金堂煤矿副斜井注浆施工组织设计-学位论文.doc

宜宾天池金堂煤业主副斜井注浆堵水

施 工 方 案

原煤炭科学研究总院北京建井研究所
注浆研究室 教高 杨春来

二0一二年二月十五日

第一章 工程概况

宜宾天池金堂煤业有限公司金堂煤矿（以下简称金堂煤矿）位于四川珙县底洞镇境内，设计年产0.6Mt,该矿属四川德阳市天池集团地震灾后异地重建重点项目。
该矿设计为斜井开拓方式，设计有主斜井、副斜井、行人斜井、排矸斜井和东回风斜井五个斜井井筒。其中副斜井净高3.38m、净宽3.40m、净断面10.2m2,倾角25 度。支护形式为厚度为100mm的锚喷支护。
当副斜井掘砌到斜长158m时，工作面出现涌水，开始为80m3/h,随后逐渐变小，目前为20m3/h。
根据综合柱状图地质资料分析；目前斜井已经揭露了三叠系嘉陵江组一段和二段含水层。继续掘砌困难，已停止掘进准备进行工作面预注浆。由于主副井井筒检查孔没有施工，所以缺乏主副井井筒施工所需的地质资料和水文资料，下一步注浆和崛砌施工缺乏可靠的依据。对注浆和崛砌施工将遇到的困难估计不足。

第二章 注浆方案

根据副斜井的设计方案以及目前所掌握的地质及水文资料，副斜井的注浆方案，选用多段井筒工作面预注浆方法。
本次工作面注浆将遇到的困难是：
副斜井设计总长度826m，已掘砌158m,还有668m没有掘，余下的668m含水层分布不清，需要注浆的长度也不确定，在下步的掘砌过程中，需要边探边掘。注浆段可能多，按一般注30m掘20m或者注40m掘30m计算，总注浆段要超过十段，工期长、造价高。

第三章 注浆工艺设计

第一节 注浆段长的确定
在工作面注浆施工的第一、二段，由于工人技术不熟练，设备也在磨合阶段注浆段长为30m,待到工人逐渐熟练，设备也磨合好后，注浆段长可加长到40m，掘砌30m。
第二节 止浆墙
根据工作面的围岩状况，如果岩层不能够作岩帽，且有涌水。就要砌止浆墙，第一注浆段，涌水量不大，在距迎头0.3~0.5m的位置，砌一道370mm的止浆砖墙，墙下部预埋一根Φ75~Φ108mm的导水管，导水管外焊法兰盘。导水管把工作面的涌水全部导出，。墙中部和上部预埋3~5根Φ38mm的注浆管，加固止浆墙注浆时使用。止浆墙养护2天后，把注浆系统接在导水管上进行注浆，预埋的Φ38mm的注浆管，全部装上阀门并打开，待到有浓浆流出时，关闭阀门。待到顶部的阀门出浓浆关闭后，加压到0.1Mpa时注浆结束。
第三节 布孔方式与参数
一、布孔方式
工作面预注浆的注浆孔均匀布置在主斜井荒径内，所有注浆孔都是带有5-6度径向角的辐射孔，这样布孔有助于揭露更多的岩层裂隙，并保证浆液有一定的扩散范围。
二、布孔参数
注浆孔数取决于含水层裂隙发育程度、浆液的性质、扩散半径大小、井筒荒断面和注浆泵能力大小等等，由于影响因素多，注浆孔数和孔距，只能凭经验来确定。
全断面布置注浆孔16个，孔间距1.0m左右。荒断面底部宽3.6m，均匀布置注浆孔5个，钻孔方向和井筒轴线下扎6度角。
碹墙高1.9m，布置注浆孔3个，钻孔向外扎角为6度，拱顶部均布注浆孔5个，方向为沿法线外孔5度（详见图1）。

