注漿施工組織設計

宜賓天池金堂煤業(yè)主副斜井注漿堵水施工方案原煤炭科學研究總院北京建井研究所注漿研究室教高楊春來二0一二年二月十五日第一章工程概況宜賓天池金堂煤業(yè)有限公司金堂煤礦（以下簡稱金堂煤礦）位于四川珙縣底洞鎮(zhèn)境內(nèi)，設計年產(chǎn)0.6Mt,該礦屬四川德陽市天池集團地震災后異地重建重點項目。該礦設計為斜井開拓方式，設計有主斜井、副斜井、行人斜井、排矸斜井和東回風斜井五個斜井井筒。其中副斜井凈高3.38m、凈寬3.40m、凈斷面10.2m2,傾角25度。支護形式為厚度為100mm的錨噴支護。當副斜井掘砌到斜長158m時，工作面出現(xiàn)涌水，開始為80m3/h,隨后逐漸變小，目前為20m3/h。根據(jù)綜合柱狀圖地質(zhì)資料分析；目前斜井已經(jīng)揭露了三疊系嘉陵江組一段和二段含水層。繼續(xù)掘砌困難，已停止掘進準備進行工作面預注漿。由于主副井井筒檢查孔沒有施工，所以缺乏主副井井筒施工所需的地質(zhì)資料和水文資料，下一步注漿和崛砌施工缺乏可靠的依據(jù)。對注漿和崛砌施工將遇到的困難估計不足。第二章注漿方案根據(jù)副斜井的設計方案以及目前所掌握的地質(zhì)及水文資料，副斜井的注漿方案，選用多段井筒工作面預注漿方法。本次工作面注漿將遇到的困難是：副斜井設計總長度826m，已掘砌158m,還有668m沒有掘，余下的668m含水層分布不清，需要注漿的長度也不確定，在下步的掘砌過程中，需要邊探邊掘。注漿段可能多，按一般注30m掘20m或者注40m掘30m計算，總注漿段要超過十段，工期長、造價高。第三章注漿工藝設計第一節(jié)注漿段長的確定在工作面注漿施工的第一、二段，由于工人技術不熟練，設備也在磨合階段注漿段長為30m,待到工人逐漸熟練，設備也磨合好后，注漿段長可加長到40m，掘砌30m。第二節(jié)止?jié){墻根據(jù)工作面的圍巖狀況，如果巖層不能夠作巖帽，且有涌水。就要砌止?jié){墻，第一注漿段，涌水量不大，在距迎頭0.3~0.5m的位置，砌一道370mm的止?jié){磚墻，墻下部預埋一根Φ75~Φ108mm的導水管，導水管外焊法蘭盤。導水管把工作面的涌水全部導出，。墻中部和上部預埋3~5根Φ38mm的注漿管，加固止?jié){墻注漿時使用。止?jié){墻養(yǎng)護2天后，把注漿系統(tǒng)接在導水管上進行注漿，預埋的Φ38mm的注漿管，全部裝上閥門并打開，待到有濃漿流出時，關閉閥門。待到頂部的閥門出濃漿關閉后，加壓到0.1Mpa時注漿結(jié)束。第三節(jié)布孔方式與參數(shù)一、布孔方式工作面預注漿的注漿孔均勻布置在主斜井荒徑內(nèi)，所有注漿孔都是帶有5-6度徑向角的輻射孔，這樣布孔有助于揭露更多的巖層裂隙，并保證漿液有一定的擴散范圍。二、布孔參數(shù)注漿孔數(shù)取決于含水層裂隙發(fā)育程度、漿液的性質(zhì)、擴散半徑大小、井筒荒斷面和注漿泵能力大小等等，由于影響因素多，注漿孔數(shù)和孔距，只能憑經(jīng)驗來確定。全斷面布置注漿孔16個，孔間距1.0m左右?；臄嗝娴撞繉?.6m，均勻布置注漿孔5個，鉆孔方向和井筒軸線下扎6度角。