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铁矿主井工程施工技术措施

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2020年4月19日
文档仅供参考

马鞭山铁矿主井-240m以上
涌水治理施工技术措施

铜陵中都矿山建设有限责任公司马鞭山项目部
二00九年四月十六日

1 工程现状
马鞭山铁矿主井恢复施工工作于 2月6日施工人员进场,3月21日开始井筒排水,当前作业面已经恢复并进行井底清理,各种器材已经落实到位,井壁局部的注浆堵水工作已经展开。因井筒内涌水量太大,施工条件恶劣,进展缓慢。从观测情况看,-240m以上井筒的总体状况是:
—— -237m以上的井壁混凝土观感质量较好,整体模板浇筑时的井壁接茬严密;
—— -237m以上原施工单位已经进行过局部壁后注浆;
—— 当前实测的全井最大涌水量为99.6m3/h,正常涌水量为75m3/h。
—— 涌水分布的大致状况是:第一道集水圈(约在井深150m处)以上约为10~15m3/h,且已基本进入第一道集水圈;第二道集水圈(约在井深195m处)以上约为10~15m3/h,且已基本进入第二道集水圈;井深195m以下井壁上约为20m3/h左右,涌水直接进入井底作业面;257米左右的井壁接茬有较为明显的集中涌水;井底作业面发现2条开放性导水裂隙且涌水明显,作业面4个浅孔探水孔(已安装孔口管但其中1个已经断裂)有明显涌水,作业面的涌水量约在35m3/h左右。
—— 井壁上未发现有涌水量较大的集中漏水点,漏水主要从混凝土空隙中均匀渗漏进入井筒。
—— 257m以下2.7m井壁混凝土质量极差。

2 井筒壁后注浆及作业面涌水治理施工技术措施
根据现有条件,为争取时间,尽快实现工程进展上的突破,依据甲乙双方有关管理人员于 4月15日达成的共识,决定对井深260m以上部分及260m作业面工作面预注浆的前置工作作出如下安排:
第一步:260m作业面以上2.7m上下进行壁后注浆,控制该处的集中出水点(该工作已基本完成);
第二步:清除260m作业面的杂物及浮石并用风镐支凿井底泵窝;
第三步:对已经开放且涌水明显的导水裂隙施工导流孔,并进行堵漏注浆,经养护具备探水孔注浆后进行工作面直接堵漏注浆,以期最大限度地减少作业面的涌水量;
第四步:用风镐将井底2.7m段高的井壁混凝土支撬干净并撬净该段的松散围岩,同时根据井底滤水层及混凝土止浆垫施工的需要,适当支撬其上部井壁;
第五步:作业面安装滤水桶、设置碎石滤水层,构筑混凝土止浆垫;
第六步:止浆垫以上段井筒壁后注浆,其第一阶段的段高为井深190~257m,第二阶段的段高依据第一阶段的堵水进展及效果再确定。