图一、注浆钻孔布置图

第四节 注浆方式与段高
一、注浆方式
主斜井工作面预注浆采用分段下行式注浆方式。
分段下行注浆方式是根据钻孔的长度和钻孔涌水量的大小从上往下一段一段地钻注至终深。
在工作面布置二台钻机，一台先开钻，另一台钻机在第一台等干时开钻，两台钻机交替打钻注浆。
在注浆的前6-8个孔注完后，可采用钻孔和注浆平行作业，这样可提高速度，缩短工期。
二、注浆段高
注浆段高暂定为10m一段，或是钻孔涌水量大于3m3/h时，停钻注浆。反复扫孔，反复注浆。根据第一段注浆摸索的经验，再进行注浆段高的调整。
第五节 注浆参数
一、注浆压力
本方案给出的注浆压力是根据经验来确定的。其经验公式如下：
P终=(2.0-2.5)P0
式中
P终—注浆终压（MPa）,
P0——受注点的静水压力（MPa）。

根据围岩情况，裂隙发育情况，浆液的扩散情况，特别是否有跑浆现象，来调整注浆终压。最高注浆终压崭定为10MPa。
二、注浆泵量
注浆开始时，注浆泵应开到最大量，随着注浆压力的升高，逐渐减小注浆泵量，至至终压终量。
注浆终量；单液水泥浆应控制在20-30升/分。水泥一水玻璃双液浆控制在40-60升/分。
三、浆液注入量
浆液在注浆压力的推动下，在岩层裂隙内形成一定厚度的隔水帷幕，计算浆液的注入量公式如下：
Q=λπR2扩Hηβ/m
式中的R2扩（浆液扩散半径）很维确定，所以计算出的结果可能和实际偏差很大，为了使该项结果比较接近实际值，建议根据国内其它井筒的实际注入量来估算。
估计注浆段水泥注入量为4-6t/m。

第四章 注浆材料
本次注浆选择单液水泥浆和水泥—水玻璃双液浆。
第一节：注浆材料选择
一、水泥：P.042.5普通硅酸盐水泥；
二、水玻璃：摸数M=2.8-3.1，浓度45Bｅ’左右的液体水玻璃；
三、水泥单液浆添加剂；
三乙醇胺：工业级
工业食盐
四、粉煤灰
商品袋装粉煤灰

第二节 单液浆的配制
表1 单液水泥浆液配比表
水灰比
水泥（袋）
水（L）
三乙醇胺（kg）表
工业食盐（kg）
比 重
体 积
1:1
15
750
0.38
3.8
1.49
1.002
1.5:1
11
825
0.28
2.8
1.37
1.009
2:1
9
906
0.23
2.3
1.29
1.051
0.8:1
18
720
0.48
4.8
1.62
1.037

浆液的配制在井下进行，根据钻孔压水试验的结果，配制所需的水泥浆液和水玻璃浆液。
单液水泥浆浓度是先稀后浓，当一个级别的单液水泥浆在注入30分钟后，压力不升，要调浓一级浆液。
如果单液水泥浆水灰比调到0.8：1，注入30分钟后，仍不见升压，可改注水泥一水玻璃双液浆或注稠化单液浆，即1：1水泥浆中，加入3—5%水玻璃，使浆液稠化，初凝时间缩短。

第三节 水泥一水玻璃双液浆
这种材料是基岩裂隙中十分重要的浆液材料，它的凝胶时间可以从几十秒到几十分钟范围内准确控制，浆液结石体抗压强度高，结石率达到100%。所以，双液浆在每次注浆中凡遇到单液水泥浆跑浆的情况下使用。
一、浆液组成
1、水泥：所用水泥与单液水泥浆相同，常用水灰比为0.8：1—1：1。
2、水玻璃：作为注浆用的水玻璃模数为2.8-3.1为宜，市售水玻璃浓度常用为40-45Be’（波美度），注浆常用浓度为30-35 Be’。
3、缓凝剂和速凝剂
缓凝剂：磷酸氢二钠
速凝剂：氢氧化钙，即熟石灰。
二、浆液的配制与注入
水泥浆水灰比为0.8：1-1：1称为C浆。水玻璃浆液的浓度根据要求，先做小样试验，一般为30-35 Be’，称为S浆液。
C浆液和S浆液的体积比为1：0.5-0.7，可用一台泵的两个缸，一缸注水泥浆，一缸注水玻璃浆。也可以用二台泵同时注两种不同的浆液。
在使用水泥—水玻璃双液浆时，在地面先做小样实验，实验室简单仪器如下表2.
表2 实验室仪器清单
序号
名 称
规 格
单位
数量
备注
l
托盘天平
0-lkg感量1g
台
1

