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华能甘肃能源开发有限责任公司邵寨煤矿主井井筒工作面预注浆施工组织设计邵寨煤矿隶属于华能甘肃能源开发有限责任公司，由中煤国际工程集团武汉设计研究院设计,生产能力为1.80Mt/a。工广设主、副、风三个井筒，矿井采用立井开拓方式。邵寨煤矿主立井井筒主要技术特征详见下表。主立井井筒主要技术特征表序号项目主立井单位1井口坐标X3874700.000mY36484178.000m2井口标高+1294m3净直径φ5.5m4净断面23.8m25水平标高+440m6水平以下深度12m7井筒深度866m8井筒壁厚表土段500～750mm基岩段5009支护材料表土段钢筋砼基岩段素砼/钢筋砼工程于2011年3月18日开工，至2011年4月7日共计施工120.7米；后因甲方原因，工程于2011年4月7日至2011年8月20日被迫停工；2011年8月20日复工后，我单位积极组织，时至2011年12月1日共计完成336.7米。一、工程概况1、施工概况⑴、主井施工概况邵寨煤矿主井井筒共计施工完成336.7米，而根据施工揭露的地层结合井筒检查孔地质柱状图分析：目前已通过2个含水层。第一个为黄土层含水层。该含水层揭露后井筒涌水量实测3m3/h，通过停工期间的壁后注浆封堵，该含水层段井筒井壁淋水实测0.5m3/h；第二个为基岩风化带含水层。该含水层揭露后井筒涌水量实测7.2m3/h，通过壁后注浆封堵，该含水层段井筒井壁淋水实测1.2m3/h。⑵、副立井、回风立井施工概况副立井施工至440米。副立井在施工进入洛河组约井筒418米位置，工作面出水，随着井筒进一步延伸涌水量逐步加大，至440米时井筒涌水量约65m3/h。目前因井筒涌水量过大，井筒施工速度缓慢，接近不能施工。回风立井施工至440米。回风立井在施工进入洛河组约井筒410米位置，工作面出水，随着井筒进一步延伸涌水量逐步加大，至440米时井筒涌水量约30m3/h。目前因井筒涌水量过大，被迫停工进行壁后注浆。2、下部井筒地质及水文地质⑴、下部井筒地质①、白垩系下统志丹群环河华池组（K1zh）钻孔揭穿，揭露厚度116.29m。岩性为灰绿、紫红、黄灰色中细粒砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，呈互层状，上部少量裂隙充填灰白色石膏细脉。与下伏洛河组地层整合接触。②、白垩系下统志丹群洛河组（K1zl）钻孔揭穿，揭露厚度284.80m。岩性主要为棕红、暗红、紫红色细～粗粒砂岩，泥质胶结，胶结欠佳，较疏松，分选中等，发育大型直线型斜层理或水平层理。中夹紫红、灰绿色中—粗砾岩层和紫红色泥质粉砂岩薄层，层位稳定。与下伏宜君组整合接触。③、白垩系下统志丹群宜君组（K1zy）钻孔揭穿，揭露厚度3.09m。岩性主要为粗砾岩，中夹细砂岩薄层。砾石成分由浅灰、灰绿、粉红色石英岩、变质岩等砾石组成，砾石呈次棱角～次圆状，砾径一般3～5cm，填隙物为中粗粒石英颗粒和少量泥质。与下伏直罗组为角度不整合接触。④、侏罗系中统安定组（J2a）钻孔揭穿，揭露厚度52.65m。该组岩性为紫红色、灰褐色泥岩、砂质泥岩夹浅紫色、蓝灰色中粗粒砂岩、砂砾岩。中夹薄层中细粒砂岩和团块状泥岩，底部为浅灰色微绿的中粒砂岩。砂岩以长石石英砂岩为主，分选差，砂状结构，泥、钙质胶结；属干旱气候条件下的河流三角洲相为主的沉积产物。与下伏直罗组为整合接触。⑤、侏罗系中统直罗组（J2z）钻孔揭穿，揭露厚度66.82m。岩性以中细粒砂岩、砂质泥岩为主，夹灰绿、紫灰色泥岩。底部常为浅灰绿色中粗砂岩、含砾粗砂岩，上部泥质岩增多，其中夹紫灰、暗紫红色泥岩。砂岩胶结物以泥质、铁质为主，局部具交错层理，属干旱～半干旱环境下的河流相及河漫滩沼泽相沉积，与下伏延安组为平行不整合接触。⑥、侏罗系中统延安组（J2y）钻孔揭穿，揭露厚度28.19m。岩性主要为灰白色粗～细粒砂岩和灰、灰黑色粉砂岩、泥岩。其岩性特征是以河沼相砂岩、泥岩互层沉积为主，下部为灰黑色炭质泥岩、泥岩和本区主要可采煤层（煤8层）；中上部以中细砂岩为主，夹薄层粉砂质泥岩和薄煤2层（煤2、煤5层）。