任樓副井井壁加固施工組織設(shè)計(jì)

1、任樓煤礦副井井壁加固工程施工組織設(shè)計(jì)編制單位：編制日期：中煤第三建設(shè)集團(tuán)安徽地質(zhì)測(cè)量工程有限責(zé)任公司施工組織設(shè)計(jì)審批單工程名稱任樓煤礦副井井壁加固工程編 制： 年 月 日審 核： 年 月 日地 質(zhì) 科： 年 月 日安 質(zhì) 科： 年 月 日總工程師： 年 月 日處 長(zhǎng)： 年 月 日審批意見：目 錄1 工程概況11.1 副井井筒概述11.2 副井地質(zhì)及水文地質(zhì)概況1表土分類 1表土層段水文地質(zhì)1基巖巖性分類21.2.4 基巖水文地層21.3副井井筒現(xiàn)狀說(shuō)明21.4 副井井壁破壞原因簡(jiǎn)要分析32 副井井壁治理方案33 具體施工內(nèi)容及技術(shù)要求33.1 架設(shè)井圈33.1.1 井圈加工33.2 破壞段注漿

2、加固4施工內(nèi)容53.2.2 注漿孔施工技術(shù)要求54 信號(hào)傳遞85 勞動(dòng)組織與工期安排85.1 勞動(dòng)組織85.2 工期安排86 主要施工設(shè)備及消耗材料一覽表96.1 主要施工設(shè)備96.2 主要材料97 附圖10任樓煤礦副井井壁加固工程施工組織設(shè)計(jì)1 工程概況1.1 副井井筒概述任樓煤礦副井井筒一水平于1988年竣工，2004年經(jīng)擴(kuò)建延伸至二水平，井筒設(shè)計(jì)凈直徑7.2m，表土層厚280m，井筒垂深776.50m，采用雙壁結(jié)構(gòu)。在井深100m 160m段，外壁為單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚550mm，內(nèi)壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，壁厚500mm，內(nèi)外壁之間有2層防水塑料板。1.2 副井地質(zhì)

3、及水文地質(zhì)概況副井自然標(biāo)高為25.20m，表土層埋深278.9m。風(fēng)化帶自垂深278.9315.0m，厚約36.1m。風(fēng)化程度不甚強(qiáng)烈，裂隙不太發(fā)育。表土分類（見表1） 表土分類 表1 類別砂土粘土砂質(zhì)粘土粘土質(zhì)砂鈣質(zhì)粘土砂盤總計(jì)厚度（m）42.265.867.044.44613.5278.9占%15.1232415.916.54.9100副井通過(guò)的粘土層，多為含鈣質(zhì)結(jié)核，在垂深68.075.6米，221.9233.1米及262.3270.8米處有三層鈣質(zhì)粘土，厚度分別為7.6米、11.2米和8.5米。該土層具有較大的凍脹力和塑形變形，膨脹量可達(dá)3050%。表土層段水文地質(zhì)表土段有四個(gè)含水層，

4、三個(gè)隔水層，其中第四含水層直接覆蓋于煤系地層之上，三“隔”四“含”見副井表土層段水文概況（表2）。副井表土層段水文概況表2 含水隔層厚度（m）埋深（mm）水 文 簡(jiǎn) 述一含25.86.832.6礦化度為0.535g/L，全硬度9.74，粘土類組成，隔水性能好一隔48.032.680.6二含26.280.6106.8水質(zhì)多為硫酸重碳酸型，礦化度多大于1g/L，與上下含無(wú)直接水力聯(lián)系，隔水層多為粘土，可塑性強(qiáng)，隔水性能好二隔三含53.7106.8160.5孔隙承壓含水層，為河湖沉積，水化學(xué)為氯化物硫酸型，礦化度為1.884g/L，含水豐富，靠層間徑流補(bǔ)給三隔91.0160.5251.5四含27.4

5、251.5278.9孔隙承壓含水量，礦化度2.16g/L，與上含無(wú)直接水力聯(lián)系，靠區(qū)域?qū)娱g徑流補(bǔ)給，通過(guò)含水層本身與基巖段發(fā)生水力聯(lián)系基巖巖性分類基巖多為砂巖和泥巖互層，基巖（包括風(fēng)化帶）總厚279.1m，屬石盒子組煤系地層。主要巖層有泥巖、粉砂巖、中、細(xì)砂巖、煤層等詳見表3?；鶐r巖性分類 表3 巖層泥巖粉砂巖中、細(xì)砂巖煤合計(jì)厚度（m）152.1747.1392.168.07297.1占%50.815.730.82.7100.0備注包括粗粉砂巖包括部分粗砂巖穿過(guò)13煤，約7層煤線1.2.4基巖水文地層主要基巖段含水層概況表4含水層名稱含水層厚（m）埋深（m）簡(jiǎn) 述12煤間含水層26.7329.