2
维卡仪
水泥胶凝测定仪
台
2

3
试 模
4×4 x 16cm三联
个
2

4
泥浆比重计
2NB
台
l

5
秒表

块
1

6
波美计
O-70
支
20

7
烧杯
1000ml 500ml 200ml 100m1
个
各2个

8
量筒
1000ml 200m1 1OOml
个
各2个

9
塑料桶
18—20l
个
1

1O
一次性纸杯

个
5 O

11
毛 刷
Φ35mm Φ15mm
把
各1把

12
锅 铲

把
1

13
水瓢

把
1

14
园试模
开口65 mm下口75 mm高40mm
个
2

第五章 钻注设备
1、钻机
钻机选择KQJ-100型冲击式潜孔钻机二台。
2、注浆泵
选用2TGZ-60/21型双液调速注浆泵二台。
3、搅拌机
选用200升防爆型水泥浆搅拌机二台。
4、为防止钻孔突然出大水，在孔口管上安装4吋耐压球阀。
5、混合器；用注浆泵的生产厂家带来的混合器。
表3 钻注施工材料消耗汇总表
单位
数量
名称
规格
备注
根
5
孔口管1
Φ42×3×1000mm（外径）
一段
根
15
孔口管2
Φ108×4×3000mm（外径）
一段
根
各6根
高压胶管
Φ1吋（10m-节）（5m-节）

个
5
高压阀门
Φ4吋

个
4
压力表
0～10Mpa（抗震）

kg
20
麻丝

个
30
高压阀门
Φ1吋

第六章 注浆前的准备工作
第一节 井下注浆站的布置和施工要求
一、注浆站的布置
水泥、水玻璃临时贮存在工作面后部，前面是注浆泵，注浆泵前部是钻机产品。
二、施工要求
要求注浆站的水泥储存处下面铺设木板，防止水泥受潮，上部盖塑料布，防止水泥受淋。
水玻璃用200升的汽油桶运到井下，要求存放10桶水玻璃。
搅拌机和注浆泵要求接电接水方便，固定牢靠

第二节孔口管的埋设
孔口管选直径108×4mm或108×6mm的地质管长3m。外径缠直径5mm钢筋并焊接牢固。一端焊有高压法兰，插入Φ130mm的钻孔中，外留200mm。接好注浆系统，采用注水泥一水玻璃双液浆的方法固管。
孔口管的方位要求按设计要求认真定位，误差不得超过±1度。
双液固定孔口管后，等干4-6小时，可以使用。

第三节 止浆墙的施工
如果工作面无涌水，止浆墙的施工方法是砌一道料石墙或砖墙，内填C30混凝土。随着墙砌高，随时填入混凝土。止浆墙的厚度为1.0-2.0m。孔口管可以预埋在混凝土中，也可以在混凝土外的料石墙上打孔。
如果工作面有涌水，止浆墙的施工方法是；砌一道料石墙，把涌水导出，墙内填满碎砖，墙上预埋五根Φ38mm的注浆管和泄压管。砌到拱
顶碎砖填满后，养护2天后，注入水泥一水玻璃双液浆，注满升压后停止。
如果涌水量大于10m3/h或者水压大于1MPa时,主斜井两邦和顶底板要在料石墙位置开槽，槽深300-400mm，宽度和料石墙一致。

第四节 钻机工作台的搭设
用土建用的交手钢管在紧贴工作面搭设一钻机平台，上铺50mm厚木板，为打顶部注水浆时架高钻机施工。
钻机工作台要求牢固，不晃不颤。
第五节 其它准备工作
一、打钻、注浆机具及时备齐（包括打捞工具）
二、保证打钻注浆期间正常供电，若要停电提前1小时通知。
三、供水量要求不小于20m3/h。
四、地面设注浆筒易试验室。
五、注浆站和地面调度室设直通电话。
六、井下工作面设50 m3/h的排水能力。
七、井下工作面打钻注浆期间，要有良好的通风设备，保证有足够的新鲜空气。