碹墻高1.9m，布置注漿孔3個，鉆孔向外扎角為6度，拱頂部均布注漿孔5個，方向為沿法線外孔5度（詳見圖1）。圖一、注漿鉆孔布置圖第四節(jié)注漿方式與段高一、注漿方式主斜井工作面預注漿采用分段下行式注漿方式。分段下行注漿方式是根據(jù)鉆孔的長度和鉆孔涌水量的大小從上往下一段一段地鉆注至終深。在工作面布置二臺鉆機，一臺先開鉆，另一臺鉆機在第一臺等干時開鉆，兩臺鉆機交替打鉆注漿。在注漿的前6-8個孔注完后，可采用鉆孔和注漿平行作業(yè)，這樣可提高速度，縮短工期。二、注漿段高注漿段高暫定為10m一段，或是鉆孔涌水量大于3m3/h時，停鉆注漿。反復掃孔，反復注漿。第五節(jié)注漿參數(shù)一、注漿壓力本方案給出的注漿壓力是根據(jù)經(jīng)驗來確定的。其經(jīng)驗公式如下：P終=(2.0-2.5)P0式中P終—注漿終壓（MPa）,P0——受注點的靜水壓力（MPa）。根據(jù)圍巖情況，裂隙發(fā)育情況，漿液的擴散情況，特別是否有跑漿現(xiàn)象，來調(diào)整注漿終壓。最高注漿終壓嶄定為10MPa。二、注漿泵量注漿開始時，注漿泵應開到最大量，隨著注漿壓力的升高，逐漸減小注漿泵量，至至終壓終量。注漿終量；單液水泥漿應控制在20-30升/分。水泥一水玻璃雙液漿控制在40-60升三、漿液注入量漿液在注漿壓力的推動下，在巖層裂隙內(nèi)形成一定厚度的隔水帷幕，計算漿液的注入量公式如下：Q=λπR2擴Hηβ/m式中的R2擴（漿液擴散半徑）很維確定，所以計算出的結(jié)果可能和實際偏差很大，為了使該項結(jié)果比較接近實際值，建議根據(jù)國內(nèi)其它井筒的實際注入量來估算。估計注漿段水泥注入量為4-6t/m。第四章注漿材料本次注漿選擇單液水泥漿和水泥—水玻璃雙液漿。第一節(jié)：注漿材料選擇一、水泥：P.042.5普通硅酸鹽水泥；二、水玻璃：摸數(shù)M=2.8-3.1，濃度45Bｅ’左右的液體水玻璃；三、水泥單液漿添加劑；三乙醇胺：工業(yè)級工業(yè)食鹽四、粉煤灰商品袋裝粉煤灰第二節(jié)單液漿的配制表1單液水泥漿液配比表表漿液的配制在井下進行，根據(jù)鉆孔壓水試驗的結(jié)果，配制所需的水泥漿液和水玻璃漿液。單液水泥漿濃度是先稀后濃，當一個級別的單液水泥漿在注入30分鐘后，壓力不升，要調(diào)濃一級漿液。如果單液水泥漿水灰比調(diào)到0.8：1，注入30分鐘后，仍不見升壓，可改注水泥一水玻璃雙液漿或注稠化單液漿，即1：1水泥漿中，加入3—5%水玻璃，使?jié){液稠化，初凝時間縮短。第三節(jié)水泥一水玻璃雙液漿這種材料是基巖裂隙中十分重要的漿液材料，它的凝膠時間可以從幾十秒到幾十分鐘范圍內(nèi)準確控制，漿液結(jié)石體抗壓強度高，結(jié)石率達到100%。所以，雙液漿在每次注漿中凡遇到單液水泥漿跑漿的情況下使用。一、漿液組成1、水泥：所用水泥與單液水泥漿相同，常用水灰比為0.8：1—1：1。2、水玻璃：作為注漿用的水玻璃模數(shù)為2.8-3.1為宜，市售水玻璃濃度常用為40-45Be’（波美度），注漿常用濃度為30-35Be’。