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煤礦礦井防治水防治措施

  
評論: 更新日期:2023年04月28日

第一章 工程概況

1.1 簡述

近年來,隨著立井井筒施工機械化配套設施的逐漸完善,立井井筒施工速度得到較大提升。由于煤田開采逐步向地層深部延深,地層賦水情況越來越復雜,加上深井排水設施限制,嚴重制約立井井筒施工速度。井筒防治水工作不外乎強排疏干和注漿堵水兩種方案。強排疏干由于受到井筒斷面限制,高揚程大功率的排水設備無法使用,造成強排疏干法施工井筒困難很多。根據我處以往施工經驗,探水預注漿是立井井筒防治水不可或缺的施工工作。

我們根據郭家河礦井風井井筒設計特征及地層水賦存情況,結合我處以往施工經驗,特編制防治水施工方案,以指導和方便井筒掘砌施工。

1.2 井筒技術特征

風井井筒技術特征見下表1-1。

風井井筒技術特征 表1-1

第二章 井筒水文地質條件   2.1井筒工程地質   2.1.1區(qū)域地層   礦區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)厄爾多斯盆地分區(qū)。根據地質填圖及鉆孔揭露,礦區(qū)地層由老到新有:三疊系、侏羅系、白堊系、第三系?!  ?.1.2井田地層   依據鉆孔揭露及地質資料,井田內地層由老到新依次:三疊系上統銅川組(T2t),侏羅系中統延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a),白堊系下統宜君組(K1y)、洛河組(K1l)、上第三系(N)。由老到新分述如下:   2.1.2.1 三疊系中統銅川組(T2t)  下部灰綠~黃綠色塊狀~厚層狀中、細粒長石石英砂巖,夾灰綠色~灰色泥巖。上部灰綠色中厚層狀中、細粒長石石英砂巖與灰~灰綠色粉砂巖、泥巖互層,向上漸以泥巖為主,夾灰黑色頁巖與煤線,軟體動物及蕨類植物化石。  2.1.2.2侏羅系中統延安組(J2y)  延安組為含煤地層。巖性為灰~深灰色泥巖、砂質泥巖、粉細砂巖與灰白色中粗粒砂巖互層,中夾炭質泥巖及煤層。厚度0~94.84m(X6號孔),一般40~50m,與下伏富縣組成平行不整合接觸,或超覆于三疊系之上?! ?.1.2.3侏羅系中統直羅組(J2z)  根據巖性、巖相旋回分為上下兩段:下段為泥質中~粗粒砂巖夾砂質泥巖、粉細砂巖。顏色以灰綠色為主,多帶黃綠色,底部為一層灰白色含礫中粗粒砂巖或細礫巖,特征顯著,比較穩(wěn)定,是劃分直羅組與延安組界限的標志層。上段為砂質泥巖、泥質粉砂巖夾細~中粒砂巖。顏色以灰綠色為主,常見雜色泥巖夾層,偶見泥質灰?guī)r薄層,頂部較細,顏色較深。  2.1.2.4侏羅系中統安定組(J2a)  下部為暗紫紅色砂質泥巖,夾灰綠色各種粒級的砂巖,底部為一層厚度較大的灰紫色含礫粗砂巖及細砂巖與直羅組為界;上部為紫紅色泥巖、砂質泥巖,夾中~粗粒砂巖及粉紅色鈣質泥巖,富含鈣質結核?! ?.1.2.5白堊系下統宜君組(K1y)  為氧化環(huán)境下洪積相與河流相沉積。巖性為灰紫~紫紅色巨厚層狀粗礫巖夾砂礫巖及粗砂巖薄層或透鏡體。礫石成分以花崗巖為主,變質巖次之,含少量石英巖與石灰?guī)r。礫徑一般5~8cm,最大50cm以上,分選差,次圓狀,鈣質膠結,堅硬?! ?.1.2.6白堊系下統洛河組(K1l)  分布于宜君組兩側,為干旱氧化環(huán)境下的平原河流相沉積。