回風立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施

1、PAGE PAGE 8回風立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施一、工程概況根據(jù)榮康回風井工作面現(xiàn)場涌水量16m3/h以及預(yù)計最榮康回風立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施大涌水量25m3/h，我項目部與礦方共同研究決定對榮康回風立井工作面進行注漿施工，為了保證井筒175m至235m安全施工特制定本措施。（1）含水層根據(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)地下水類型包括碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碎屑巖類裂隙水及松散巖類孔隙水。其相應(yīng)的含水層主要有：1、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水井田內(nèi)碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水層主要為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組與峰峰組灰?guī)r。其中，峰峰

2、組及馬家溝組石灰?guī)r是本井田煤系地層下伏的主要含水層，且本井田煤層屬帶壓開采，是本井田礦井生產(chǎn)的主要威脅。奧陶系石灰?guī)r出露于井田外東南部，露頭所見溶洞，裂隙比較發(fā)育，所見奧灰?guī)r性為致密塊狀質(zhì)較純，裂隙被方解石充填。據(jù)1996年9月至1997年1月由144隊在辛置煤礦井下施工的307號水文鉆孔O2f抽水試驗，單位涌水量1.1028-1.4236L/sm，水質(zhì)類型SO4-K+NaMg型，富水性強。水位標高518.75m。ZK203號鉆孔抽水試驗單位涌水量1.015L/sm，水位標高516.29m，由于推斷本井田水位標高約為515-525m左右。因此，井田內(nèi)該類型地下水屬富水性強的溶隙含水層。2、碎屑

3、巖夾碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層井田內(nèi)碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水層主要指石炭系上統(tǒng)太原組砂巖與灰?guī)r含水層，其中K3、K2灰?guī)r為主要含水層。巖性為深灰色致密堅硬石灰?guī)r，其中K2石灰?guī)r為主要含水層，為9號煤層直接充水含水層，裂隙溶隙較發(fā)育，據(jù)1996年9月至1997年1月由144隊辛置煤礦井下施工的307號水文鉆孔，太原組抽水試驗單位涌水量為0.5769-0.6801L/sm，水位標高500m，水質(zhì)類型SO4HCO3-K+NaCaMg型，富水性中等。2010年施工的ZK203號鉆孔太原組抽水試驗單位涌水量為0.041L/sm，富水性弱。因此，井田內(nèi)該類型地下水為富水性弱-中等的溶隙含水層。3、碎屑

4、巖類裂隙水含水層井田內(nèi)碎屑巖類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)砂巖裂隙含水層細粒砂巖、細粒石英砂巖為主，灰白色、灰色，裂隙不甚發(fā)育，富水性弱，裂隙含水組淺部一般以風化裂隙潛水為主，K7砂巖含水層為2號煤層主要含水層，隨埋深的增加，裂隙發(fā)育減弱。ZK203號鉆孔抽水試驗單位涌水量為0.024L/sm，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訝睿严栋l(fā)育

5、較差。K8砂巖為2號煤層的頂板，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給差異性較大，泉流量在0.020.05L/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、細粒砂巖，裂隙不發(fā)育，為較弱含水層。（4）基巖風化殼含水層由于風化水蝕作用的強弱，裂隙的深度因地而異，風化深度30-50m，含水性變化大，據(jù)鄰近水井的調(diào)查資料，水量不大，能滿足居民和牲畜飲用。水位標高變化較大，水質(zhì)類型：重碳酸氯化鈣鎂型水，為較弱含水層。4、松散巖類孔隙水含水層井田內(nèi)松散巖類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

6、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，具有良好的隔水性能，系奧陶系中統(tǒng)巖溶水與太原組砂巖

7、裂隙水間的良好隔水層。其分布穩(wěn)定，延續(xù)性好，具區(qū)域隔水作用。通常情況下，垂直方向使11號煤層以上含水層與奧灰?guī)r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，在無斷層貫通情況下，太原組石灰?guī)r溶隙將不會影響上組煤的開采；下石盒子組泥巖、粉砂巖隔水層一般厚90m左右，致密巖層對地表水及潛水起隔水作用。回風井17

8、5m至235m含水層列表深度（m）厚度（m）巖性1766中粒砂巖192.3199.57.2粉砂巖199.5204.95.3粉砂巖205.4208.32.9粉砂巖209.1214.85.7粉砂巖214.8217.62.8中粒砂巖217.622810.4粉砂巖228230.52.5中粒砂巖233.8234.60.8中粒砂巖回風立井175m至235m共計9層含水層。三、施工方案：根據(jù)含水層的賦存特點，該井筒計劃分1個注漿段進行工作面預(yù)注漿堵水。含水層采用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，主要考慮鉆機能力和含水層厚度。此次注漿段高

