工作面采用綜合注漿快速通過(guò)石英砂巖含水層

工作面采用綜合注漿快速通過(guò)石英砂巖含水層一、工程概況***煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力8Mt/a,采用立井開拓，井田內(nèi)設(shè)計(jì)五個(gè)井筒，在建的井筒已揭露的質(zhì)資料表明，由于石英砂巖含水地層豎向微細(xì)裂隙發(fā)育，井筒基巖段雖采用了地面預(yù)注漿，但該地層的實(shí)際封水效果不太理想，副井井筒5層石英砂巖在井深400～469m段，總厚度40.9m，分布情況如下：受注地層情況一覽表表一層次位置層厚涌水量1400～411818.8m271．749（m3/h）2431.6～4336.75.1m3445.6～4449.64.0m4450.2～4556.86.6m5462.6～44696.4m副井井筒掘砌至井深404m時(shí)，工作面涌水量增大，實(shí)測(cè)井筒涌水量達(dá)49.16m3/h，為了順利通過(guò)該地層，與建設(shè)、監(jiān)理單位研究后，決定對(duì)該段進(jìn)行工作面綜合注漿，實(shí)踐表明：這此注漿封水達(dá)到了預(yù)期效果。二、注漿方案根據(jù)副井井筒地質(zhì)預(yù)想柱狀資料，結(jié)合附近矸石井井筒已揭露石英砂巖的水文地質(zhì)情況，確定工作面預(yù)注漿深度在400m～440m段，主要封堵第一、第二兩個(gè)含水層。下部440m～470m段三個(gè)含水層擬采取邊探、邊注、邊掘的方式，探水孔涌水量超過(guò)10m3/h時(shí)，利用巖帽加固后作止?jié){墊，對(duì)下部含水層進(jìn)行注漿封水。工作面設(shè)計(jì)注漿孔12個(gè)，布孔圈徑5m，沿周邊均勻布置，預(yù)埋φ219mm×8無(wú)縫鋼管作孔口管，為了盡可能多的穿透該段巖層豎向裂隙，以保證注漿封水效果，注漿孔設(shè)計(jì)成60o切向斜孔，徑向角控制在3o左右。三、止?jié){漿墊設(shè)計(jì)與施工鑒于副井井筒涌水量較大的實(shí)際情況，進(jìn)行工作面注漿施工必須先施工止?jié){墊。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)及施工地層的特性，經(jīng)計(jì)算，工作面注漿止?jié){墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：1、濾水層：用碎磚鋪成0.8m高濾水層，濾水層上部鋪一層整磚，最上面鋪一層風(fēng)筒布或兩層油氈。2、砼止?jié){墊：止?jié){墊設(shè)計(jì)3.5m厚，澆筑C40混凝土。要求混凝土止?jié){墊施工前，在井壁上先安設(shè)截水槽，將井壁淋水導(dǎo)入濾水桶內(nèi)，以保證砼止?jié){墊施工質(zhì)量。止?jié){墊須一次連續(xù)澆筑而成，并分層振搗，分層厚度不大于300mm。孔口管、濾水筒及與井壁、井邦相接觸部分作為砼振搗重點(diǎn)。止?jié){墊結(jié)構(gòu)見附圖1。3、濾水桶結(jié)構(gòu)在止水墊中間分設(shè)兩個(gè)濾水桶，濾水桶規(guī)格為φ600mm，長(zhǎng)5100mm。濾水桶下部800mm范圍設(shè)計(jì)成濾水花管，均勻布置φ20mm，的小孔，要求其過(guò)水面積與濾水桶截面積相當(dāng)。在濾水桶上壓蓋上，用8根δ20厚鋼板作為加強(qiáng)筋焊在濾水桶上，并在井下與濾水桶焊牢成一體。四、注漿參數(shù)設(shè)計(jì)1、注漿孔口管安裝及布置孔口管使用規(guī)格φ219無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)5.1m，注漿孔口管上部焊6孔高壓法蘭，厚度20mm；頂部開孔焊100mm長(zhǎng)1吋無(wú)縫鋼管，帶絲扣與1吋高壓球閥聯(lián)接。