巖性為棕紅色中~細砂巖,夾同色砂礫巖及礫巖層。砂巖成分為石英、長石,分選較好,膠結疏松。具板狀層理及大型交錯層理,夾暗棕紅色泥巖薄層,東北部的常村河見褐黃色與淡黃色砂巖。礫巖為巨厚層狀粗礫巖。礫石成分與宜君礫巖相同,礫徑較大,一般5~10cm以上,分選極差,以次圓狀為主,亦見次棱角~棱角狀者。礫石表面因砂質泥巖充填呈紫紅色,膠結疏松?! ?.1.2.7上第三系(N)  全區(qū)廣泛出露。巖性為淺棕紅色亞粘土、粉砂質粘土,含鈣質結核及石英小礫石、夾多層鈣質結核層,底部有厚度不穩(wěn)定的底礫巖沉積。區(qū)內無完整剖面,最大厚度大于150m,一般80m左右。下與各組呈不整合接觸。  2.2井筒水文地質  本井筒共穿過3個主要含水層,分別為:1)白堊系下統洛河組砂巖-宜君組礫巖孔隙~裂隙含水層;鉆孔揭露厚度為158.49m,洛河組以中~粗砂巖為主要含水層段;宜君組以礫巖為主要含水層段。兩組之間無明顯隔水層,屬中等富水性含水層,預計用水量163m3/h。在該段含水層中有局部膠結松散的砂巖,巖芯破碎,該含水層是井筒防治水工作之重點。2) 侏羅系中統安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層;鉆孔揭露厚度171.6m,該段巖性以砂巖與粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖互層狀產出,根據水文地質報告,該段含水層涌水量19.5 m3/h,屬弱富水性含水層。3)三疊系上統銅川組砂巖裂隙含水層;本次鉆孔未揭露見底,巖性上部為紫色泥巖,淺紫色粉~細砂巖,灰白色細砂巖與中砂巖互層,中夾灰綠色中~粗砂巖,為微弱富水性含水層。第三章 防治水方案   根據《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》和《郭家河礦井風井井筒檢查孔地質報告》,我們在建設郭家河風井井筒時,立足打干井的原則,確保井筒建井及井筒建成后涌水量符合驗收規(guī)范規(guī)定,特編制此防治水方案?!  ?.1防治水方案   風井井筒共穿過3個含水層,垂深95.51~425.6m,含水層累厚330.09m。根據預測計算的含水層涌水量,我們認為風井井筒施工過程前要提前做好地質超前預報工作,制定詳細的防治水方案。必須堅持“有疑必探,先探后掘”的原則,實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案,同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點,適時進行工作面探水注漿?!  【唧w方案如下:   1、侏羅系中統安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層、三疊系上統銅川組砂巖裂隙含水層采用先探后注的方式。根據公式計算出注漿孔數,施工時,先在井筒周圈布置4個鉆孔進行探水(兼注漿孔),若單孔涌水量小于2m3/h,則注漿封孔,施工井筒。若單孔水量超過2m3/h,則要嚴格按照布孔要求施工全部鉆孔?!  ?、白堊系洛河組、宜君組含水層是富水性含水層,在掘進至距該含水層10m時停止施工,進行工作面預注漿。   3、注漿段技術方案見下表3-3?!  ∽{段技術方案 表3-3