中细砂岩泥钙质胶结，含白云母碎片和黄铁矿结核。本组地层厚度及其变化与构造和沉积环境关系密切，受邵寨背斜影响，本区主要可采煤层（煤8层），在井检孔周边沉积缺失。本组地层与下伏富县组为平行不整合接触。⑦、侏罗系下统富县组（J1f）揭露厚度5.97m。岩性为泥质粉砂岩，灰色，含灰绿色斑块，具似鲕状结构，具少量垂直裂隙。与下伏延长群地层呈平行不整合接触。⑧、三叠系上统延长群（T3y）揭露厚度45.68m，岩性为砂质泥岩、泥岩、细粒砂岩，上部泥岩灰色，含灰绿色斑块，下面少量垂直裂隙。⑵、下部井筒水文地质①、下白垩系志丹群砂砾岩孔隙、裂隙承压水含水层该含水层包括洛河组、宜君组地层，岩性主要为紫红、棕红色中粗粒砂岩，局部夹薄层泥岩，中下部夹2～4中厚层状中粗砾岩层，胶结欠佳，较疏松，下部的宜君组为粗砾岩，填隙物为砂泥质，砾径一般3～8cm，含水性好。该含水层为煤8层的间接顶板充水含水层，具有厚度大，富水性强，水压大的特点，属强赋水含水层，对井筒的开凿有较大的影响。该含水层静水位标高为：+975.7米。②、中侏罗统直罗组、延安组砂岩孔隙、裂隙承压水含水层含水层由直罗组和延安组煤8层上部的中粗砂岩构成，为煤8层的直接充水含水层。该含水层段和隔水层呈互层状，是一个复合含水层，属弱富水岩层。抽水试验结果表明，该含水层为一具较高承压水头、但渗透性、富水性弱的孔隙、裂隙承压含水层，地下水渗透性和补给条件较差，对开凿井筒有一定影响。该含水层静水位标高为：+994.67米。⑶、下部井筒含水量预测①、白垩系含水层井筒涌水量预测根据井筒检查孔地质柱状图和水文地质资料分析预测白垩系含水层井筒涌水量见下表：参数井筒名称渗透系数K(m/d)降深Smax（m）井筒半径rw（m）进水段长度（m）预测矿井涌水量（m3/h）正常最大正常最大主井0.0083188.55372.192.5101.998.34②、侏罗系含水层井筒涌水量预测根据井筒检查孔地质柱状图和水文地质资料分析预测井筒侏罗系含水层涌水量见下表：参数井筒名称渗透系数K(m/d)降深Smax（m）含水层厚度M（m）井筒半径rw（m）影响半径R0（m）安全系数预测矿井涌水量（m3/h）正常最大主井0.005539.64.902.5383.41.89.2016.56根据井筒地质柱状图和地质资料显示主立井下部井筒含水层综合最大涌水量仅24.9m3/h，与副立井和回风立井现阶段实际揭露的单层含水层涌水量比都相差太大。结合主、副、风3个井筒间的距离、位置、上部井筒所揭露的土层、上部井筒所揭露的含水层位置及涌水量的相似性可以分析推断：主井下部井筒施工含水层涌水量将远远超过地质柱状图和地质资料所描述的涌水量。下部井筒要保证能正常施工，必须采取切实可行，行之有效的防治水施工方案，才能保证施工安全。二、治水方案对比选择本井筒下部含水层层数为2层。第一层：白垩系含水层，分布段高:井深406.66m-695.67m，全深289.01米；第二层：侏罗系含水层，分布段高695.67m-830.66m，全深134.99米。含水层分布特点:具有厚度大，富水性强，水压大的特点。防治水方案对比如下：1、普通法强行通过含水层，通过后进行壁后注浆该方法施工需具备条件：①、井筒直径大，吊盘能摆放高扬程、大排水量泵；②、含水层薄，涌水量不大，距地表近，井筒排水简单，同时水压较小；③、采用壁后引水封堵较容易。而现阶段我单位施工的邵寨煤矿主井井筒直径小，吊盘空间小，不能排放高扬程、大排水量泵；下部含水层水量大，水压随着深度增加而增大；另外井壁围岩强度较弱，在淋水条件下井壁质量难以保证。此法施工工期须受水文地质条件和施工作业条件的限制，一般月进度不超过30米；且淋水条件下井壁质量难以保证；如出现井筒涌水量突然加大，应变能力差，可能直接导致安全事故发生。故此法在此不宜采用。2、井筒工作面预注浆、壁后注浆相结合该方法是将井筒含水层划分为4-6个注浆段高，施工止浆垫，井下打钻、探水、注浆。根据井下探水大小，有针对性的对各含水层采取不同的注浆参数、不同的注浆材料进行调整注浆。地下水封堵后进行掘进。掘进过程中可能出现因为井筒放炮震动，井壁淋水加大，采取壁后注浆封堵，将井筒涌水量降至最低，总而保证施工安全、施工质量及施工进度的方法。