搜索
1新疆黄山铜镍矿2#风井注浆堵水施工设计方案第一章工程地质水文概况一、工程概况：2号风井井口中心点座标X=4681608.645，Y=32384890.709，H=976.923米，井筒净径5m，井深727.658m，工程分别为临时锁口段，砼井筒正常段，450水平、350水平、250水平为单侧回风马头门。于2008年01月05日开工以来，井筒已掘砌至433米。二、工程地质和水文地质：1、2＃风井位于矿区东南部，黄山断裂东段北侧，轴向近东西向。由彼此平行的背、向斜组成。东部被盐湖沉积覆盖，西部翘起，产状260°，倾角80°。两侧被第四系覆盖，出露规模向斜轴第240米，背斜360米。组成背向斜的地层为干洞组下段上部地层，岩性为砂岩、粉砂岩、砾岩和灰岩等组成，背斜两翼岩层劈理发育。局部地段灰岩中见有层间揉皱。在矿区东南部地势较低，水垂直排泄较强烈，水位埋深仅0.5-0.60米，形成干枯的盐湖。在已经掘砌的433m井筒段，受到黄山断裂的影响许多小的断裂均为含水断裂，导致岩体含水,2009年1月1日夜间打眼时，超前探水孔一孔出水，涌水量达40m3/h。2、黄山东铜镍矿床的工业矿体几乎全为隐伏矿体，矿山生产也全为地下硐采。由于矿体埋深较大，矿山开拓及开采的井巷硐壁所承受的岩体静压力也较高，加之岩体局部因构造破坏而显破碎，岩体的强度及稳定性受到一定的影响。3、由于井筒未做水文勘测，以上资料均参照黄山东地质资料推测。第二章注浆方案由于井筒施工过程中，60－70米处裂隙渗水量每小时3.2m3，此处设置一水仓；掘至400米处井筒邦壁裂隙较多，岩层由细壁玢岩变为黑云母2石英片岩，节理较为发育，裂隙渗水量3.6m3/h；井筒掘至426m时，井底有涌水上涌，总体涌水量12m3/h，此时对井筒采取壁后注浆，涌水量总体减至5.83/h，此后井筒继续掘进。当掘至433m时井底一孔出水，总体涌水量超过40m3以上，严重影响井筒下掘。鉴于此种情况，施工方在投标时按照排水能力20m3/h设计，由此涌水量增加到40m3/h时，排水能力明显不足，鉴于此现状，业主口头通知暂停排水，待井筒中涌水涨至静水位后，安排增加排水设施，制定注浆堵水方案后，再决定采取注浆堵水措施。施工方根据现存情况建议首先采取井筒排水，然后对433m井筒工作面预注浆。施工顺序：1、井筒排水设施安装2、浇筑止浆垫；3、在止浆垫凝固初期，正常排水，提升吊盘，搭设钻孔工作平台。4、工作面注浆，注浆可与打钻孔同时平行作业，但当打钻时与注浆孔连通时应停止打钻和注浆，等钻杆拔出并关闭阀门后再继续注浆；第三章井筒排水设施安装根据目前井筒的涌水量为40m3/h，并考虑打注浆孔时有增大涌水的可能性，采取两趟排水设施，一趟使用现有的供风风管排水；另一趟排水管采用原悬吊排水管稳车悬吊，同时悬吊动力电源。水泵使用两台卧式多级水泵。以上两套排水设施交替使用，必要时同时排水。一、地表安装1、地表安装两台JZ-10/1000凿井稳车，悬吊排水管和动力电源。排水管使用Φ108×4.5无缝钢管，总长度为430m。动力电源使用VV-1KV3×185电缆，总长度为800m。地表出水管尽量接离井口远一些，大约300m，使用Φ80×5mmPVC聚乙烯管。2、吊盘水泵安装及水箱安装吊盘上安装两台60m3/h卧式水泵，扬程为550m，功率为135KW。3水箱安装在上层吊盘，容量为5m3。2.1井筒排水管的选择：①根据水泵扬程550m和流量60m3/h，按照经济流速为2.2～2.7m/S依公式V=Q/S=60/3600=0.017m3/S流速v=2.2m/S管道截面S=0.017/（2.2×3.14）=0.002㎡管道直径为Φ=50mm②若使用Φ108直径钢管，计算流速v=0.017/（0.052×3.14）=2.17m/S以上计算后，考虑平巷开拓管道的排水有所增大，采用Φ108×4.5直径无缝钢管进行排水。