3、緩凝劑和速凝劑緩凝劑：磷酸氫二鈉速凝劑：氫氧化鈣，即熟石灰。二、漿液的配制與注入水泥漿水灰比為0.8：1-1：1稱為C漿。水玻璃漿液的濃度根據(jù)要求，先做小樣試驗，一般為30-35Be’，稱為S漿液。C漿液和S漿液的體積比為1：0.5-0.7，可用一臺泵的兩個缸，一缸注水泥漿，一缸注水玻璃漿。也可以用二臺泵同時注兩種不同的漿液。在使用水泥—水玻璃雙液漿時，在地面先做小樣實驗，實驗室簡單儀器如下表2.表2實驗室儀器清單序號名稱規(guī)格單位數(shù)量備注l托盤天平0-lkg感量1臺12維卡儀水泥膠凝測定儀臺23試模4×4x16cm三聯(lián)個24泥漿比重計2NB臺l5秒表塊16波美計O-70支207燒杯1000ml500ml200ml100m1個各2個8量筒1000ml200m11OOml個各2個9塑料桶18—20l個11O一次性紙杯個5O11毛刷Φ35mmΦ15把各1把12鍋鏟把113水瓢把114園試模開口65mm下口75mm高40mm個2第五章鉆注設備1、鉆機鉆機選擇KQJ-100型沖擊式潛孔鉆機二臺。2、注漿泵選用2TGZ-60/21型雙液調(diào)速注漿泵二臺。3、攪拌機選用200升防爆型水泥漿攪拌機二臺。4、為防止鉆孔突然出大水，在孔口管上安裝4吋耐壓球閥。5、混合器；用注漿泵的生產(chǎn)廠家?guī)淼幕旌掀?。?鉆注施工材料消耗匯總表單位數(shù)量名稱規(guī)格備注根5孔口管1Φ42×3×1000mm（外徑）一段根15孔口管2Φ108×4×3000mm（外徑）一段根各6根高壓膠管Φ1吋（10m-節(jié)）（5m-節(jié)）個5高壓閥門Φ4吋個4壓力表0～10Mpa（抗震）kg20麻絲個30高壓閥門Φ1吋第六章注漿前的準備工作第一節(jié)井下注漿站的布置和施工要求一、注漿站的布置水泥、水玻璃臨時貯存在工作面后部，前面是注漿泵，注漿泵前部是鉆機產(chǎn)品。二、施工要求要求注漿站的水泥儲存處下面鋪設木板，防止水泥受潮，上部蓋塑料布，防止水泥受淋。水玻璃用200升的汽油桶運到井下，要求存放10桶水玻璃。攪拌機和注漿泵要求接電接水方便，固定牢靠第二節(jié)孔口管的埋設孔口管選直徑108×4mm或108×6mm的地質(zhì)管長3m。外徑纏直徑5mm鋼筋并焊接牢固。一端焊有高壓法蘭，插入Φ130mm的鉆孔中，外留200mm。接好注漿系統(tǒng)，采用孔口管的方位要求按設計要求認真定位，誤差不得超過±1度。雙液固定孔口管后，等干4-6小時，可以使用。第三節(jié)止?jié){墻的施工如果工作面無涌水，止?jié){墻的施工方法是砌一道料石墻或磚墻，內(nèi)填C30混凝土。隨著墻砌高，隨時填入混凝土。止?jié){墻的厚度為1.0-2.0m?？卓诠芸梢灶A埋在混凝土中，也可以在混凝土外的料石墻上打孔。如果工作面有涌水，止?jié){墻的施工方法是；砌一道料石墻，把涌水導出，墻內(nèi)填滿碎磚，墻上預埋五根Φ38mm的注漿管和泄壓管。砌到拱頂碎磚填滿后，養(yǎng)護2天后，注入水泥一水玻璃雙液漿，注滿升壓后停止。如果涌水量大于10m3/h或者水壓大于1MPa時,主斜井兩邦和頂?shù)装逡诹鲜瘔ξ恢瞄_槽，槽深300第四節(jié)鉆機工作臺的搭設用土建用的交手鋼管在緊貼工作面搭設一鉆機平臺，上鋪50mm厚木板，為打頂部注水漿時架高鉆機施工。