南风井平巷硐室探水注浆方案

河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部1河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆技术方案编制：贠翥审核：张少雨批准：李洪涛中国华冶中关铁矿项目部二0一一年十月河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部2目录1工程概况1.1地理位置及交通1.2工程现状1.3矿区工程及水文地质2编制依据3技术方案3.1探水原则3.2注浆原理和目的3.3长探技术方案3.4短探技术方案3.5竖井转平巷马头门处探水注浆方案3.6巷道壁后检查注浆方案4劳动组织及施工进度计划4.1劳动组织4.2进度计划5质量保证措施6安全技术措施6.1探水孔钻进安全技术措施6.2注浆安全技术措施6.3探水注浆一般安全技术措施6.4应急突发水预案河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部31工程概况1.1地理位置及交通中关铁矿是河北钢铁集团矿业公司重点开发建设的矿山，省市重点建设项目，位于河北省沙河市白塔镇中关村西，北距邢台30km，南距邯郸市53km，东距沙河市21km。矿山为新建矿山，地质储量9348万吨，年采选矿石200万吨，竖井开拓。1.2工程现状南风井设计净径φ4m、井深483m。井筒已经掘砌到底，成井483m。下一步将通过南风井施工-230m中段平巷及相关硐室工程。1.3矿区工程及水文地质1.3.1工程地质中关铁矿为一埋藏较深的隐伏矿体，矿体走向长2000m，宽300m～1000m，埋深300m～800m，主要矿体均赋存于岩浆岩与中奥陶系灰岩的接触带及其附近灰岩裂隙中。矿区内发育有由太古代到新生代所形成的沉积岩、火成岩、变质岩和松散堆积物。矿区位于太行隆起东翼，所处的大地构造单元比较稳定。场地土为中硬土，建筑场地类别为Ⅱ类，属可进行建设的一般场地。中关铁矿属接触交代矽卡岩型铁矿，矿床顶板为奥陶系中统灰岩，底板为燕山期闪长岩。-230中段平巷硐室工程主要位于奥陶系石灰岩含水层中。1.3.2水文地质矿床直接赋存于奥陶系灰岩之下，涌水量大，水文地质条件复杂。按中关铁矿水文地质总结报告，矿区划分为四个含水层组，即：第四系松散岩类孔隙含水层组，石炭、二迭系薄层灰岩和砂岩裂隙含水层组，寒武、奥陶系碳酸盐岩裂隙含水层组，燕山期岩浆岩风化裂隙弱含水层组。奥陶系中统石灰岩为矿床的直接顶板，是矿区的主要含水层，分布于整个矿区。其下伏闪长岩、矿层为其相对隔水底板，其上覆第四系的粘土砾石层及石炭一二迭系地层为其相对隔水顶板。井筒揭露岩土由第四系冲洪积粘性土、卵石、石炭系上统泥岩、奥陶系中统灰岩类、燕山中晚期闪长岩侵入体等组成。矿区内主要含水岩组是灰岩类裂隙含水岩组，其次是第四系松散物孔隙（上河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部4层滞水）含水岩组。灰岩段以下的闪长岩段为相对隔水层。矿床埋藏较深，含水层奥陶系中统石灰岩为其直接顶板，该含水层厚度大、分布广，富水性强，矿区地下水具有丰富的动、静储量。矿区水文地质条件较为复杂。平巷开拓过程中产生突然涌水的影响因素很多，主要有以下几方面：1）地层复杂，短距离岩性经常发生突变，这就造成了含水层和隔水层界限不清，给施工带来很大的安全隐患，在巷道掘进过程中易造成突然涌水。2）石灰岩含水层的裂隙岩溶发育极不均匀，闪长岩隔水岩体的微构造复杂，易产生隔水岩体构造与含水层联通，从而发生突然涌水。3）地质勘探孔的封孔情况、封孔质量不明。每一个钻孔在灰岩含水层中都是一个联通器，它是造成突然涌水的重要因素。4）钻探孔受当时的钻探水平、钻探设备的限制，钻孔偏斜是必然的，如钻孔与掘进巷道发生联通，易造成突然涌水。5）矿区石灰岩含水层中存在多层蚀变灰岩和角砾状灰岩，该层工程地质条件非常差，巷道掘进至该地层时易产生大的空膛，加之较高的静水压力，易造成空膛与主要含水层联通，产生突然涌水。