2.2钢丝绳验算①钢管及水重量从井口至450m中段钢管总长为530m，钢管的理论重量为6.85T，法兰和管卡重量估算为1.2T，管中水的重量为4.7T，合计总重量为12.75T。②钢绳选型悬吊深度按照600m计算，依照悬吊钢丝绳安全系数m≥6，悬吊重量分摊则需钢绳破断力总和不小于38250Kgf，在此选用18×7-28-170型钢丝绳，其破断力总和为54450Kgf，钢绳理论重量为299.6Kg/100m，综合计算重量为49036Kgf≤54450Kgf，由此钢丝绳选型为可用。2.3稳车选型根据上计算总重量16.35吨，按照分摊原则，则每台稳车分摊重量为8.2吨，在此选用两台JZ-10/1000稳车。2.4动力电缆选型3、吊盘下部安装潜水泵在吊盘下部悬吊3台流量为20m3/h潜水泵，扬程为60m。排水方式为两级接力排水，先由吊盘下3台潜水泵抽水至吊盘水箱中，卧泵由水箱中抽水至地表。44、竖井今后掘砌排水的设计30#矿体2#风井依现掘标高544m左右，到井筒450m标高第一个马头门尚差近100m，同时考虑将来平巷开拓时排水，在450m中段马头门掘进时考虑掘一临时水仓或转水站（详见临时水仓设计图），当井筒掘至450m中段以下40m左右时，在450m中段马头门处搭设一平台，平台使用工字钢Ｉ25a加锚杆和托板固定（具体详见平台设置图）。利用平台进行接拆管道和人员上下。井筒中的涌水利用吊盘上的卧泵将水抽至450m中段水仓中，将吊盘上另一台卧泵拆至450m中段马头门内水仓处安装，并将涌水抽至地表，从而实现接力排水。从地表至450m中段马头门的排水管使用Φ108×4.5无缝钢管，悬吊使用两根18×7-28-170钢丝绳，接管时使用两台JZ-10/1000稳车。在平巷开拓时，保留排水管道，井筒450m中段的涌水直接进入450m中段水仓，其余中段的涌水均通过井底卧泵将水排至450m中段水仓中。第四章止浆垫由于井筒采取工作面预注浆，需对井筒底板制作止浆垫，在制作止浆垫前需采取一些措施，特别是井底出水孔出水压力较大，目前井筒涌水涨深172m，水位基本停止上涨，由此断定静水位在172m左右处，根据水头压力计算约17Kg/㎝2,即1.7MP。由此特别注意井底涌水压力的分解，防止在打设注浆孔时发生意外。埋设导向管并固定，浇筑滤水层、浇筑止浆垫。施工顺序为：1、卸压措施采取的措施为：制作一根Φ32×4×1200mm马牙管，同时连接渐变为Φ50×5mm加厚钢管，钢管长为3000mm（详见卸压钢管制作图）。安设时使用麻丝缠绕马牙，再使用大锤和千斤顶打压入出水孔，注意在打入时应将阀门打开，使孔中涌水常流。卸压管打入后，再在井底打上两根锚杆拉住卸压管，以防水压过大将其冲出。此时关闭阀门，接Φ50mm软管至吊盘水箱中，完好后再打开阀门，任卸压管中涌水排放。2、安装导向管和滤水管5根据井筒断面尺寸，选择使用HD-100潜孔钻机，钻头为Φ70mm，钻杆使用Φ50mm。布设9个钻孔。其中井筒中心布设1个，中心孔为垂直布设。距井壁1m左右周圈布设8个钻孔，钻孔向井筒外壁倾斜2º，主要根据此段破碎带倾向为80º和钻机平台距离导向管口的距离来确定。滤水管使用Φ600×8×3000钢管。具体布置见图导向管布置图（固定可使用锚杆加钢筋焊接）。3、浇筑滤水层和铺设滤布滤水层使用30～40mm碎石，厚度为500mm。滤布使用毛毡或土工布加5mm厚PVC隔水板铺设。为了聚集工作面全部涌水，预防水泥被水冲走，减弱座垫结构强度，先在工作面放两根Ф600mm的管子（管底应有虑水设置，上端使用法兰焊接），管子上端要高出止水垫上0.5m，该管子是用来做水泵吸水管，管子数量是以保护止水垫施工时所担任排水泵数量确定，作为滤水层注浆管，使工作涌水聚集在管内，用水泵排出。4、浇筑止浆垫止浆垫厚度计算Bd=P0r/[б]=4.9×2.8/(0.3×30)=1.54m为保险取止浆垫厚度为2.0m参数：A、距井筒壁周边1.0m左右预埋φ108*4.5mm钢管8根，长度为2.5m，中部预埋1根φ108*4.5mm钢管，长度2.5m，并连接牢固；B、在合适位置预埋滤水管φ600*8mm*2500mm二根；C、预埋500mm厚石子（20～40mm）铺底（滤水层）；D、浇灌混凝土，强度为C30，厚2.0m。