临沂矿务局王楼二号军城矿主井三灰岩（400409m）探水注浆施工组织设计中煤五建公司第二工程处二00七年四月二十日王楼二号军城矿主井三灰岩（400409m）探水注浆施工组织设计一、 概况（一）井筒设计和施工概况王楼井田位于山东省鱼台县境内。临沂矿务局王楼二号（军城）矿井是省发改委批准的重点煤矿建设项目，由济南设计研究院设计，设计生产能力为45万吨/年，立井开拓，在中央区工业场地内布置主、副二个井筒。其中主井井筒的主要技术特征见表。 主井井筒主要技术特征表表2.1序号项目主井单位1井口坐标X20462867.228mY3891673.395m2井口标高+37.5m3净直径5.0m4净断面19.63m25方位角80度6冻结深度365m7水平标高8水平以下深度9井筒深度462.5m10井筒壁厚冻结段8001100mm基岩段400、450、500mm我单位施工的主井井筒下一步即将穿过三灰（400409m）。根据主井井筒预想柱状图可知: 三灰（400409m）裂隙发育，见小溶洞，局部破碎。本着“有疑必探，先探后掘”的原则，为安全、顺利通过三灰（400409m）特编制本措施,以指导施工。(二)地质和水文地质概况1.地质概况根据矿方提供的王楼二号矿井主井井筒预想柱状图可知: 三灰（400409m）深灰色，含较多动物碎屑化石，含大量隧石结核，上部2m裂隙发育，裂面水锈色，见小溶洞，以下局部破碎，402.80m全泵量漏水(800L/min)，402.8403.5m、406406.7m破碎。(附地质柱状图)2.水文概况根据此段地质柱状图分析三灰（400409m）可能含水量比较大,但钻孔未进行三灰含水层抽水实验。二、探水注浆方案本次施工先采用潜孔钻机在工作面探水，探水实际井筒涌水量大于10m3/h时，采取工作面预注浆法施工。工作面预注浆是以封堵三灰岩裂隙水为目的，根据矿方要求：原则上采用岩帽作为止浆垫，如果注浆封孔困难时可采用人工砌筑砼止浆垫，预埋无缝钢管作注浆孔口管，用潜孔钻机在工作面施工探水、注浆孔，地面设注浆站，通过地面注浆泵和井壁固定吊挂的无缝钢管，将地面搅拌好的水泥浆液通过注浆孔压入到含水层裂隙中。三、注浆参数的确定1、探水超前距（岩帽厚度）依据公式：a=0.5L(3P/kP)1/2式中：a超前距，m L井筒净直径，m，5m P水头压力，kg/cm2，取40kg/cm2 Kp岩帽的抗张强度，kg/cm2，取8kg/cm2代入上式取整得：a=10m。2、探水注浆段高划分及注浆方式根据注浆段高遵循煤矿安全规程第31条第二款：“注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层510m”的规定确定本次注浆段高为390419米。注浆方式，全段高下行压入式注浆。钻进过程中，当钻孔涌水量大于5m3/h时，暂停钻进，先注浆封水，钻孔水量减少至5m3/h以下时恢复钻进至终孔。3、注浆终压确定P0=(2.03.0)P静水压力根据主井检查孔得知三灰埋深为323m505.6m，故暂取三灰水头压力为4 Mpa。经计算注浆终压为： P0=2.54=10Mpa 4、探水注浆孔数N=(D-2A)/LD:井筒直径 （5.0m）L:孔间距 （m）孔间距L在注浆直径大于65mm时，大裂隙中取23m，中小裂隙中取1.52.0m,孔间距L在注浆孔直径小于65mm时，大裂隙中取1.52.5m，中小裂隙中取1.0m1.5m, 根据钻机钻进孔径，孔间距取值一般为1.8m。A:注浆孔与井壁的距离（0.5m）考虑到孔口管的安装和埋设，开孔位置布置在距井帮500mm的位置。同时考虑到三灰含水层，裂隙发育，钻孔孔径为90mm，适当地增加孔间距到2.1m；计算取整 3.14(5-20.5)/2.1=6 （个）探水注浆孔数设计为6个，最终以最大涌水量的钻孔扫孔结果作为注浆结果的检查依据，不再设计专门的检查孔。5、注浆孔布置考虑到吊桶下到井底工作面，钻孔位置可根据现场实际情况进行适当调整。其钻孔的数量，可根据现场注浆情况进行调整。详见探水、注浆孔平面布置图。6、径向倾角 =tg-1（S+A）/H式中：钻孔在径向上与竖直轴线的夹角 S终孔位置在径向上超出净径的距离，取1.5m A注浆孔与井壁距离，为0.5mH注浆段高，29m计算得：=47、止浆岩冒验算和止浆垫设计本次注浆考虑两种止浆垫：一种采取预留岩冒作为止浆垫，第二种采取砼止浆垫。1：第一种止浆岩冒法：预留岩帽的厚度公式 B=P0D/4()P0:最大注浆压力 （100kg/cm2）D:井筒的净直径 （5.0m）:岩石的允许抗剪强度 （kg/cm2）由于岩性多为泥岩和粉砂岩，厚度为15m，取其允许抗剪强度为4.8kg/cm2计算 B= P0D/4()=1005/44.8=26m即：预留岩冒的厚度10m远远小于设计值26m的厚度，方法不可行。根据已往施工经验预留岩冒法注浆效果不好掌握，容易跑浆，影响注浆效果。第二种：砼止浆垫法。止浆垫设计为平底形止浆垫。 砼设计标号50，配合比按照试验室试配实验结果进行,另加水泥重量的851砼早强减水剂。砼止浆垫厚度计算根据平底型止浆垫公式nr/. ：砼止浆垫注浆终压，=100kg/cm2：砼允许抗压强度，取275kg/cm2。：井筒荒半径2.9.计算得砼止浆垫厚度n=1.92m，取2m。