即采用掘进与治水相结合的轮流作业方法。该法工艺简单，能缩短建井工期，能保证施工安全和井壁质量。我单位使用该方法施工在全国各地施工有比较成熟的经验。通过对本井筒地层特征分析，采用工作面预注浆法在此切实可行。三、井筒探水注浆方案根据《矿山井巷工程施工及验收规范》及《煤矿安全规程》中的有关规定，单层涌水量超过10m3/h以上的含水层，必须实行工作面预注浆法通过。通常在距离含水层10米左右停止掘进，采用人工砌筑砼止浆垫，预埋无缝钢管作为注浆孔口管，用MK-5型液压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40兆帕的无缝钢鞭管，将地面搅拌好的浆液（水泥浆或水泥-水玻璃或超细水泥浆或化学浆液）通过注浆孔压入到含水层裂隙中。四、注浆参数的确定1、探水注浆段高划分及注浆方式根据《煤矿安全规程》第31条第二款：“注浆段长度必须大于注浆含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层5～10m”的规定，确定本次注浆段高。各注浆段段高划分见下表。注浆段高划分表序号注浆段的划分(m)起始深度厚度1406-5101042510-6201103620-7251054725-835110备注：注浆段高为预计段高，如因施工钻孔、注浆过程中出现变化将及时调整注浆方式，全段高下行压入式注浆。钻进过程中，当钻孔涌水量大于10m3/h时，暂停钻进，先注浆封水，钻孔水量减少至10m3/h以下时恢复钻进至终孔。2、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，mL——井筒净直径，5.5mP——水头压力，kg/cm2，Kp——岩帽的抗张强度，kg/cm2，取8kg/cm2各段岩冒预留厚度见下表。个注浆段高岩冒预留厚度表序号注浆段高（m）岩冒起止深度（m）岩帽厚度（m）1104（406-510）395-406112110(510-620)498-510123105(620-725)607-620134110(725-835)711-72514预留岩帽的厚度应考虑止浆垫的下挖深度及孔口管预埋深度，所以预留岩帽厚度，应结合长钎探水决定。3、注浆孔布置为了使注浆孔尽可能多的穿过裂隙，设计采用径向切向角钻进。⑴、注浆孔的孔数按下式计算：N=π（D-2A）/L式中：D—井筒净径，5.5mA—注浆孔与井壁距离，为0.6mL—注浆孔间距，因含孔隙水及裂隙水，浆液扩撒具有各项异性，孔间距取0.7m。计算得N=20，中心取3个直孔封底，共取23个孔。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。详见附探水、注浆孔平面布置图。⑵、注浆角度①、径向倾角α=tg-1（S+A）/H式中：α—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荒径的距离，取3.6m，终孔间距2mA—注浆孔与井壁距离，为0.6mH—注浆段高②、切向角切向布孔的切线角取135°。各注浆段高注浆孔布置角度见下表。各注浆段高钻孔布置角度表序号注浆段高（m）径向角度（度）切向角度（度）1104（406-510）2.5°120°2110(510-620)2.5°120°3105(620-725)2.5°120°4110(725-835)2.5°120°⑶、注浆孔施工顺序注浆孔23个，1#孔布置在井中正北方向，顺时针编钻孔序号，钻孔均匀布置。20个注浆孔分两组交替施工，1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#、17#、19#孔为第一组，先行施工，封堵大的裂隙，第二组2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#、16#、18#、20#孔封堵细小裂隙，再施工3个中心孔，并兼作注浆质量检查孔。4、注浆终压确定注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动