6、2406.51本段有5層中、細(xì)砂巖，厚約26.7m34煤含水層516.33576本段有8層細(xì)砂巖、粉砂巖，厚約45.0m2煤下的K2砂巖和3煤下的K3砂巖，據(jù)資料分析巖石裂隙發(fā)育，含水豐富，其涌水量分別為19.13m3/h和49.21m3/h。1.3副井井筒現(xiàn)狀說(shuō)明副井井筒在施工建設(shè)期間曾進(jìn)行過(guò)預(yù)注漿和井筒壁間注漿，但未系統(tǒng)科學(xué)的對(duì)井壁進(jìn)行過(guò)壁間注漿，具體資料不詳。副井在2014年7月8日2014年7月28日由我公司對(duì)井深106.8160.5m三含段集中出水點(diǎn)進(jìn)行壁間、壁后注漿堵水加固。合計(jì)施工鉆孔42個(gè)（堵水孔24個(gè)，壁間加固孔11個(gè)，壁后孔4個(gè)，驗(yàn)證孔3個(gè)），共計(jì)注入P.O 42.5普通硅

7、酸鹽水泥48t，水玻璃3.15t。注漿后注漿段（井深125145m）總滲水量0.05m3/h（治理前4.0m3/h），原出水點(diǎn)全部消除，已無(wú)明顯滲水點(diǎn)，堵水率在98%以上。注漿量統(tǒng)計(jì)表 表5序號(hào)孔類孔數(shù)（原設(shè)計(jì)）孔數(shù)（實(shí)際施工）水泥量（t）水玻璃（t）1壁間孔121111.9502檢查孔330.3503壁后孔64241.34堵水孔8248.951.05合 計(jì)2942483.15施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)井壁出現(xiàn)部分破壞現(xiàn)象，井壁破壞范圍集中在井深142146m正北、東北、正東方向，破壞面積在2838m2之間，主要表現(xiàn)為開裂、麻面、保護(hù)層混凝土脫落等。在井深144.5m東北位置打孔時(shí)，開孔深度為300mm，

8、未下入孔口管井壁出現(xiàn)噴沙現(xiàn)象。在136m147m段打孔時(shí),有的孔在開孔200mm深后，可以明顯感覺到之后的井壁強(qiáng)度下降，個(gè)別孔在安裝好孔口管繼續(xù)鉆進(jìn)到450550mm時(shí)會(huì)噴沙。注漿期間該段井壁不抗壓，12MPa井壁會(huì)出現(xiàn)噼里啪啦的響聲并伴隨井壁保護(hù)層混凝土的開裂。1.4 副井井壁破壞原因簡(jiǎn)要分析副井井壁破壞段主要集中在三含粉砂段，該表土段井壁為凍結(jié)施工，破壞段自接茬處往下兩模，以下井壁出現(xiàn)開裂。破壞的主要原因可能是凍結(jié)后井壁解凍時(shí)井壁收縮形成裂縫，井壁質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或者后期井筒表土層段井壁壁間注漿不科學(xué)徹底，加上井壁年久混凝土強(qiáng)度下降。2 副井井壁治理方案針對(duì)目前現(xiàn)象，我單位制定以下治理方案：（1

9、）井深141148m段架設(shè)井圈17道（密集井圈8道，花背井圈9道），以增大破壞段井壁橫向抵抗能力；（2）破壞段注漿加固（井深140.5148.5m，段高8m，設(shè)計(jì)鉆孔24個(gè)）。3 具體施工內(nèi)容及技術(shù)要求3.1 架設(shè)井圈架設(shè)井圈的目的是在注漿施工中提高破壞段井壁的保護(hù)能力，防止井壁破壞程度再次增大。在井深141m-148m，約7m段高，架設(shè)20#b槽鋼井圈17道。其中，密集井圈8道，花背井圈9道。3.1.1 井圈加工采用20#b槽鋼加工制作井圈，井圈外直徑為7.2m，每道井圈分8節(jié)加工，每小節(jié)井圈外弧長(zhǎng)2.82m，兩頭焊接10mm厚20080mm對(duì)接鋼板，在每塊對(duì)接鋼板切割出兩個(gè)長(zhǎng)40mm、寬2