9、，經(jīng)綜合考慮確定如下：1、注漿段高劃分注漿段垂深175m至235m，段高60m；合計工作面注漿總長度60m。2布孔方式為使注漿孔更多地揭露裂隙，提高注漿效果，決定將鉆孔布置為徑向斜孔，鉆機應(yīng)盡量靠近井壁，開孔中心到井壁距離為500mm，終孔位置在井筒掘進半徑外2m處，采用同心圓等距布孔，一圈布孔6個，孔間距2.1m，終孔半徑4.9m。（見附圖）。3注漿孔角度主要根據(jù)裂隙的方向及其分布情況來確定，要保證注漿孔與裂隙相交。要有足夠的漿液擴散半徑來保證止水效果。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可用下式計算：a=arctan(S+A)/H=arctan(3/60)=2.9式中

10、：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，每個注漿孔均按兩種角度布置。一是切線角，一般為1101300，二是徑向傾角。4注漿方式采用下行壓入式注漿的方法。一次鉆孔，鉆孔成型后進行注漿。第一個鉆孔注漿的同時按鉆孔順序施工下一個鉆孔。四、注漿參數(shù)的選擇1、漿液擴散半徑實際上，漿液的擴散是不規(guī)則的。由于在注漿施工過程中，對注漿壓力、注入量、漿液濃度等參數(shù)可以加以人為控制、調(diào)整，對漿液的擴散范圍，可以起到一定的控制作用。一般在含水層砂巖裂隙開度在0.5-40mm時，有效擴散半徑為6-8m，結(jié)合多年井筒工作面預(yù)注漿的施工經(jīng)驗，單液水泥漿，擴散半徑可按8m計算。如

11、果是微裂隙或孔隙水，注漿難度較大，顆粒性材料可注性差，此時應(yīng)選擇化學漿液注漿，漿液有效擴散半徑按4m計算，適當加密注漿孔的間距，增加注漿孔個數(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，靜水壓沒實測數(shù)據(jù)，臨時確定注漿終壓為1012Mpa。待含水層揭露后，實測到靜水壓數(shù)據(jù)，再定實際注漿終壓。3、漿液注入量漿液注入量可根據(jù)擴散半徑（8m）及巖石裂隙率進行粗略計算，僅能作為施工參考。（1）含水層注入量總注漿段高按60m計算，巖石裂隙率取5%（一般為15%）。Q=AR2H/m式中：Q總注入量；R擴散半徑，取8m；H注漿段高，按60m計；由于實際揭露巖性裂

12、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）Q=1.53.1482605%0.85/0.85=904.3(m3)以上巖石裂隙率為估計值，施工中應(yīng)按實際情況調(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。當涌水量大需要及時封堵時，可采用水泥水玻璃雙液漿。漿液起始濃度的確定，通常根據(jù)注漿前壓水試驗時鉆孔的最大吸水量來選擇，漿液的起始濃度可根據(jù)下表一來確定。表一漿液起始濃度鉆孔最大吸水量（L/min）漿液濃度（水：灰）60802:1801501.5:11502001.25:1或1:120

13、01:1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）0.75:1197121.621.0371:1157501.501.0021.25:1138121.421.0301.5:1118251.371.0092:199061.291.051五、注漿施工1、止?jié){墊工作面預(yù)注漿采用濾水層混凝土止?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，覆蓋嚴密，在其上面進行澆筑混凝土止?jié){墊。止?jié){墊厚度為1米，強度C30，止?jié){墊澆筑后養(yǎng)護時間3

14、天。與井壁相連接，并在止?jié){墊周圍井壁采用風鎬鑿毛，保證與井壁接觸良好。澆筑混凝土時嚴格按照設(shè)計厚度、強度施工，加強振搗，并且及時排出井底積水，防止改變水灰比，影響其強度。施工人員必須佩帶安全帶，必要時在混凝土表面上擔上木板，以免施工人員陷入混凝土中。2、注漿施工方法采用下行單孔對稱注漿方式。段高及鉆注順序見圖，由于工作面狹小，鉆孔和注漿為單行作業(yè)。6個注漿孔對稱施工。每孔按鉆進結(jié)束后開始進行注漿，注漿段高為60m。3、埋設(shè)孔口管孔鉆機按著注漿孔的角度開孔，孔徑180mm，孔深4000mm，孔口管選159mm4.5mm無縫鋼管，長4500mm，孔口一端焊有和4高壓閥門對接的法蘭。鉆孔形成之后，倒入水泥砂漿，插入孔口管，并且找正