施工止?jié){墊時(shí)，12個(gè)孔口管直接預(yù)埋在止?jié){墊中，打完止?jié){墊后，加固止?jié){墊的同時(shí)對(duì)孔口管再進(jìn)行加固。施工過(guò)程中由于巖層裂隙溝通情況差，單液水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿對(duì)微細(xì)裂隙的穿透能力相對(duì)較弱，前期采用單液水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿，各孔注漿壓力已高達(dá)15Mpa，但普遍吸漿量較少，注漿效果不明顯。采用水泥漿很難解決該地層治水問題，為確保工作面注漿封水效果，在注入水泥漿之后，改用穿透巖層微細(xì)裂隙能力較強(qiáng)的化學(xué)漿液。考慮巖層裂隙溝通差，加上用水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿對(duì)原注漿孔出水地層已注過(guò)漿并已封孔，原注漿孔即使掃孔，再行注化學(xué)漿液不一定有多大效果，故此，我們?cè)谠卓诠苤虚g另行補(bǔ)打12個(gè)注漿孔，選用φ108×4.5無(wú)縫鋼管作孔口管，長(zhǎng)度為3000mm，在止?jié){墊上打孔固管。3、注漿壓力：注漿終壓控制在比靜水壓力高0.5～1Mpa。在注漿初期，剛開始注漿的幾個(gè)孔，由于注入量較大而漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)，注漿壓力要低一些，可在較低的壓力下結(jié)束注漿。一次注漿若達(dá)不到終壓，可考慮復(fù)注，直到達(dá)到本孔段的終壓。后期幾個(gè)孔因地層大部分裂縫已被充塞，因而注漿終壓根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)略有增加。注漿壓力是由低到高，逐漸達(dá)到終壓，其間壓力值有時(shí)會(huì)產(chǎn)生上下波動(dòng)，這是正常現(xiàn)象。由于本次受注地層豎向裂隙發(fā)育，裂隙相互不溝通，很大程度上影響封水效果，為保證一定的漿液注入量，注漿終壓可提高3～5MPa。注漿過(guò)程中控制注漿壓力在4～11Mpa范圍內(nèi)。4、注漿量：根據(jù)注漿帷幕厚度、注漿起止深度及地層的巖石裂隙率來(lái)計(jì)算漿液的注入量，由于地層高角度裂隙發(fā)育，橫向裂隙不溝通，可注性較差，難以控制注漿量，本次施工參照下式估算注漿量Q=AπR2HnB/m式中字母意如下：A–漿液消耗系數(shù)，一般取1.2～1.5；R–漿液有效擴(kuò)散半徑，一般取6～8mH–注漿段高N–巖層平均裂隙率，0.01～0.05B–漿液充填系數(shù)，0.9～0.95M–漿液結(jié)石率，為0.85～0.9Q=1.2π×62×36×0.01×0.95/0.9=51.57m3本此副井工作面繼采用水泥單液漿和水泥-水玻璃雙液漿注漿之后，改用化學(xué)注漿。進(jìn)行化學(xué)注漿過(guò)程中補(bǔ)打注漿孔14個(gè)，完成打鉆工程累計(jì)450米，歷時(shí)14天完成，鉆進(jìn)進(jìn)尺446米，共注入化學(xué)漿29.2m3.六、注漿方式與注漿方法1、注漿方式及段高確定采用下行分段壓入的注漿方式，即在給定的注漿壓力下鉆一段注一段，直至設(shè)計(jì)孔深，多次洗孔復(fù)注，相對(duì)注漿工期要長(zhǎng)一些。注漿段高原則上5～10m一段，要做到注一段保一段，注一孔保一孔，但出現(xiàn)下列情況時(shí)可改變注漿段高。1）鉆進(jìn)深度不到5m，鉆孔涌水量大于10m3/h時(shí)，應(yīng)停鉆注漿。2）鉆進(jìn)時(shí)鉆孔坍塌嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)停鉆注漿。3）經(jīng)過(guò)前期注漿，鉆孔基本無(wú)水又不塌孔時(shí)，可適當(dāng)加大注漿段高，但不宜大于10m。