10、0mm的圓長(zhǎng)孔，同一水平每小節(jié)井圈之間采用對(duì)接鋼板與M1860mm鍍鋅螺栓連接，每套鍍鋅螺栓配1個(gè)彈簧片、2個(gè)墊圈和1個(gè)螺帽?；ū尘庸げ扇≡诿啃」?jié)井圈圈身的同一側(cè)焊接兩根站腿，站腿使用厚8mm、7.0熱軋等邊角鋼，站腿長(zhǎng)度暫定350mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況量取進(jìn)行切割。井圈、對(duì)接鋼板、角鋼、支撐圓鋼及弧形鋼板都要進(jìn)行防腐處理。首先進(jìn)行噴砂除銹，其次進(jìn)行噴鋅，然后刷環(huán)氧富鋅底漆，最后刷煤瀝青漆作為面漆。螺栓使用鍍鋅螺栓無(wú)需再進(jìn)行防腐處理。3.1.2 支撐點(diǎn)施工在井深148m、144m的最底層井圈得下沿，用水平管找平，各均勻布置16根支撐圓鋼，支撐圓鋼間距1.4m，采用風(fēng)鉆垂直于井壁施工鉆孔，孔深4

11、50mm、孔徑42mm，打入40450mm圓鋼作為支撐點(diǎn)，圓鋼外露70-80mm。3.1.3 架設(shè)井圈從井深148m支撐點(diǎn)開始，先架設(shè)最底層井圈1道，用水平管找平，調(diào)平底層井圈后，再按上行式架設(shè)5道花背井圈；再?gòu)倪^(guò)牛腿后（井深144m）支撐點(diǎn)開始，再按上行式架設(shè)8道密集井圈，之后再向上架設(shè)3道花背井圈。上下層井圈節(jié)與節(jié)之間錯(cuò)位擺放，每一層井圈架設(shè)完畢，圈身和井壁之間必須用鐵楔背緊。架設(shè)井圈段沒特殊情況下應(yīng)保持井壁原狀，在密集井圈處有破壞較大的井壁根據(jù)需要清理易掉的外層漿皮，之后井圈與井壁間用水泥砂漿充填密實(shí)。3.1.4 割圈與加固井圈架設(shè)過(guò)程中井圈對(duì)接鋼板連接處必須盡量遠(yuǎn)離罐籠邊角到井壁的最小

12、位置處，在罐籠邊角到井圈內(nèi)邊沿安全間隙不足150mm時(shí)，在注漿結(jié)束后通過(guò)氣割井圈內(nèi)邊沿來(lái)調(diào)整間隙，并盡量減少氣割寬度，減少井圈強(qiáng)度損失。在架設(shè)井圈前應(yīng)準(zhǔn)確丈量，在安全間隙不夠的地方，通過(guò)加工時(shí)在相應(yīng)氣割的井圈后面焊接一塊弧形鋼板以增強(qiáng)井圈強(qiáng)度。2014年7月31日對(duì)井深140-150m架圈段實(shí)測(cè)罐籠、大罐配重裝置拐角距井筒內(nèi)壁最近距離為：罐籠西北440mm，東北470mm，西南200180mm，東南200160mm；大罐配重裝置西北180170mm，東北180160mm。在氣割后應(yīng)對(duì)氣割面進(jìn)行除銹，涂刷防銹防腐漆。3.2 破壞段注漿加固在破壞段上下8m（井深140.5148.5m）段高共計(jì)施工

13、4排壁后注漿孔，以加固破壞段井壁外圍的地層。施工內(nèi)容在井深148.5m、145.5m、142.5m、140.5m四個(gè)水平施工4排孔，每排6個(gè)孔，孔間弧距3.7m，共24個(gè)孔。鉆孔先打壁間孔，孔深0.6m；待壁間注漿結(jié)束后，再對(duì)全部鉆孔進(jìn)行破壁，孔深1.5m；待注漿結(jié)束后，對(duì)所有壁后注漿孔進(jìn)行重新透孔、再次復(fù)注第二遍，透孔深度不小于2.8m。鉆孔布置在破壞段上下各2排，具體位于花背井圈和牛腿的空檔處，鉆孔根據(jù)實(shí)際架圈位置相應(yīng)調(diào)整。如壁后注漿孔和含水層壁間注漿孔位置重合或接近，為盡量少打孔、減少破壞井壁，可利用壁間注漿孔透孔進(jìn)行注漿。3.2.2 注漿孔施工技術(shù)要求（1）工作平臺(tái)的搭拆造孔及注漿操作

