潞宁进风井井工作面预注浆施工组织设计

目录第一章概况第一节工程概况第二节地质和水文地质概况第三节设计编制依据第二章、施工工艺第一节施工方案第二节施工设计第三节施工工艺第三章、施工辅助系统第一节排水系统第二节通风系统第三节供水系统第四节供电系统第五节其他系统第四章、劳动组织及工期预计第一节劳动组织第二节工期预计第五章、设备材料计划表第六章、安全技术措施措施第一节钻孔防突水安全技术措施第二节钻进技术安全技术措施第三节注浆施工安全技术措施2潞宁煤业西扩区进风井工作面预注浆施工技术措施第一章概况第一节工程概况项目部施工的西扩区进风井井筒净直径6m，井筒全深402.3m（不包含井底水窝），井口标高+1512.3m，落底标高+1110.0m，井筒表土段及风化基岩段55.8m现已施工完毕，井壁结构除表土段及风化基岩段为钢筋混凝土外，全部为素混凝土井壁，基岩段壁厚为500mm，混凝土标号为C30。井筒设计有2个马头门和1个预留洞孔。进风井井筒现已浇筑施工到井深128.3m，施工完第32模后（每模4m），于2014年9月12日上午11：28分在井深130.4m（有2m空头）工作面打眼时，发现在西北部、北部眼孔有涌水，且有压力，工作面水位上涨，水泵排水不及，实测涌水量有92m3/h（不包括井深80m处截水槽位置涌水7m3/h），为防止涌水淹井，不能再继续往下施工，只能采取强排水应急救援方案，现已增加安装一台50m3/h卧泵、两台30m3/h吊泵，使用卧泵、吊泵配合吊桶排水，现在已经能够控制住水量，准备进行工作面注浆封水，为了注浆工作有序进行，特编制此措施。第二节地质和水文地质概况根据我项目部实际揭露的岩层与矿方提供的《进风井检查孔地质报告JC3》对比分析，其与实际地质条件出入较大，对井筒施工来说已不适用；但与矿方提供的《回风井检查孔地质报告JC1》基本相符；因此根据实际情况，本措施地质水文概况以《回风井检查孔地质报告JC1》为主。进风井70～160m分别穿过细粒砂岩、中粒砂岩、砂质泥岩、页岩，根据3井筒实际揭露的岩层实际情况，70m～88m的粒砂岩与94m～108m砂质泥岩基本无水，主要出水位置是88m～94m的页岩，108m～160m的中粒砂岩，该段围岩类别多中等稳定岩层，局部为属弱稳定岩层。钻孔岩芯RQD值为64～100，岩体质量指标0.80～2.46，岩石质量等级为Ⅲ级中等—Ⅰ级极好的，岩体完整性为完整性差—完整，岩体质量指标分级为Ⅲ级中等-Ⅱ级良的类型。进风井筒预计最大涌水量为53.38m3/d,但根据今年夏季宁武地区降水量充沛，现场实际揭露水量与预计水量出入较大，经过现实测涌水量为92m3/h，涌水量仍较大。第三节设计编制依据一、进风立井平、剖、断面图S1202-118.1-1；二、进风立井工程施工合同，设计交底及图纸会审文件；三、《西扩区进风井井筒工程施工组织设计》；四、《西扩区进风井井筒工程施工作业规程》；五、回风井井筒检查钻孔水文地质柱状图JC1；六、《矿山井巷工程施工及验收规范》；七、《煤矿安全规程》；八、《简明建井工程手册》。第二章施工工艺第一节施工方案一、施工方案根据井筒施工现状，现在安装有一台50m3/h卧泵排水系统，两台30m3/h4吊泵，能够满足100m3/h以内涌水量的排水工作，故此先采取强排水到底，查看测量工作面实际出水量，如工作面涌水量小于20m3/h，且无压力，采取工作面直接堵漏封孔注浆，后直接施工，打一模注一模，采用工作面短段探、注、掘施工，逐模推进至含水层通过；如工作面涌水量大于20m3/h，或有压力，采取工作面封孔注浆减少水量，打止浆垫进行剩余施工段工作面预注浆，封堵涌水后，一次施工到底。