巖裂隙開(kāi)度在0.5-40mm時(shí)，有效擴(kuò)散半徑為6-8m，結(jié)合多年井筒工作面預(yù)注漿的施工經(jīng)驗(yàn)，單液水泥漿，擴(kuò)散半徑可按8m計(jì)算。如果是微裂隙或孔隙水，注漿難度較大，顆粒性材料可注性差，此時(shí)應(yīng)選擇化學(xué)漿液注漿，漿液有效擴(kuò)散半徑按4m計(jì)算，適當(dāng)加密注漿孔的間距，增加注漿孔個(gè)數(shù)。 2、注漿壓力 注漿終壓為靜水壓力的的2.02.5倍。本次工作面預(yù)注漿，揭露砂巖含水層承壓水，靜水壓沒(méi)實(shí)

10、測(cè)數(shù)據(jù)，臨時(shí)確定注漿終壓為1012mpa。待含水層揭露后，實(shí)測(cè)到靜水壓數(shù)據(jù)，再定實(shí)際注漿終壓。 3、漿液注入量 漿液注入量可依據(jù)擴(kuò)散半徑8m及巖石裂隙率進(jìn)行粗略計(jì)算，僅能作為施工參照。 1含水層注入量 總注漿段高按60m計(jì)算，巖石裂隙率取5%一般為15%。 q=ar2h/m式中： q總注入量； r擴(kuò)散半徑，取8m； h注漿段高，按60m計(jì)； 由于實(shí)際揭露巖性裂隙較發(fā)育，巖層裂孔隙率，取5%; 漿液充填系數(shù)，取0.85； m結(jié)石率，取0.85； a漿液損失系數(shù)，取1.5，一般a=1.21.5××82×60×5%×0.85/0.85=904.3(m

11、3) 以上巖石裂隙率為估計(jì)值，施工中應(yīng)按實(shí)際狀況調(diào)整漿液注入量。 4、漿液配比 注漿首選單液水泥漿，單液漿起始濃度先稀后濃。當(dāng)涌水量大需要及時(shí)封堵時(shí)，可采納水泥水玻璃雙液漿。漿液起始濃度確實(shí)定，通常依據(jù)注漿前壓水試驗(yàn)時(shí)鉆孔的最大吸水量來(lái)選擇，漿液的起始濃度可依據(jù)下表一來(lái)確定。 表一 漿液起始濃度   鉆孔最大吸水量l/min 漿液濃度水：灰 6080 2:1 80150 1.5:1 150200 1.25:1或1:1 200 1:1或雙液 表二 漿液配比表   水灰比 水泥袋 水l 比重g/cm3 體積m3 0.75:1 19 712 1:1 15 75

12、0 1.25:1 13 812 1.5:1 11 825 2:1 9 906 五、注漿施工 1、止?jié){墊 工作面預(yù)注漿采納濾水層混凝土止?jié){墊。濾水層混凝土止?jié){墊在工作面上鋪設(shè)0.5米厚碎石子作為濾水層，并在濾水層中預(yù)埋和固定濾水管，濾水管內(nèi)放置潛水泵，從而把工作面的水引至濾水管內(nèi)由潛水泵排出。在濾水層的頂部用油氈或者塑料布，覆蓋嚴(yán)密，在其上面進(jìn)行澆筑混凝土止?jié){墊。止?jié){墊厚度為1米，強(qiáng)度c30，止?jié){墊澆筑后養(yǎng)護(hù)時(shí)間3天。與井壁相連接，并在止?jié){墊四周井壁采納風(fēng)鎬鑿毛，保證與井壁接觸優(yōu)良。澆筑混凝土?xí)r嚴(yán)格按照制定厚度、強(qiáng)度施工，強(qiáng)化振搗，并且及時(shí)排出井底積水，防止改變水灰比，影響其強(qiáng)度。施工人員必須佩

13、帶安全帶，必要時(shí)在混凝土表面上擔(dān)上木板，以免施工人員陷入混凝土中。 2、注漿施工方法      采納下行單孔對(duì)稱(chēng)注漿方式。段高及鉆注順序見(jiàn)圖，由于工作面狹小，鉆孔和注漿為單行作業(yè)。6個(gè)注漿孔對(duì)稱(chēng)施工。每孔按鉆進(jìn)結(jié)束后開(kāi)始進(jìn)行注漿，注漿段高為60m。 3、埋設(shè)孔口管 孔鉆機(jī)按著注漿孔的角度開(kāi)孔，孔徑180mm，孔深4000mm，孔口管選159mm×4.5mm無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)4500mm，孔口一端焊有和4高壓閥門(mén)對(duì)接的法蘭。鉆孔形成之后，倒入水泥砂漿，插入孔口管，并且找正方向固定。待水泥砂漿終凝后，在孔口管四周，打34個(gè)錨桿，用錨桿和8#鐵拉住孔口管。