第七章 钻注施工
第一节 注浆孔钻进
一、钻机及机具
工作面布置二台潜孔钻机平行作业，每台钻机准备Φ50mm,钻杆50m长。
二、注浆孔钻进顺序
两台钻机各布置一帮，先钻注底板5个孔，然后各负责一帮钻孔。同时钻出二个孔，可同时注浆。
三、注浆孔钻进
钻机到位，根据设计要求找正对中并固定。接风试运转。检查各部位转正常后，接上钻具开始钻进。
钻进过程中，适当加压，遇破碎岩层应轻压，如果塌孔，及时提钻，防治卡钻事故。
达到设计孔深后，经测量无误后打钻。
开孔用Φ130mm钻头，钻进2.8m，预埋孔口管。正常注浆孔进用Φ90mm钻头。
四、测定钻孔静水压及涌水量。
在孔口管上接好注浆系统和压力表，先测量钻孔静水压，然后用水桶和秒表测量涌水量。
第二节注浆施工
一、压水试验
二、注浆前压清水，清洗钻孔，并测量钻孔的吸水率，根据钻孔的吸水率，确定浆液的起始浓度。
表4、浆液的起始浓度
钻孔最大就、吸水量（L/min）
浆液浓度（水：灰）
＞200
双液
150~200
单液1:1
80~150
单液 1：5:1
60~80
单液2:1

本次注浆以单液水泥为主，单液浆浓度是先稀后浓。当涌水量大时，用水泥一水玻璃双液浆。单液水泥浆加复合外加剂，三乙醇胺和工业食盐。三乙醇胺（工业级）加水泥重量0.5‰（万分之五），工业食盐加入水泥重量5‰（千分之五）。
注浆在一般先注单液水泥浆，当发现跑浆或者30分钟不升压时，改注水泥一玻璃双液浆，当跑浆处不跑浆时，再注单液水泥浆，单液、双液浆相结合，既保证足够的注入量，也保证有一定的扩散范围。
二、注浆装置
注浆装置是用直径一吋二的水暖管管箍连接而成，详见图二。

注浆装置安装在孔口的小阀门上，关闭泄浆阀，打开进浆阀，连接注浆泵或混合器的高压软管，进行压水试验。
注浆结束之后，关闭进浆阀门，打开泄浆阀门，压清水清洗泵和管路，直到冲洗干净为止。
三、注浆终压
本次注浆终压确定为10Mpa。
四、注浆结束标准
当注浆孔孔口压力达到注浆终压时，注浆泵的流量达到200~30L/min，坚持20分钟，本次注浆可以结束。
每次注浆施工都要求做好施工记录，填到专用的注浆表格上，整理后上报和存档。

第八章 注浆效果检查
检查注浆效果，通常采用两种方法
一、原始记录分析法
全面检查注浆原始记录，对本次注浆中出现的如钻孔深度、钻孔涌水量、注浆压力、流量、总的注入量等基本数据正确与否进行检查。分析是否随注浆进程，钻孔涌水量、注入量等参数逐渐减少。若总的趋势是减少的话，可以认为钻注施工正常。
对于钻注过程中出现诸如卡钻、塌孔、埋钻、断钻杆、丢钻头、大量跑浆等情况是否已做了妥善处理，是否达到结束注浆要求，如果未达到，要补加措施，使所有注浆孔的注浆质量达到结束标准。
二、放水检查法
一般用最后注浆的最后一段的1~2个孔，在未注浆前的钻孔涌水量，计算折合成大井涌水量不超过3m3/h，经过最后一段注浆后，斜井井筒可以开始开凿。

第九章 施工组织及管理
第一节 劳动组织

表5 钻注施工劳动组织表
工 种
人 数
总 计
钻工（班）
6（其中班长1人）

注浆工（班）
4（其中班长1人）

倒灰倒水玻璃
6人

队长
1人

工程师
1人
18人

钻注工人分二班，打钻班专门打钻，注浆班专司注浆，有利于提高专业技术。注浆用的水泥和水玻璃由另外辅助人员运到井下工作面。
第二节 工期
从开工之日开始到注浆结束并验收合格，预计工期30天