二、施工顺序（一）工作面短段探、注、掘施工顺序1、先强排水到井底，采用484mm无缝钢管加工注浆管直接砸到原打眼出水的眼孔内，进行封闭工作面涌水注浆；2、风钻下井，使用长4m钻杆配合直径41㎜的钻头探水，沿荒径周圈平均布置8个眼，再在原出水位置距荒径500mm各布置2个探眼，打眼时钻杆要打到底；3、探眼时，如眼孔无水，则直接使用风钻打眼，使用41㎜的钻头打眼，眼深不超过2.5m，探眼在装药时眼底要回填到眼深不超过2.5m，进行装药放炮；如眼孔内有涌水，打到底后直接用484mm无缝钢管加工的带球阀长1.5m的注浆管砸到眼孔内，采用ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵，注浆结束后，再用风钻再在原探眼间打探眼，如有水，则再注再探，直到探孔内没有水，再打2.5m浅眼放炮；4、如此反复，每一炮都坚持先探后掘，先注后掘的施工方法，探眼孔深应大于循环进尺不小于2m，施工时边探、边注、边掘，直至施工到底。在施工过程中如打探眼时，涌水超过排水能力，要停止继续探眼钻进，先将涌水量大的眼孔提钻，砸好注浆管，关闭球阀，要依次处理，不得同时将有水的眼孔同时提钻，全部砸好注浆管后进行注浆。处理过程中如注浆管砸不住，5且水压大，涌水量增大，就不再提出钻杆，直接卸掉，收风钻，进行打止浆垫工作面预注浆施工。（二）工作面预注浆施工顺序1、先强排水到井底，采用484mm无缝钢管加工注浆管直接砸到原打眼出水的眼孔内，进行封闭工作面涌水注浆；2、脱模，拆除大模刃角，提升模板底口距浇筑好的混凝土下口不小于1米，施工止浆垫时，模板应提升至高于设计止浆垫1m处；3、浇筑止浆垫前，先按预定止浆垫宽度刷帮找底，再焊接固定预埋7个孔口管，孔口管距井壁0.5m，周圈平均布置，间距2m，布置时采取径向角70，切线角1200斜孔，以满足封水效果，孔口管采用1086mm无缝钢管加工而成，外焊与4寸25MPa高压闸阀配套的法兰盘，全长4.1m，埋固3.5m，外露0.6m，以便高压闸阀和注浆三通盘的安装。安装后要采用混凝土将底部浇筑固定；4、打止浆垫封工作面，止浆垫总厚度暂定为3.5m（如3.5m止浆垫无法堵水，则根据实际情况加厚止浆垫），先铺650mm的石子滤水层，再铺一层普通砖，最后浇筑强度C30混凝土，止浆垫压井壁1500mm（余2m空头），止浆垫与井筒结合处井壁应预先使用风镐打毛，施工止浆垫时，中心要预先采用铁桶做为滤水桶，下部650mm的桶身上要打眼做滤水孔，确保水流通畅，用做铁桶作为吸水小井进行排水，铁桶要高于止浆垫上平面不少于200mm，最后使用混凝土一次性封闭，如发现水大时，也可埋一个注浆管，最后与其他注浆管一起进行工作面预注浆；5、在等待止浆垫强度达到要求的过程中，搭设钻机平台，采用钢木结构，平台底口距离工作面迎头高2.2m，平台梁上设置两圈槽钢，以方便钻机安装及移动，槽钢外圈圈径以不影响钻机安装为准；6、使用MZ120-Ⅱ型风动潜孔钻机进行钻孔打眼，该钻机额定钻距120m，6采用1m/根直径Φ60mm的钻杆，Φ90mm钻头钻孔，钻孔深度28m；7、在钻机平台上安装ZDW-22-60/45中型多功能卧式电动高压注浆泵，配置电机功率22KW，注浆压力最高达22Mpa，浆液在井口配置，通过底卸式吊桶下放到钻机平台上的铁桶内进行注浆，注浆压力要求达到15MPa,注浆以先稀后浓为原则进行注浆。注浆结束标准为注浆压力达到设计终压，其值并保持20分钟以上；达到终压时吸浆量＜40升/分；8、止浆垫拆除，采用钻爆法施工，由于止浆垫混凝土的强度比一般岩石的强度要高，施工中可以采取分次爆破，首先在井筒中心掏槽，增大自由面，然后爆破注浆孔布置圈径内的断面，最后按井筒净径刷帮；第二节施工方法设计及计算一、探水注浆段高设计现在施工工作面的井深为130.3m，根据地质柱状图JC1显示该含水层至160m处时结束，现要打止浆垫暂深3.5m，则止浆垫上平面到含水层距离为160-3.5-130.3=26.2m。根据注浆段高均遵循《煤矿安全规程》第31条第二款：“井底的设计位置在注浆的含水岩层内时，注浆深度必须大于含水层至不透水层5～10m。”的规定，所以注浆段高定为36.2m。由于对进风井地质分析是参考回风井地质柱状图JC1，为保证施工质量在施工前先打探水孔测定实际含水层厚度。如实际含水层厚度与地质柱状图JC1一致，则执行原段高设计。