鉆機工作臺要求牢固，不晃不顫。第五節(jié)其它準備工作一、打鉆、注漿機具及時備齊（包括打撈工具）二、保證打鉆注漿期間正常供電，若要停電提前1小時通知。三、供水量要求不小于20m3四、地面設注漿筒易試驗室。五、注漿站和地面調(diào)度室設直通電話。六、井下工作面設50m3七、井下工作面打鉆注漿期間，要有良好的通風設備，保證有足夠的新鮮空氣。第七章鉆注施工第一節(jié)注漿孔鉆進一、鉆機及機具工作面布置二臺潛孔鉆機平行作業(yè)，每臺鉆機準備Φ50mm,鉆桿50m長。二、注漿孔鉆進順序兩臺鉆機各布置一幫，先鉆注底板5個孔，然后各負責一幫鉆孔。同時鉆出二個孔，可同時注漿。三、注漿孔鉆進鉆機到位，根據(jù)設計要求找正對中并固定。接風試運轉(zhuǎn)。檢查各部位轉(zhuǎn)正常后，接上鉆具開始鉆進。鉆進過程中，適當加壓，遇破碎巖層應輕壓，如果塌孔，及時提鉆，防治卡鉆事故。達到設計孔深后，經(jīng)測量無誤后打鉆。開孔用Φ130mm鉆頭，鉆進2.8m，預埋孔口管。正常注漿孔進用Φ90mm鉆頭。四、測定鉆孔靜水壓及涌水量。在孔口管上接好注漿系統(tǒng)和壓力表，先測量鉆孔靜水壓，然后用水桶和秒表測量涌水量。第二節(jié)注漿施工一、壓水試驗二、注漿前壓清水，清洗鉆孔，并測量鉆孔的吸水率，根據(jù)鉆孔的吸水率，確定漿液的起始濃度。表4、漿液的起始濃度鉆孔最大就、吸水量（L/min）漿液濃度（水：灰）＞200雙液150~200單液1:180~150單液1：5:160~80單液2:1本次注漿以單液水泥為主，單液漿濃度是先稀后濃。當涌水量大時，用水泥一水玻璃雙液漿。單液水泥漿加復合外加劑，三乙醇胺和工業(yè)食鹽。三乙醇胺（工業(yè)級）加水泥重量0.5‰（萬分之五），工業(yè)食鹽加入水泥重量5‰（千分之五）。注漿在一般先注單液水泥漿，當發(fā)現(xiàn)跑漿或者30分鐘不升壓時，改注水泥一玻璃雙液漿，當跑漿處不跑漿時，再注單液水泥漿，單液、雙液漿相結(jié)合，既保證足夠的注入量，也保證有一定的擴散范圍。二、注漿裝置注漿裝置是用直徑一吋二的水暖管管箍連接而成，詳見圖二。注漿裝置安裝在孔口的小閥門上，關閉泄?jié){閥，打開進漿閥，連接注漿泵或混合器的高壓軟管，進行壓水試驗。注漿結(jié)束之后，關閉進漿閥門，打開泄?jié){閥門，壓清水清洗泵和管路，直到?jīng)_洗干凈為止。三、注漿終壓本次注漿終壓確定為10Mpa。四、注漿結(jié)束標準當注漿孔孔口壓力達到注漿終壓時，注漿泵的流量達到200~30L/min，堅持20分鐘，本次注漿可以結(jié)束。每次注漿施工都要求做好施工記錄，填到專用的注漿表格上，整理后上報和存檔。第八章注漿效果檢查檢查注漿效果，通常采用兩種方法一、原始記錄分析法全面檢查注漿原始記錄，對本次注漿中出現(xiàn)的如鉆孔深度、鉆孔涌水量、注漿壓力、流量、總的注入量等基本數(shù)據(jù)正確與否進行檢查。分析是否隨注漿進程，鉆孔涌水量、注入量等參數(shù)逐漸減少。若總的趨勢是減少的話，可以認為鉆注施工正常。