第五章钻机平台安装根据现场施工打眼时的出水压力，为防止钻机打孔时孔内水压冲击钻机和孔径较大致使涌水增大，排水有可能不及时，钻机平台搭设在距离工作面5m左右，平台使用Ⅰ25a工字钢，锚杆托板固定。详见平台图。6第六章工作面钻孔、深孔预注浆一、深孔预注浆施工一次段高为60m。二、钻孔钻孔钻机使用HD-100，钻孔深度为60m，当钻孔出水时应立即停止钻孔，提起钻杆，立即进行注浆。同时根据岩心判断裂隙的宽度，再确定注浆材料。待注浆完毕后达到了凝固强度后再接着打孔，如此反复设计深度。三、注浆泵注浆泵使用YSB-250/120四、注浆液的配制在2#井保温棚中设置一临时浆液配置实验室，主要工具有50mL量杯3个、50mL量桶2个、0.1m3塑料桶2个、天平称一个、秒表一只。注浆液选用单液浆，先稀后浓原则，根据现场实际情况调整：单液浆：水泥浆水灰比1：1，水泥15袋，水750L制成浆量1m3。双液浆：水玻璃密度为1.381L（40Bé）水泥浆与水玻璃体积比为1：1（水玻璃Bé模数2.6稀释而成）。骨料：使用煤灰加锯木粉。注浆凝胶时间要根据涌水、漏浆等情况综合考虑，灵活控制，但一般控制在2分钟到40分钟之间，其原则是既保证浆液有足够扩散半径和封水性能，又不致产生圈套浪费。其凝胶时间1´27，温度26°-50°。五、注浆终压和表压计算①注浆终压P0=(2～3)Hγ/10=2.5×172×0.113/10=4.9MP按照国外注浆经验，英国当涌水量在55～220m3/h之间，注浆压力取5.5～7.0MP，同时按井筒每增深1m，注浆压力增加0.025～0.045MP。②表压Ph=1.35×172×0.113/10=2.63MP7六、注浆施工1、施工准备注浆机具有：HD-100潜孔钻机、浆液搅拌机、止浆塞、混合器及输浆管路和相应的计量仪表。直接布置在平台上。注浆管采用无缝钢管（φ25mm）焊接开孔管（φ108mm）的端盖上，注浆管应有丝扣安装阀门。辅助体还有1.0m×1.2m高的圆形无盖铁桶3个用于盛清水，水泥浆和水玻璃。2、施工程序、方法工作面钻孔打眼，先打中心孔，再打其他钻孔，钻孔直径70mm。打孔时出现冒水时。起钻杆、关闭阀，准备注浆。注浆前先进行压水试验，若单孔进水量多，且压力难以升高，证明裂隙较大而且远，由此在配置注浆时应使用凝固时间短、浆液较浓的水泥浆或水泥-水玻璃浆；如果单孔进水量少，且压力很快升高，证明裂隙较小，尽量使用浓度较稀的浆液。而且远压力控制在6MP以内，实际操作时根据静水压力进行调整，按照静水压力的1.5倍操作。3、浆液选择根据钻机提起的岩心，判断裂隙的大小进行选择浆液。①裂缝宽小于0.5mm，采用单液浆或双液浆。②裂缝宽大于0.5mm，采用加骨料和单液浆或双液浆。③双液浆主要使用于单液浆扩散较远，无法凝固时方采用。七、施工人员的组织1、成立专业班组，由专人负责打钻、注浆等工作。2、钻眼深度和注浆量由监理现场签证。注浆系列人力配备表工种班人数负责项目总人数班长1施工3安全员1安全3技术员1技术28机修工1修理3电工1供电3注浆工6注浆、钻进18空压机工1供气3一次配料2井上供料4队长1协调、指挥1合计56八、施工进度安排1、安装管道和水泵10天；2、井筒排水和浇注止浆垫20天；3、搭设平台3天；4、井筒工作面打钻注浆40天。合计工期为73天。第七章注浆后井筒掘砌措施由于井筒暂时无水文地质资料，井筒在注浆后掘砌时应加强地质素描，以便对井筒掘砌采取预防措施，特别在遇到岩层发生变化或到破碎带时，如果在本次注浆后岩层仍处于破碎带中，则需采取预留岩冒，预留岩冒厚度一般为2～6m，即本次注浆后，掘砌深度达到50m～55m左右时，岩层仍然处于破碎带中，应采取超前地质钻孔以探测地层情况和水文地质情况，探孔布置以4～5个为宜，井筒中心