第十章 掘砌方法建议
掘进建议采取短段掘砌方法，掘进时多打眼、少装药、用光面爆破的方法，尽量减少对围岩的震动。

第十一章 安全质量技术措施
1、施工前应组织所有参加人员进行安全、技术学习，认真贯彻本措施，并要求各工种坚守岗位，协调工作，各负其责，严格执行各项规章制度。
2、施工前应对供电、通风、信号及提升系统进行一次全面检查。
3、施工人员应注意人身安全及机械安全。
4、为确保钻注施工的安全，快速，优质，各班组均配备有经验的钻、注技术工人，施工期间每班井上下作业，必须各设置一名生产负责人。
5、交接班期间，班与班之间除了应相互交接清楚施工设备、材料机具、工具等，还应交接清楚注浆层位、孔号、各孔进浆量等数据，单孔注浆未结束不得交接班。
6、所有机电设备、开关等均需采用隔爆设备，杜绝失爆。
7、注浆管应安装严实，以防跑浆。
8、注浆管应安装牢固，注浆前应对注浆管进行耐压试验，耐压强度应是终压的1．5倍。
9、压力表要定期检查，杜绝坏表下井，一旦发现表有问题要及时更换。
10、水泥要搅拌均匀，并捞出水泥袋及杂物，严禁使用散袋及失效结块水泥。
11、单液浆向双液浆转换时，应清洗管路后再注浆。
12、吸浆笼头应包上过滤罩，以免笼头糊堵。
13、施工技术人员要随时掌握施工情况，掌握工序的转换，掌握孔深及停注时间，严把质量关。
14、认真做好原始注浆记录，数据要齐全。
15、每个注浆孔都应达到终压终量，严禁因急躁情绪而强行封孔。
16、注浆人员严格执行注浆泵操作规程，佩带防护眼镜、乳胶手套，谨防浆液对人造成伤害；注浆管路要牢靠，各螺丝扣的连接必须拧紧，以防脱出伤人，注浆时，要注意安全，人员避开放浆阀门，防止高压浆液、高压水、砂等突然喷出，时刻注意压力表变化情况，发现异常情况及时处理。
17、严禁长时超压注浆，正常运转注浆时施工人员不准正对注浆管或在注浆管附近停留，防止高压浆液、高压水等突然喷出伤人。
18、井下所有工作人员应时刻观察井壁情况，发现问题应立即停止注浆，向技术人员汇报。
19、绞车司机要严格遵守交接班制度，不得擅自离岗，绞车操作时必须明确矿车位置，本班没有注完浆，绞车司机不得下班。
20、施工人员严禁班前饮酒和带病作业，必须配齐劳动防护用品。
21、井下施工作业设置专用通讯信号，专人负责联系，保证信号畅通无误。
22、井筒内电缆、注浆管易损处，必须绑扎胶皮遮挡加以防护。
23、钻机工作平台要牢固，钻机工作不颤不晃，保证操作的工人安全。
24、注浆泵等设备下井前必须进行检修，试运转，确保无问题后方可下井作业。
25、做好注浆原始记录及签证工作，
26、各工种定岗定责，严格按规程操作。
27、注浆前要对整个管路系统做压水耐压试验，检查管路上的所有接头、阀门及管件的耐压能力，如有不符合要求的要及时更换或调整，直到符合要求后方可注浆。
28、每次注浆前对供水、供电、搅拌、注浆设备等进行严格检查，注浆泵及输浆管各接头要捆绑接牢。
29、注浆时指派专人观察井壁，发现井壁有掉皮、开裂、凸起等异常情况应立即通知打开卸压阀、关阀孔口阀门及注浆泵，冲洗注浆管路，卸压后，双液封孔。
30、注浆过程中精力集中，注意观察机具运行情况，钻孔过程中，操作人员要站在钻机旁侧，预防预防喷水、喷气伤人，钻工要求带好防尘口罩。
31、注浆人员必须佩戴劳动保护用品，配浆注浆人员均要求戴口罩、手套、防护眼镜等，谨防水玻璃浆液对口、眼及皮肤造成伤害。
32、注浆材料要安全存放，严格管理，安排专人配制。
未尽事宜按照《煤矿安全规程》执行。
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