對于鉆注過程中出現(xiàn)諸如卡鉆、塌孔、埋鉆、斷鉆桿、丟鉆頭、大量跑漿等情況是否已做了妥善處理，是否達到結(jié)束注漿要求，如果未達到，要補加措施，使所有注漿孔的注漿質(zhì)量達到結(jié)束標準。二、放水檢查法一般用最后注漿的最后一段的1~2個孔，在未注漿前的鉆孔涌水量，計算折合成大井涌水量不超過3m3/h，經(jīng)過最后一段注漿后，斜井井筒可以開始第九章施工組織及管理第一節(jié)勞動組織表5鉆注施工勞動組織表工種人數(shù)總計鉆工（班）6（其中班長1人）注漿工（班）4（其中班長1人）倒灰倒水玻璃6人隊長1人工程師1人18人鉆注工人分二班，打鉆班專門打鉆，注漿班專司注漿，有利于提高專業(yè)技術。注漿用的水泥和水玻璃由另外輔助人員運到井下工作面。第二節(jié)工期從開工之日開始到注漿結(jié)束并驗收合格，預計工期30天第十章掘砌方法建議掘進建議采取短段掘砌方法，掘進時多打眼、少裝藥、用光面爆破的方法，盡量減少對圍巖的震動。第十一章安全質(zhì)量技術措施1、施工前應組織所有參加人員進行安全、技術學習，認真貫徹本措施，并要求各工種堅守崗位，協(xié)調(diào)工作，各負其責，嚴格執(zhí)行各項規(guī)章制度。2、施工前應對供電、通風、信號及提升系統(tǒng)進行一次全面檢查。3、施工人員應注意人身安全及機械安全。4、為確保鉆注施工的安全，快速，優(yōu)質(zhì)，各班組均配備有經(jīng)驗的鉆、注技術工人，施工期間每班井上下作業(yè)，必須各設置一名生產(chǎn)負責人。5、交接班期間，班與班之間除了應相互交接清楚施工設備、材料機具、工具等，還應交接清楚注漿層位、孔號、各孔進漿量等數(shù)據(jù)，單孔注漿未結(jié)束不得交接班。6、所有機電設備、開關等均需采用隔爆設備，杜絕失爆。7、注漿管應安裝嚴實，以防跑漿。8、注漿管應安裝牢固，注漿前應對注漿管進行耐壓試驗，耐壓強度應是終壓的1．5倍。9、壓力表要定期檢查，杜絕壞表下井，一旦發(fā)現(xiàn)表有問題要及時更換。10、水泥要攪拌均勻，并撈出水泥袋及雜物，嚴禁使用散袋及失效結(jié)塊水泥。11、單液漿向雙液漿轉(zhuǎn)換時，應清洗管路后再注漿。12、吸漿籠頭應包上過濾罩，以免籠頭糊堵。13、施工技術人員要隨時掌握施工情況，掌握工序的轉(zhuǎn)換，掌握孔深及停注時間，嚴把質(zhì)量關。14、認真做好原始注漿記錄，數(shù)據(jù)要齊全。15、每個注漿孔都應達到終壓終量，嚴禁因急躁情緒而強行封孔。16、注漿人員嚴格執(zhí)行注漿泵操作規(guī)程，佩帶防護眼鏡、乳膠手套，謹防漿液對人造成傷害；注漿管路要牢靠，各螺絲扣的連接必須擰緊，以防脫出傷人，注漿時，要注意安全，人員避開放漿閥門，防止高壓漿液、高壓水、砂等突然噴出，時刻注意壓力表變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。17、嚴禁長時超壓注漿，正常運轉(zhuǎn)注漿時施工人員不準正對注漿管或在注漿管附近停留，防止高壓漿液、高壓水等突然噴出傷人。18、井下所有工作人員應時刻觀察井壁情況，發(fā)