2编制依据1）(MTT632—1996)井下探放水技术规范；2）井下探放水作业规程；3）矿山井巷工程施工及验收规范GBJ213-90；4）金属非金属矿山安全规程GB16423-2006；5）煤矿安全规程。3技术方案3.1探水原则本矿属大水矿山，巷道位于奥陶系灰岩或闪长岩中，奥陶系灰岩属强含水岩层。因此，在巷道开挖前，必须坚持“逢掘必探，先探后掘”的原则，避免巷道在掘进过程中盲目揭露地质构造，造成水害。探水作业采用长探和短探相结合原则。长探是采用潜孔钻机钻中深孔，短探是采用风钻钻浅孔。长探是在巷道掘凿前进行，短探是在掘凿爆破过程中进行。河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部5巷道掘凿前，先对工作面进行超前探水、注浆，然后再进行掘凿爆破作业。探掘采用分段式进行，探注一段，掘凿一段。每次探注长度20-50m（根据巷道所处位置决定，直巷段探注段长取大值），掘进长度10-35m，然后进行下一次探注掘循环。探注掘作业，必须保证一定长度的超前距。掘凿爆破过程中，先进行短探，短探后，再进行掘凿爆破作业。每次短探长度5m，掘凿爆破2m。3.2注浆原理和目的注浆施工方法是以注浆泵为动力源，利用泵的压力把配制好的、具有充塞胶结性能的浆液通过注浆孔（或注浆管）注入含水地层中，浆液以充填或参透等形式驱走岩石裂隙或孔隙中的水，达到封堵裂隙，隔绝水源，从而起到封堵水，堵塞裂隙、充填孔隙的作用。有效防止涌水，确保施工安全。3.3长探技术方案3.3.1探水钻孔布置原则探放水钻孔的位置、方向、数目、每次钻进的深度、超前距离等，应根据水压大小、岩层或矿层硬度、厚度和节理发育程度具体确定，需根据实际情况进行具体设计，但必须符合规范要求。3.3.2探水钻孔布置参数1)超前距：探水孔应保证适当的超前距。在水害威胁大的地方进行探水时，探水钻孔的终孔位置要始终保持必要的超前距，规范要求超前距不小于10m。探水超前距根据规范按下式计算：α=0.5AL(3P/KP)1/2式中：α-巷道迎头或侧帮至含水层、含水构造之间的安全距离（超前距）m；A-安全系数，取2-5；L-巷道跨度（宽或高取其大者）m；P-岩层承受的静水压力，MPa；KP-隔水岩层的抗拉强度，MPa。根据巷道所处岩层地质结构、巷道断面及静水压，确定探水超前距，当水压大于2MPa时，每增加0.1MPa，增加1m。河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部6本方案α=0.5AL(3P/KP)1/2取A-3；L-4.8m；P-2.6MPa；KP-4MPa。=0.5*3*4.8*(3*2.6/4)1/2=10m根据水文地质资料，中段水平静水压约为2.6MPa，超前距适当增加，此处增加5m，探水超前距确定为15m。2）帮距、钻孔密度为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，探水孔应保证适当的帮距和密度。帮距：以往经验确定，探水帮距等于或略小于超前距1-2m，结合现场实际情况，本方案取帮距6～8m。要保证终孔间距基本相同。钻孔密度取决于钻孔的数目、夹角与钻孔深度。探水钻孔有一定的密度，保证注浆终孔位置的孔距满足浆液扩散半径要求，从而保证形成足够范围的注浆帷幕壁，保证注浆效果。3.3.3探水钻孔布置方式钻孔布置方式与巷道类型、围岩构造等有关。由于巷道围岩基本处于含水层，巷道处于三面受水威胁状态，故钻孔按放射状布置，终孔位置超出巷道断面轮廓线以外，保证帮距。钻孔深度暂按平均40m考虑，掘进25～30m，保持10～15m超前距循环探水直至巷道掘凿完成。根据巷道所处位置，如果巷道直，则探水孔可以加深，如遇弯道，则探水孔浅。探水孔数量根据现场实际情况进行调整，初步考虑探注孔布置9～13个。为保证巷道前方、底板及左右两侧都能受到钻孔控制，钻孔初步考虑平均布置11个。1个中心孔，方向与巷道中心线平行；3个顶孔，4个边孔，3个底孔，与巷道边线成9～13º夹角（段长按40m考虑）。探孔段越短，探水孔角度越大。实际施工时，根据实际水文地质情况及巷道断面大小，探注孔参数进行合理调整。探水钻孔布置平面图见图3-1；探水孔布置纵剖面图见图3-2；探水钻孔布置参数见表3-1。