14、在罐籠頂部進(jìn)行，利用副井罐籠頂部搭設(shè)工作平臺(tái)進(jìn)行施工。在井壁上施工支撐圓鋼與罐道梁一起作為支撐，用建筑鋼管作為骨架，鋪設(shè)厚度不低于70mm的大木板作為平臺(tái)，木板用雙股8#鐵絲與鋼管捆綁牢固，具體見下圖。圖1 工作平臺(tái)示意圖（2）注漿鉆孔結(jié)構(gòu)鉆孔孔徑定為42mm一級(jí)孔徑。鉆孔下一級(jí)孔口管，孔口管選用42450mm無(wú)縫鋼管制作，鋼管前部加工成400mm長(zhǎng)的馬牙扣，后部加工成50mm長(zhǎng)絲扣?？卓诠艿鸟R牙扣部位纏上生麻，用大錘或風(fēng)鉆將孔口管打進(jìn)孔內(nèi)。孔口管與雙52mm高壓球閥組成的防噴閥，采用長(zhǎng)100mm的短節(jié)頭連接。（3）造孔方法使用風(fēng)鉆垂直井壁施工孔深450mm的鉆孔，造孔前必須在鉆桿距釬頭450

15、mm處焊接一圈焊鎦并噴涂紅漆當(dāng)作孔深限位標(biāo)識(shí)，防止鉆孔過(guò)深。隨后安裝孔口管，再換用28mm柱齒鉆頭在孔口管內(nèi)鉆孔至孔深600mm，鉆孔前也必須在鉆桿距釬頭600mm處焊接一圈焊鎦并噴涂紅漆當(dāng)做孔深限位標(biāo)識(shí)，防止鉆孔過(guò)深、誤穿外壁。在施工過(guò)程中因打到內(nèi)壁鋼筋等原因出現(xiàn)的廢孔及時(shí)用快硬水泥藥卷封搗實(shí)?？卓诠馨惭b完畢后必須進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)時(shí)逐漸加壓，穩(wěn)定壓力達(dá)到安全值并持續(xù)20min為合格。若出現(xiàn)漏水，則直接用水泥漿液固管。然后再次試壓至合格為止，方可鉆進(jìn)。（3）防噴板安裝由于不能確切掌握井壁外圍巖體巖性，防止鉆孔穿透外壁后出現(xiàn)噴水涌砂現(xiàn)象而此時(shí)孔口管的抗壓能力可能又不夠，易造成孔口管頂出的嚴(yán)

16、重后果，在施工每個(gè)壁后注漿孔時(shí)，使用28mm鉆頭穿透井壁前必須安裝防噴閥和防噴板，起到對(duì)孔口管的安全保護(hù)。防噴板安裝方法：在孔口管外部距絲口端焊一個(gè)鋼圈，防噴板采用鋼板制成，居中位置切割出孔口管大小圓孔，在孔口管安裝后用防噴板將孔口管卡牢卡實(shí)，然后用2根錨桿將防噴板固定在井壁上，起到穩(wěn)固孔口管的作用。若孔內(nèi)出現(xiàn)噴水涌砂情況時(shí)，則立刻退出風(fēng)鉆釬桿、關(guān)閉孔口球閥，然后利用該孔口直接進(jìn)行注漿堵水、堵砂。（4）壁間、壁后注漿工藝流程：采用風(fēng)鉆開孔 安裝孔口管 孔口管試壓 關(guān)閉球閥連接混合器與注漿管路 開啟注漿泵進(jìn)行壓水 打開球閥 注入水泥漿液 達(dá)到設(shè)計(jì)壓力封孔 關(guān)閉球閥。 （5）注漿站布設(shè)在副井上井口