2、注漿方法采用通常使用的注漿終壓，注漿終壓為2～2.5倍靜水壓力時(shí)，受注地層的吸漿量仍然較小時(shí)，可提高注漿終壓2～3MPa，保證漿液注入量及注漿封水效果。另外，預(yù)處理注漿是增加漿液注入量行之有效的方法，當(dāng)提高注漿終壓對(duì)增加注入量效果不明顯時(shí)，可采用此方法。即在壓水試驗(yàn)后，向鉆孔壓入1.5－2.5m3濃度為25－30波美度的水玻璃，然后再壓入1－2m3清水，緊接著進(jìn)行單液水泥注漿。七、注漿材料注漿漿液以單液水泥漿為主，當(dāng)受注孔段含水層的吸水量小于200升/分時(shí)，使用單液水泥漿；當(dāng)受注孔段的吸水量大于200升/分時(shí)使用水泥－水玻璃雙液漿。在單孔注入量小于10m3時(shí)，考慮使用化學(xué)漿液。1、水泥、水泥-水玻璃漿液配比單液水泥漿：選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，摻入對(duì)水泥有速凝早強(qiáng)作用的三乙醇胺和食鹽，采用工業(yè)級(jí)三乙醇胺和加工鹽。配漿時(shí)先在攪拌池內(nèi)加入一定量的清水，在攪拌條件下加入水泥，最后加入三乙醇胺和加工鹽，再攪拌3-5分鐘，即可放入二次吸漿池內(nèi)用于注漿。單液水泥漿的配置及水灰比、比重和粘度對(duì)比資料分別見表2、表3。水灰比水量（升）水泥量漿液配制體積（米3）三乙醇胺食鹽袋數(shù)重量（Kg）重量比（％）用量（Kg）重量比（％）用量（公斤）0.8:116042000.2270.040.080.40.81:115031500.2000.040.060.40.61.25:1187.531500.2380.040.0750.50.751.5:115021000.1830.040.050.50.52:120021000.2330.040.050.50.53:11501500.1670.040.0250.50.25單液水泥漿配置表表2水泥漿的水灰比、比重和粘度表3水灰比比重粘度（秒）水灰比比重粘度（秒）0.6:11.73781.25:11.43200.7:11.65461.5:11.37190.8:11.60242:11.28181:11.51213:11.20172、化學(xué)漿液材料配比單液水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿主要對(duì)止?jié){墊、孔口管進(jìn)行加固，根據(jù)注漿壓力、注漿泵量來(lái)調(diào)整漿液的配比，漿液濃度宜由低到高，經(jīng)一段加固后再逐步調(diào)低濃度，以期達(dá)到預(yù)期封水加固效果，止?jié){墊孔口管、加固好后，再對(duì)石英砂巖根據(jù)注水泵量及其壓力變化情況確定進(jìn)行化學(xué)注漿?；瘜W(xué)漿液由甲、乙兩種漿液，其中甲液在地面配制，乙液在井下配制。甲、乙兩種漿液配比根據(jù)漿液注入量及注漿壓力變化情況進(jìn)行調(diào)整。甲、乙兩種漿液配方如下：甲液配方：脲醛樹脂250Kg丙烯酰胺25Kg雙丙烯酰胺1Kg過(guò)硫酸胺4Kg乙液配方：草酸10Kg添加劑1Kg水200Kg六、注漿控制1、壓水試驗(yàn)注漿前，通過(guò)壓水試驗(yàn)，了解受注地層裂隙發(fā)育情況、吸漿能力，檢查孔口管埋設(shè)質(zhì)量，決定漿液起始濃度及是否采取預(yù)處理措施等。壓水壓力由低到高直到終壓，根據(jù)壓水泵量和壓力高低，依此來(lái)判斷地層的裂隙大小、發(fā)育程度，確定采取漿液的種類及起始濃度大小。水泥注漿的起始濃度一般多以3：1－2：1開始，在注漿中視注漿壓力和泵量的變化情況，調(diào)節(jié)漿液濃度及化學(xué)漿液配比。