14、開(kāi)鉆前對(duì)孔口管進(jìn)行打壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)壓力必須大于注漿終壓0.5 mpa，防止孔口管四周裂隙在注漿時(shí)跑漿或受力時(shí)撥出。固定孔口管水泥砂漿重量配比組成： 水泥：水：砂 = 1:1:0.7。 4、搭設(shè)工作臺(tái) 為便于鉆機(jī)找正定位與搬遷，保證鉆孔的質(zhì)量及鉆進(jìn)過(guò)程中正常排水和撈巖粉，要求在工作面2m以上位置，使用槽鋼和木板，搭設(shè)鉆機(jī)工作臺(tái)。工作臺(tái)要求平穩(wěn)牢固，鋼梁和立柱不影響鉆機(jī)開(kāi)孔。 5、注漿工作的注意事項(xiàng) 由于攪拌站設(shè)在地面，注漿泵布置在吊盤(pán)上，鉆機(jī)在井底工作面。因此，三地之間必須設(shè)置直通 和聲光信號(hào)，互相聯(lián)系。以保證注漿工作安全，順利地進(jìn)行。 在注漿過(guò)程中，孔口安裝壓力表。每班指派專(zhuān)人觀(guān)察注漿

15、壓力的變化，注漿過(guò)程中，突然升壓，超過(guò)注漿終壓，及時(shí)打開(kāi)泄?jié){閥，關(guān)閉進(jìn)漿閥，把漿液放到吊桶中，提到地面。 注漿時(shí)先打開(kāi)進(jìn)漿閥，再關(guān)閉泄?jié){閥；停注時(shí)，先打開(kāi)泄?jié){閥，再關(guān)閉進(jìn)漿閥。 6、壓力和流量的測(cè)定以及壓水試驗(yàn) 1壓力 鉆孔出水后，提出鉆具，接好注漿系統(tǒng)。關(guān)閉進(jìn)漿閥和泄?jié){閥，待壓力穩(wěn)定后，讀出壓力表數(shù)值。 2流量 注漿系統(tǒng)接好后，打開(kāi)泄?jié){閥，如水量較少，用一般20l水桶和秒表，容積法測(cè)量鉆孔涌水量，如鉆孔涌水量大，用吊桶測(cè)量。 3壓水試驗(yàn) 在注漿開(kāi)始之前，向鉆孔壓清水，檢查鉆孔吸水量，以便確定漿液的起始濃度。 壓水試驗(yàn)盡可能采納大泵量，應(yīng)使壓力控制在注漿終壓高0.5mpa左右，壓力繼續(xù)1020

16、分鐘無(wú)異常即可注漿。 7、漿液的配制 漿液的配制在地面進(jìn)行。依據(jù)井下壓水試驗(yàn)的結(jié)果，配制確需的水泥漿液，漿液濃度是先稀后濃，假設(shè)壓力不上升，吸漿量變化不大，應(yīng)逐級(jí)加大濃度。反之，假設(shè)壓力上升快，吸漿量變小，可降低漿液濃度，以保證有足夠的注入量。在涌水量較大，需要及時(shí)封堵時(shí)，可用雙液注漿。注漿工作結(jié)束后，注入一定量清水，把管路沖洗干凈?？卓跐{液終凝后，再掃孔，重作壓水試驗(yàn)，當(dāng)吸水量小于20l/min時(shí)，可不再注漿，大于該值，應(yīng)當(dāng)復(fù)注。 六、 注漿工藝流程 1、地面攪拌站 攪拌站布置在井口四周，水泥用人工拆袋倒入攪拌機(jī)中，加入適量的清水，攪好之后，通過(guò)管路送到井下儲(chǔ)料桶中。 2、泵站 2tgz-6

17、0/210型雙液注漿泵安裝在吊盤(pán)上，在吊盤(pán)上還布置儲(chǔ)漿桶、清水桶和水玻璃桶。注漿泵吸漿管，直接由儲(chǔ)漿桶吸漿，注漿泵和工作面之間用高壓膠管相連。 3、工作面 注漿系統(tǒng)和孔口管用法蘭盤(pán)連接，注漿系統(tǒng)的進(jìn)漿閥和連接注漿泵的高壓膠管相連接。系統(tǒng)全部就緒后，由工作面人員通知吊盤(pán)上司泵工，開(kāi)泵壓水試驗(yàn)。壓水之后，依據(jù)鉆孔吸水量，由司泵工通知地面人員所需漿液水灰比。當(dāng)漿液送到吊盤(pán)上后，通知工作面，開(kāi)泵注漿。 依據(jù)泵壓和孔口壓力的變化，當(dāng)班工程技術(shù)人員，決定調(diào)整漿液的水灰比，當(dāng)達(dá)到終壓終量和總注入量時(shí)，工程技術(shù)人員決定停止注漿。 七、 注漿效果分析 注漿是隱蔽性的施工工程，為保證工程質(zhì)量，以獲得優(yōu)良