3.1.1注漿段高的確定    工作面探水注漿分段原則:結合含水層位置、含水層頂底板巖石情況,基巖段巖芯破碎帶位置以及隔水層的厚度,設計注漿段高為65m。考慮第二、三段富水性弱,該段暫不設計工作面預注漿,按“先探后掘”的原則,單孔水量超過2 m3/h,則嚴格按照布孔要求施工全部鉆孔;單孔水量小于2 m3/h,則帶水掘進。 3.1.2止?jié){墊鋪設    3.1.2.1止?jié){墊厚度計算    本次工作面預注漿選用單液平底形混凝土止?jié){墊?!   ±霉接嬎闳缦拢骸   ?式中:B--止?jié){墊厚度 m   P0--注漿終壓 kg/cm2   r--井筒荒半徑   [a]-- kg/cm2   [a]=R/k   K--安全系數。 K=2  說明:1、井筒荒半徑為3.7m?!     ?、砼墊用C60混凝土砌旋,[a]=R/k=600×2/3÷2=200 kg/cm2           各注漿段止?jié){墊厚度經計算如下表

D--井筒凈直徑 D=6.5m   E—井壁厚度 E=0.45m   P--注漿壓力 取第6段注漿壓力P=9MPa   h--球面高 h=0  與止?jié){墊連接處井壁混凝土標號提高為C60,混凝土中添加高效減水劑,7天養(yǎng)護期的允許抗壓強度為60×0.9=54MPa﹥39.6MPa,滿足注漿要求?!   ?.1.2.2止?jié){墊澆筑施工   澆注混凝土前,嚴格按照設計要求孔位預埋Φ127×6mm無縫鋼管,上焊高壓法蘭,做打鉆注漿孔口管。上端高出止?jié){墊0.5m;管壁外用16#螺紋鋼筋纏繞并焊牢(見附圖)。   止?jié){墊混凝土采用C60砼,澆筑砼時要保持連續(xù)不得中斷,工作面要分片用震搗捧震搗,同時應防止孔口管位移或偏斜,且在止?jié){墊上部泵位附近預留一個0.5m3的水窩,以便注漿施工時排水?!  ≈?jié){墊凝固后,要連同預埋的孔口管進行耐壓試驗,耐壓試驗壓力要求達到設計終壓,若達不到,則進行止?jié){墊加固注漿?!  ?.1.3注漿參數設計   3.1.3.1注漿孔布置   工作面探水注漿設計注漿孔數利用公式如下:   N=π(D-2A)/L=8個   N-注漿孔數,個   D-井筒凈直徑,6.5m,   A-注漿孔與井壁距離,取0.7m,   L-注漿孔間距,取2.0m。   另外設計檢驗鉆孔1個,每段共9個孔。注漿孔布置一圈,要求注漿孔與井壁距離為0.7m,注漿孔間距為2.0m,均勻布置。檢驗孔布置在井筒中心線位置,垂直施工。止?jié){墊耐壓試驗合格后,在注漿孔上安裝高壓閘閥方可鉆進施工。鉆注順序為對稱開孔注漿,切忌亂鉆不注。   3.1.3.2注漿壓力   考慮到改進型脲醛樹脂在較低壓力下即可滲入裂隙,設計初始壓力為4MPa,注漿終壓為P下=P上+1 MPa。各注漿段注漿終壓如下表:

3.1.4探水注漿前的準備工作

3.1.4.1排水系統形成

探水注漿前應形成不低于100m3/h的排水能力。井筒安裝一趟Φ108mm無縫鋼管作為排水管路,并進行試運轉。

排水方案及排水設備詳見《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》。

3.1.4.2攪拌站設置

在地面井口房一側設置攪拌站,同時在地面挖三個池,分別存放配制的水泥漿液,化學漿液和清水。池旁邊布置注漿設備和攪拌罐。

3.1.4.3輸漿管路的安裝

利用傘鉆繩捆扎兩路Φ25mm高壓膠管,從地面輸送漿液到工作面作為輸漿管路,高壓膠管的耐壓強度不少于25MPa。

3.1.4.4井下操作平臺的搭設

利用井筒懸掛吊盤作為打鉆工作平臺。在井壁的四個方位打入四根鐵道鍥,將四層吊盤固定在鐵道鍥上。工作臺固定要牢固穩(wěn)定。

3.1.5鉆探施工

采用SGZ-150型液壓鉆機,鉆桿采用Φ50×6mm地質鉆桿,鉆頭采用Φ75mmPDC復合片無芯鉆頭或Φ75mm潛孔錘頭成孔。

3.1.5.1鉆孔施工順序為對稱開孔。為防止鉆孔偏斜,預埋孔口管時,鉆孔的方位角、傾角要由專業(yè)技術人員進行操作,預埋過程中要及時準確校對。鉆進時使用平頂鉆頭或PDC金剛石復合片鉆頭并帶同徑具長度不小于3m的扶正器。

3.1.5.2禁止彎曲鉆桿下井,提高對中度,過硬巖時,不應加壓過量。帶閥清水鉆進,地面連續(xù)供水,一旦水量變小或中斷應立即停鉆或提鉆,檢查原因,恢復正常供水后,再繼續(xù)鉆進。