3 主要技术参数
3.1 止浆垫厚度
止浆垫的厚度可按下式计算:
Bn=(P0×r/[σ])+0.3r
式中,Bn——止浆垫厚度,m;
P0——注浆终压,MPa,取16MPa。
R——井筒掘进断面半径,m;R=2.7m。
[σ]——混凝土3~7d的极限抗压强度(取28d标准强度的2/3),MPa;业主确定的混凝土设计强度等级为C40,即42MPa。[σ]=42×2/3=28MPa。
计算得,Bn=16×2.7/28+0.3×2.7=2.35m。
实际上施工过程中井壁淋水对止浆垫质量的影响较大,实际的混凝土强度等级无法达到设计要求,为安全起见,本设计确定止浆垫的厚度取Bn=3.0m。
3.2 滤水层厚度
事实表明,井深260m作业面涌水及以上井筒的淋帮水当前的实际水量已经接近100m3/h,虽然经过2道集水圈的拦截已将部分淋水集中到吊盘水箱中(大约20m3/h),但作业面的涌水及其上未截住的淋水依然超过603m/h。当前还无法判断作业面堵漏注浆的确切效果,初步预计作业面堵漏注浆减少涌水10m3/h,为降低作业面涌水对混凝土的性能影响,必须在作业面设置滤水层。
根据<建井工程手册>注浆工程设计的有关规定,要求滤水层的孔隙至少能够容纳15min的涌水量,其厚度按下式确定:
A=Q/3.14βr2+0.25
式中:Q=50/4=12.5m3
β—碎石层孔隙率,取45%
r—井筒掘进半径,r=2.7m
计算得:A=1.5(m)
可是最终的A值由实际涌水量及井筒的掘进半径确定。
3.3 井筒壁后注浆
3.3.1 钻孔参数
根据观察到的井壁漏水特征,结合壁后围岩的构造特点,确定沿井壁均匀布置注浆孔。钻孔的层间距初步确定为1.5~2m,平面上孔间距为0.6~0.8m,钻孔切向角为145~150°,钻孔深度1.5~2m。
3.3.2 注浆压力
按照<矿山井巷工程施工及验收规范>(GBJ 213-90)规定,壁后注浆的压力宜比所在受注部位的静水压大0.5~1.5MPa,本次注浆的目的以堵漏为主,因此取偏大值。综合考虑上述要求,注浆终压按照下列标准确定:
Pc=P0+1.5MPa
式中:
Pc——注浆终压,MPa
P0——静水压力,MPa。以+10m为静水位高度,减去注浆点的标高值,即得出注浆点的静水压力,但具体应根据井壁的安全承载能力进行调整。
3.3.3 浆液类型与配比
业主要求不使用任何类型的化学浆材,只使用水泥浆和水泥-水玻璃浆。为尽量扩大浆液的扩散范围,尽可能提高注浆效果,浆液类型以单液水泥浆为主,适当使用水泥-水玻璃浆。水泥浆的水灰比为W:C=0.8:1~1:1,水泥与水玻璃的配比为C:S=1:0.3~0.5。施工过程中可根据具体情况适当调整配比。
3.4 滤水层注浆
3.4.1浆液类型与配比
采用水灰比为W:C=0.6:1~0.8:1的单液水泥浆灌注,水泥选用PO 42.5级普通硅酸盐水泥。
3.4.2 滤水层注浆压力
注浆终压按4倍静水压力确定,即P=4×2.3=9.2(MPa)。施工时可根据实际情况作适当调整。

4 施工设备选型与系统布置
4.1 滤水层注浆
注浆选用2TGZ-60/21型双液注浆泵,直接布置在吊盘上;
造浆采用自制的0.22m3搅拌桶搅拌,直接布置在吊盘上;
4.2 井筒壁后注浆
注浆选用2TGZ-60/21型双液注浆泵,直接布置在吊盘上;
造浆采用自制的0.11m3搅拌桶搅拌,直接布置在吊盘上;
钻孔采用手持式风动凿岩机。

5 壁后注浆方式
原则上采用下行式注浆方式自上往下进行,但在复杂区段内应采用上行式注浆方式自下而上进行。

6 安全质量保证措施
1、所有下井作业人员必须严格遵守<安全法>、<冶金地下矿山安全生产规程>等法规及公司制定的有关安全规章制度。
2、下井作业人员必须配戴安全帽,吊盘作业人员必须佩戴保险带。
3、吊盘上的材料以及工器具要做好防坠落措施。
4、禁止物料人员混乘吊桶。
5、严禁使用不合格的材料。
6、技术人员必须全过程跟班指导作业。
7、壁后注浆过程中要严密监视井壁情况,以防超压引起井壁破坏。
8、工作面预注浆的孔口管必须采用后埋设方式,以便准确控制钻孔角度。
9、敷设滤水层的碎石不得含有岩粉及泥质成分,粒径介于20~40mm。
10、为尽可能减少淋帮水对止浆垫质量的影响,止浆垫浇筑前应尽量采取集水措施减少井筒淋帮水。混凝土配制过程中应添加减水剂。
11、止浆垫浇筑期间以及浇筑结束后24小时内必须保证连续正常供电及排水系统的完好。
12、进入作业面的所有人员必须穿戴救生衣。