18、的封水效果，應(yīng)從施工一開(kāi)始，到注漿結(jié)束，對(duì)全過(guò)程的每一孔段都具體記錄，對(duì)注漿效果的分析提供資料。 1、技術(shù)資料的分析 對(duì)每個(gè)鉆孔的每一個(gè)孔段注漿中注漿壓力、流量、漿液濃度、吸水量的變化進(jìn)行分析，判斷注漿施工是否合格。 2、檢查孔資料的分析 一個(gè)檢查終孔后，如有涌水，測(cè)量水壓、水量，換算成大井涌水量，看大井涌水量是否小于2m3/h，如果二個(gè)檢查孔經(jīng)計(jì)算出的大井涌水量均少于2m3/h，就可以認(rèn)為裂隙漿液充填飽滿(mǎn)、密實(shí)，可結(jié)束注漿。 八、 勞作組織及工期 1、勞作組織：注漿施工三班作業(yè)。人員配備如下表：   施工班組 工種 人數(shù) 備   注 打 鉆 班 班長(zhǎng) 1 組織施

19、工指揮與檢查施工，保證安全作業(yè) 機(jī)具 1 負(fù)責(zé)鉆機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆孔不得偏斜 鉆工 6 負(fù)責(zé)鉆具拆換，提落鉆桿，不得掉鉆桿 把鉤工 1 摘掛吊桶及裝卸材料 水泵工 1 負(fù)責(zé)吊泵抽水正常運(yùn)轉(zhuǎn) 信號(hào)工 2 負(fù)責(zé)井上下信號(hào)聯(lián)系 機(jī)電維護(hù)工 2 負(fù)責(zé)鉆孔班所用設(shè)備修理 注 漿 班 班長(zhǎng) 1 組織指揮與檢查施工，保證安全作業(yè) 技術(shù)員 1 負(fù)責(zé)注漿配比，檢查注漿質(zhì)量 記錄員 1 負(fù)責(zé)記錄施工中泵壓力，孔口壓力，流量等數(shù)據(jù) 司泵工 2 操作注漿泵，按制定要求操作 籠頭工 1 保證籠頭不堵塞，能正常進(jìn)漿 灰漿配制工 4 按要求配漿 機(jī)電修理工 2 負(fù)責(zé)設(shè)備修理 水泵工 1 負(fù)責(zé)吊泵正常運(yùn)轉(zhuǎn) 信號(hào)工 2 負(fù)責(zé)井上下

20、信號(hào) 注漿工 2 注漿操作   2、          注漿工期：依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，注漿計(jì)劃20天。 十、安全技術(shù)措施 注漿期間除按立井施工中的一系列規(guī)定和安全措施執(zhí)行外，還應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行以下安全措施。 注漿前，對(duì)注漿材料的出廠(chǎng)日期、合格證以及凝膠時(shí)間等進(jìn)行檢查，不符合技術(shù)要求的材料，不準(zhǔn)使用。 注漿系統(tǒng)各連接部分，都要求連接牢固，注漿過(guò)程中，人員要避開(kāi)孔口管位置。 井下工作時(shí)，要盡量避開(kāi)吊桶位置，吊桶或物料正在提松時(shí)，其正下方嚴(yán)禁站人。 開(kāi)鉆前，要求檢查鉆機(jī)安裝的牢固性和平穩(wěn)性，檢查各部件連接是否

21、可靠，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后，方可鉆進(jìn)。 鉆具要求擰緊，各種工具及其它物品嚴(yán)防掉進(jìn)鉆孔內(nèi)，下放和提升鉆具時(shí)，要有專(zhuān)人統(tǒng)一指揮，保證安全。 注漿過(guò)程中，隨時(shí)觀(guān)察注漿壓力和吸漿量的變化，并隨時(shí)記錄，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)馬上采用措施進(jìn)行處理。 注漿前要對(duì)注漿管路進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。 注漿過(guò)程中，各工種都要遵守崗位，精心組織施工，拌灰一定要先加水，后加灰，并且保證連續(xù)供漿。司泵人員要控制好泵量，保證壓力穩(wěn)定。井下工作面設(shè)專(zhuān)人觀(guān)察，認(rèn)真監(jiān)視注漿管、井壁的異常狀況，發(fā)現(xiàn)特別狀況，及時(shí)通知停泵或打開(kāi)泄?jié){閥。 注漿工作人員都應(yīng)配帶乳膠手套，佩戴防塵口罩、護(hù)目鏡，注漿完畢后，要馬上用清水沖洗注漿泵和注漿管路。 井上下設(shè)有注漿專(zhuān)用的聲光信號(hào)和直通 ，吊盤(pán)下設(shè)的安全梯。 升降注漿泵等設(shè)備的繩套必須使用15.5mm以上的新鋼絲繩卡制，所用卡帶必須與繩徑配套，卡帶數(shù)量不得少于5付。 注漿泵下井、升井前，提起后，必須對(duì)繩套的綁扎、連接狀況仔細(xì)檢查一遍，確認(rèn)無(wú)誤后方可提升。 提升或下松