如含水层比估算含水层厚则采取分段注浆，分段掘进的方法通过含水层，一次注浆厚度80m，掘进50m。附：进风井探孔布置图7二、注浆终压设计根据《矿山井巷工程施工及验收规范》第3.5.20条第一款规定，注浆终压宜大于或等于静水压力的2～4倍。即P0=(2.0～4.0)P静水压力2#3#西扩区进风井井筒探水钻孔布置图止浆垫深度126.8m4#1#N8根据《回风井检查孔地质报告JC1》，得知井筒静止水位78m，钻孔时钻口高为+15m，则静水位标高为+93m，由于注浆终孔超井底10m计高为176m，则高差为H=93+176=269m。计算静水压力为：P静水压力=ρ·g·h=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×269m=2.64MPa.本设计含水层取注浆终压为2～4倍的静水压力，得P01=2.0P静水压力=2.0×2.64=5.29MpaP02=2.0P静水压力=4.0×2.64=10.56Mpa根据现有注浆机性能取值7～9Mpa。三、止浆垫设计止浆垫设计为单级球面形止浆垫，混凝土选用素混凝土结构，选砼等为C30。见单级球面形止浆垫示意图如下：止浆垫厚度按公式计算：B≈P0·r/[σ]B:单级球面形止浆垫厚度，m；P0：注浆终压，9Mpa；r：井筒荒半径，3.5m；[σ]:混凝土允许抗压强度，[σ]=R3-7/k，Mpa；R3-7:混凝土3~7天的极限抗压强度，根据C30配合比报告单7天抗压强度为26.6Mpa；K：安全系数，取K=2；混凝土抗压强度：[σ]=R3-7/k=26.6/2=13.3Mpa；止浆垫厚度：B≈P0·r/[σ]=9×3.5/13.3=2.368m，取2.4m；为防止从止浆垫和井壁结合部位跑浆，止浆垫浇注时向上和井壁重合91.9m（有2m空头），总厚度3.5m。考虑到工作面有水，为保证止浆垫早期强度，应适当的添加早强减水剂。由于工作面有涌水，为保证止浆垫质量，需铺设碎石滤水层，根据《简明建井手册》表4-2-70，涌水量大于50m3/h时滤水层厚度为不少于500mm。说明：图中尺寸单位为止浆垫砼强度设计为。西扩区进风井单级球面形止浆垫示意图止浆垫位置碎石滤水层止浆垫砖滤水桶10四、井壁强度验算井壁强度验算公式：[δ′]=P0[(D+2E)2+4h2]/4E(D+E)≤[δ][δ′]：井壁材料的实际压应力，Mpa；[δ]：井壁材料的允许抗压强度，30Mpa；D:井筒的净直径，6m；E:井壁设计厚度，0.5m；P0：注浆终压，9Mpa；h：球面矢高，h=0.3r=0.3×3.5=1.05m；r：井筒荒半径，3.5m；井壁材料的实际压应力[δ′]=P0[(D+2E)2+4h2]/4E(D+E)=9×[(6+2×0.5)2+4×1.052]/4×0.5×(6+0.5)=36.98Mpa井壁强度验算值36.98Mpa＞30MPa，井壁强度不符合施工要求。则需要计算满足注浆要求的与止浆垫连接段的井壁厚度公式为E′=)(2)(h4)(()]([0c0c220c020cPPDDPPPD）E′:按注浆要求与止浆垫连接段的井壁厚度，m；δC：井壁材料的允许抗压强度，30Mpa；代入计算得：E′=1.9m为此决定从止浆垫的底部开始，往上范围内增加井壁厚度至2m，同时将球面半径浇筑水平，并对止浆垫向上10m范围内进行注浆加固，来满足井壁强度验算的要求。五、探水注浆孔数设计探水注浆孔的计算公式为N=π(D-2A)/LN：注浆孔数量，个；D:井筒直径，6m；11L:孔间距，由于采用Φ90mm钻头钻孔，孔间距取值为2.3m；A:注浆孔与井壁的距离，0.5m；计算N=π(D-2A)/L=3.14×(6-2×0.5)/2.3=6.8个。探水注浆孔数设计为7个，检查孔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。六、注浆孔布置设计注浆孔布置时采取径向、切向斜孔，以满足封水效果。具体见探水注浆孔平面布置图。斜孔径向倾角公式α=tg-1（