17、附近合適地點(diǎn)設(shè)置注漿站，注漿設(shè)備選用2TGZ-60/210雙液注漿泵，LT-200拌漿機(jī)拌漿。沿副井供水管托梁下放二趟25mm的高壓軟管，分別輸送水泥、水玻璃雙液漿至注漿工作面混合器進(jìn)行注漿。高壓膠管接頭連接必須使用U型卡，嚴(yán)禁使用鐵絲代替，高壓膠管用雙股8#鐵絲捆扎在罐道的托梁上，每4m捆扎1道。（6）注漿方式 壁間、壁后注漿均采取上行式注漿方式。（7）注漿材料注漿材料使用單液水泥漿，封孔時(shí)使用水泥濃漿或水泥-水玻璃雙液漿，首選水泥濃漿，水泥濃漿封孔效果不好時(shí)使用水泥-水玻璃雙液漿。水泥選用新鮮P.O42.5普通硅酸鹽水泥。使用模數(shù)2.83.2，波美度4045的水玻璃。水泥漿的水灰比為1:1

18、，水泥濃漿的水灰比為0.75:1或0.5:1，水泥與水玻璃的體積比G:S = 4:13:1。（8）注漿壓力對(duì)井壁進(jìn)行壁間、壁后注漿時(shí)，井壁強(qiáng)度校驗(yàn)采用式：式中：P：注漿部位井壁能承受的壓力MPa E：井壁厚度（內(nèi)壁）0.5m，壁后注漿厚度為1.05m R0：井筒的凈半徑3.6m K：井壁材料的允許抗壓強(qiáng)度MPa，K=R/n=35/2=17.5 R：井壁材料極限抗壓強(qiáng)度，井壁混凝土強(qiáng)度為C35（取內(nèi)、外壁混凝土強(qiáng)度較小值），砼實(shí)際抗壓強(qiáng)度35MPa n：安全系數(shù)，n=2P(壁間)=17.5(0.52+23.60.5)/2(3.6+0.5)2=2MPaP(內(nèi)壁井壁最大承受壓力)=2P(壁間)=4M

19、PaP(壁后)=17.5(1.052+23.61.05)/2(3.6+1.05)2=3.5MPaP(內(nèi)壁井壁最大承受壓力)=2P(壁后)=7MPa為安全起見，孔口管耐壓試驗(yàn)不大于井壁安全承受壓力，壁間注漿壓力不能超過(guò)該注漿點(diǎn)靜水壓力的1.5倍，注漿終壓取該孔1.5倍靜水壓力和井壁安全承受壓力二者之間較小值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果表土層段井壁壁間注漿終壓不得超過(guò)2.0MPa。壁后注漿壓力取靜水壓力的1.5倍，不大于3.0MPa。在施工壁后深孔前井壁得以加固，鉆孔周圍巖性較為密實(shí)，深孔注漿壓力取4MPa。鉆孔注漿最終注漿壓力根據(jù)鉆孔周圍井壁情況，可適當(dāng)降低終孔壓力。（9）漏漿處理與封孔方法注漿若發(fā)生漏漿現(xiàn)象

20、，采取加大漿液濃度或間歇式注漿，處理效果不佳時(shí)，采取水泥-水玻璃雙液漿封堵。如發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重跑漿，還應(yīng)使用棉紗和道釘進(jìn)行堵漏。（10）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力呈規(guī)律性增加，并達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)即可封孔。單孔注漿量控制在10t以內(nèi)，若單孔注漿量超過(guò)10t時(shí)，注漿封孔采用水泥-水玻璃雙液注漿或間歇注漿。4 信號(hào)傳遞施工時(shí)井上下聯(lián)系采用對(duì)講機(jī)通信方式，確保施工中地面和井筒施工人員通信暢通。井筒上下之間的信號(hào)傳遞由施工單位負(fù)責(zé)。施工單位每班安排專人與礦方井口打點(diǎn)人員專項(xiàng)聯(lián)系，施工單位的動(dòng)罐指令由礦井口打點(diǎn)人員負(fù)責(zé)傳送。5 勞動(dòng)組織與工期安排5.1 勞動(dòng)組織實(shí)行項(xiàng)目部管理方式，選派項(xiàng)目經(jīng)理1人，副經(jīng)理1人，項(xiàng)目經(jīng)理全面負(fù)責(zé)工程施工。每天施工時(shí)間為連續(xù)6小時(shí)。人員配備表 表6工 種人 數(shù)備 注司泵工2兼職井圈架