8、注浆材料及注入量本次注浆选用以单液水泥浆为主，单液水泥浆液采用PO.32.5R普通硅酸盐水泥，另掺入水泥重量0.5%的食盐和0.05%的三乙醇胺作为外加剂，外加剂起速凝早强作用。 浆液的注入量按下式计算： V=AHR2/m式中：A浆液消耗系数，取1.5H注浆段高，29mR浆液有效扩散半径，取12.25m浆液充填系数，取0.85m结石率，取0.85裂隙率，取3%计算得水泥浆液量V=615m3，注浆材料详见表4.6。 含水层注浆量及材料用量表 表4.6浆液类型水泥浆（m3）水泥（T）三乙醇胺（T）食盐（T）PO.32.5R水泥浆液6154610.232.3四、施工工艺1、砼止浆垫施工为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆，要求止浆垫砼与井壁重叠800mm，且在重叠段，将井壁周圈用风镐刷出1道槽，槽深300mm，槽高350mm。如果止浆垫与上模井壁连续浇灌，则止浆垫砼可以不与井壁重叠。砼浇筑，采用井筒施工的地面砼配制，经底卸式吊桶下料浇注。浇注要连续施工，加强震捣，加砼早强减水剂，掺量为水泥重量的3%。2、埋设孔口管、孔口管长度计算超载系数，取1.3p注浆终压，取10 MPad0孔口管外径，0.098mf工作条件系数，取0.7管材与砼或水泥结石的粘着强度，0.14MPa计算得出L=3.25m，孔口管高出砼面0.5m，总长3.75m。孔口管规格取1085mm无缝钢管，孔口上部焊接法兰以便联接注浆阀。、孔口管埋设先施工砼止浆垫而后埋设探水孔口管6个，将钻机按设计的方位、孔径、倾角固定在工作平台上，用150mm冲击钻头钻进，钻进深度为3.75m，用压风吹净孔内岩粉，在钻孔内灌满2：1水泥砂浆，紧接着下入长为3.75m的孔口管，1天后用钻机扫掉孔口管内水泥砂浆，安装100mm高压球阀后试压1.5倍静水压力，不漏即为合格，否则注双液浆加固孔口管直至合格为止。3、注浆孔的施工 注浆钻孔采用2台MZ120-型潜孔钻机，配60mm，与DHD3.5冲击器施工，钻头90mm，用清水作循环液。在打钻前，要在108mm孔口管上安设100mm高压球阀，以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。打钻施工是在打钻平台上进行的，打钻平台距止浆垫约2米。工作台采用108mm钢管搭设，钢管梁固定在大模板上，主梁应与止浆垫生根，在钢管梁上固定环形槽钢，钻机固定在环形槽钢上。在钢管梁上铺=50mm木板。钻进过程中，若遇钻孔涌水量超过5 m3/h，或因岩石破碎塌孔打不下去时，停钻注浆，否则一直钻进直至终孔。终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。4、注浆作业4.1注浆前的准备工作4.1.1注浆站的建设及输浆管路 注浆站布置在井口附近，站内安装2台2TGZ-60/210型液压注浆泵，并设置清水池、水泥浆搅拌系统。本注浆站将充分考虑并利用现有设备，利用JS1500型搅拌机作为一级搅拌池，在地面紧邻一级搅拌系统旁砌筑4m3的二级搅拌池，采用普通108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池。上料利用现有散装水泥缶直接上料。本次注浆利用井内固定的577.0mm无缝钢管（供水管），作输浆管路。输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2高压胶管连接。4.1.2注浆设备试运转注浆设备及管路安装完毕后，必须进行试运转，注浆系统要满足最大注浆压力和流量的要求。经试运转及耐压试验，设备应无异常响声。具体作业程序如下： 全面检查注浆、搅拌系统及管路联接处等。 注浆系统进行无负荷试运转。 全系统联合试运转。 处理存在问题，并再次进行试运转，直至符合要求。4.2注浆作业（1）注浆作业流程： 浆液经搅拌系统搅拌后经注浆泵、输浆管、注浆孔口管进入受注岩层。（2）作业程序： 当注浆孔钻进到即定深度后，用清水冲孔（破碎带不冲），直到返清水，注浆作业程序如下：接通输浆管路压水试验注浆定量压清水冲洗输浆管路拆洗注浆泵扫孔或钻进。（3）压水试验： 注浆前进行压水试验，冲洗岩石裂隙中的充填物，提高浆液结石体与岩石裂隙面的粘结强度及抗渗能力，并根据泵压及注入量，进行钻孔吸水量的测定，吸水量的计算公式为 q=Q/H式中：q单位钻孔吸水量，1/min.m Q压水最大压力时的流量，l/min H试验段的高度，m压水试验时，尽可能采用大泵量，压力值控制在本段注浆终压，一般压水时间为20分钟，精确测量、记录压水段高、流量和压力。在破碎带压水时间缩短或不压水。根据压水试验测定的单位钻孔吸水量，确定注浆时浆液的起始浓度，并作为鉴定注浆效果的依据之一。（4）注浆压力的调整在注浆过程中，注浆压力可分为初期、正常及终压三个阶段变化，当初始浓度确定后，根据注浆压力变化情况要及时地控制泵量，调整浆液浓度及凝胶时间等，使注浆压力平缓地升高，避免出现较大波动，直至达到注浆终压、终量，并稳定20分钟以上。（5）浆液的调配单液水泥浆常用的水灰比为2：1、1.5：1、1.25：1、1：1、0.75：1、0.6：1、0.5：1 ，单液水泥浆配制表见下表。单液水泥