3.1.5.3定時檢查鉆具,發(fā)現不合格者應及時更換,鉆具加工要規(guī)格,出刃一致,焊結實,加壓、鉆速適當。為防掉物入孔,鉆進時孔口鉆桿套厚皮膠板。

3.1.5.4每孔終孔停鉆后,應加大水量沖孔,沖孔時間一般為30min左右,直到孔內巖粉基本排除為止。

3.1.5.5要認真做好鉆進記錄與鉆機維修工作。

3.1.6注漿施工

注漿泵采用HFV-C型注漿泵,一臺工作,一臺備用。

3.1.6.1工藝流量:單液水泥漿(化學漿)經二次攪拌—注漿泵—輸漿管—控制閥—孔口管—巖層裂隙。

3.1.6.2壓水試驗

每孔終孔測水后接通輸漿管路進行壓水試驗,壓力由小到大逐步升壓到最大注漿終壓,測定各不同壓力參數時的吸水量并繪制吸水量曲線,壓水時間可為20~30分鐘。并根據壓水結果,確定起始漿液配比。

3.1.6.3壓力調整:注漿壓力變化有時漸變,有時呈波狀,調整壓力應與孔內情況、漿液濃度等密切配合,當漿液濃度確定后,用人為的方法控制泵量,使壓力達到終壓。

3.1.6.4漿液調整:漿液在巖層裂隙充填階段中,如壓力和進漿量穩(wěn)定不變時,應逐級加大濃度,如壓力上升快,進漿量很快減小,應依次降低漿液濃度,每改變一次漿液濃度可持續(xù)20分鐘。

3.1.6.5注漿結束前,應壓注清水,使管路大部分漿液注入巖層裂隙中去。但要防止清水壓入地層,當壓清水時需及時通知井下準備閉閥泄?jié){,然后清洗整個注漿系統。

3.1.6.6養(yǎng)護、掃孔和復注:每孔首次注漿結束后,養(yǎng)護2~3小時,用鉆機掃孔到底,沖孔測水后進行復注。復注次數可為一至多次,復注時采用稀漿。

3.1.7注漿結束標準

單孔注漿結束標準:注漿壓力達到設計終壓,泵量<30L/min,穩(wěn)定20~30min,即可結束注漿。

工作面探水注漿結束標準:施工最后檢查孔的涌水量來計算井筒開挖的最大涌水量,若水量超過6m3/h,應補打注漿孔,繼續(xù)注漿。

注漿結束后,由技術員整理各孔鉆注全部數據資料。填制繪圖上報、存檔。

3.2壁后注漿

待井筒施工結束后,為進一步減少井筒涌水量,則考慮實施下行式壁后注漿。壁后注漿以堵水為主,形成注漿帷幕,切斷水源達到注漿堵水及壁后充填加固的目的。井筒無明顯出水點,井筒涌水量達到驗收標準,結束壁后注漿。實施壁后注漿時專門編寫壁后注漿設計。

第四章 工期和勞動組織

4.1工期

每段工期包括:施工前籌備(1天),止?jié){墊澆注養(yǎng)護(7天),止?jié){墊加固(3天),探水施工(4天),洛河組-宜君組段注漿施工(4天),合計19天。

總工期約133天。

4.2勞動組織

實行鉆注合一,探水人員終孔后參加注漿工作,見表如下:

鉆注勞動組織表

說明:1、井上信號把鉤打點工未列入;2、施工隊長未計算在內。建議   5.1成立郭家河風井井筒防治水領導小組,全面系統的領導指揮實施防治水工作。   5.2施工前形成臨時排水系統,并試運轉,保證設備專業(yè)人員充足。   5.3必須堅持“有疑必探,先探后掘”的原則,實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案,同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點,適時進行工作面探水注漿,每段工作面探水注漿前必須編制安全技術措施,審批后全體施工人員學習?!  ?.4為進一步減少井筒涌水量,井筒施工到底后,考慮實施壁后注漿?!  ⒖嘉墨I:   1、《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》   2、郭家河礦井風井檢查孔資料

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