河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部71739610482511图3-1探水钻孔布置示意图1527891063411图3-1探水孔布置纵剖面示意图表3-1探水钻孔布置参数表孔号垂直角/°水平角/°孔深/m距巷道中线/m距底板高/m18740.51.12.528740.51.12.5321140.51.40.9421140.51.40.9河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部8510040.502.868040.500.5731140.51.41.7831140.51.41.798840.50.70.5108840.50.70.511004001.5探水钻孔及注浆的施工顺序：1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11。探水孔布置参数根据不同的探水段长进行调整。本方案按40m段长布置。3.3.4单孔设计采用金刚石钻头钻进，开孔直径φ120mm，下入φ108*5mm孔口管，孔口管长度不小于3m，然后换φ60mm钻头钻进至终孔。孔口管外口焊接高压法兰，法兰盘外安装连接压力表的短节，短节处接高压闸阀。3.3.5止浆墙型式及厚度确定由于平面型止浆墙结构简单，施工方便，此处选用平面型混凝土止浆墙，砼等级C25。止浆墙厚度按下式确定：B=K0*（ωb/2h[σ]）1/2式中：B—混凝土止浆墙厚度，m；安全系数，取1.4-1.5；ω—作用在墙上的全荷重，kg，ω=PF；F—混凝土止浆墙面积，；P—注浆终压，MPa；b—巷道宽度，m；h—巷道高度，m；[σ]—混凝土允许抗压强度，MPa。根据巷道断面大小，依据上式计算止浆墙厚度。例：东西运输巷b=3.8mh=3.8mK0=1.5[σ]=4MPaP=2.5P0=2.5*2.6=6.5MPaF=12.4ω=PF=80.6B=1.5*(80.6*3.8/2*3.8*4)1/2=4.8m河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部9取止浆墙厚为5m。3.3.5探注设备及注浆站钻孔采用SKZ-120A型全液压坑道钻机，配ф42*1000mm钻杆，ф60mm钻头。注浆站布置在地表，配备3NBB-54～260/7～2.5煤矿用泥浆泵，2TGZ-60/210注浆泵各1台，0.6立方立式搅拌桶2台，散水泥罐1台。井下作业面布置1台孔口管固定用的BW150型注浆泵，水泥通过材料车运至井下作业面，固定孔口管用浓水泥浆现场拌制。注浆管路选用ф42*4mm无缝钢管。注浆管路经井筒、平巷敷设至作业面。3.3.6注浆技术参数1）注浆压力注浆终压取静水压力的2-3倍，根据现场实际静水压，确定注浆终压。本方案，静水压取2.6MPa，则实际注浆终压取大于7.8MPa。2）注浆浆液注浆浆液采用单液水泥浆或水泥水玻璃双液浆，水泥选用32.5（或42.5）普通硅酸盐水泥，水玻璃选用40/波美度。单液水泥浆浆液浓度0.5:1～1:1，水泥与水玻璃浆液体积比为1：1。如孔内吸浆量大，长时间不升压，可在水泥浆中加三乙醇胺与氯化钠混合液，现场配制可参考表3-2。表3-2水泥浆现场配制表水灰比水泥/袋三乙醇胺与氯化钠混合液/L水/L制成浆量/m30.5:12430混合液浓度为501.00.75:119242%三乙醇胺6881.0291:115197311.03）浆液注入量由于裂隙、孔隙不能精确计算出形状和大小，因此注入量以实际发生为准。3.3.7探注施工工序及方法探水注浆施工工序为：施工准备---开孔、固定孔口管---浇筑止浆墙（首次探水注浆时浇筑止浆墙，其后保证探水钻孔超前距离符合要求）---耐压试验---钻进探水孔---注浆。河钢矿业中关铁矿南风井平巷硐室探水注浆方案中国华冶中关铁矿项目部101）施工准备：为了确保探水作业安全顺利地进行，安钻探水前，必须作好准备工作。（1）加强钻孔附近的巷道的支护，背好顶帮，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板，借以保持探水地点巷道的稳定性，避免发生冒顶和片帮事故。（2）清理巷道浮渣，挖好排水