2、注漿泵量的確定通過(guò)壓水試驗(yàn)觀察注漿孔吸水泵量，開始注漿時(shí)，適宜的注漿泵量為壓水壓水泵量和漿液起始濃度的關(guān)系表36MPa壓力下壓壓水泵量（ll/min）漿液及起始濃度（水水灰比）小于80應(yīng)用水玻璃預(yù)處理理或改用化學(xué)學(xué)漿液80－1503：1－2.5：1150－2002：1－1.5：1大于2001.5：1－1..25：1泵量的80％，高于或低于此值應(yīng)調(diào)整注漿泵量，以提高注漿效果，隨著每次注漿工作的進(jìn)行，注漿壓力逐漸上升，泵量逐漸減少，直至達(dá)到終壓終量，其間可能出現(xiàn)注漿壓力和泵量的波動(dòng)，主要是由于地層吸漿能力的變化所致，但注漿壓力總的趨勢(shì)為由低到高，泵量由大到小，逐漸達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。七、鉆孔機(jī)具注漿鉆孔在井下工作面進(jìn)行，工作面使用兩臺(tái)KB-100沖擊式潛孔鉆機(jī)鉆孔，沖擊鉆頭直徑φ75－φ90ｍｍ，鉆孔內(nèi)巖渣必須及時(shí)沖洗干凈。在工作面放一臺(tái)潛水電泵排水，以保證注漿工作正常進(jìn)行。八、制漿輸漿系統(tǒng)在地面井口附近搭建灰漿攪拌系統(tǒng)，井口安裝一臺(tái)LJ-200型攪拌桶制漿，漿液攪拌好后，利用溜灰管作輸漿管路向井下吊盤貯漿桶輸漿。九、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)有三個(gè)含義，依次分為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，全孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和全段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。每次注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是三量標(biāo)準(zhǔn)：注漿終壓，注漿泵量，孔段注入量。注漿壓力達(dá)到規(guī)定的注漿終壓，保持20－30分鐘。注漿泵量降低到小于40升/分，注入量允許偏大或偏小。每孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)用鉆孔吸水量來(lái)衡量，在鉆孔不塌孔不噴渣的條件下，用靜水壓力的1.5倍壓力做壓水試驗(yàn)，鉆孔吸水量小于1升/分.米孔時(shí)，認(rèn)為達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。全段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以注漿全部結(jié)束后，井筒工作面涌水量小于10m3/h，認(rèn)為達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，井筒可以開鑿。在裂隙含水巖層中，以最后一兩個(gè)注漿孔的最后一段鉆孔，在未注漿前的鉆孔涌水量來(lái)計(jì)算井筒涌水量。十、注漿效果的檢查為了保證注漿質(zhì)量，達(dá)到較好的注漿效果，從打鉆開始到注漿結(jié)束，對(duì)全過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)，都要嚴(yán)格控制，注漿結(jié)束后，要對(duì)注漿質(zhì)量和注漿效果進(jìn)行驗(yàn)收和檢查，檢查注漿效果，可采用以下幾種方法。1、放水檢查法以最后兩個(gè)注漿孔的鉆孔涌水量計(jì)算井筒開挖時(shí)的涌水量，來(lái)檢查注漿效果，計(jì)算結(jié)果不超過(guò)10m3/h時(shí)，認(rèn)為注漿效果符合要求，否則要復(fù)注或打補(bǔ)充孔，直到合格為止。2、原始記錄分析法通過(guò)放水法檢查合格后，還要對(duì)本次注漿的各個(gè)注漿孔的打鉆及事故處理情況，注漿時(shí)的注入量、注漿壓力、跑漿情況等記錄資料逐個(gè)進(jìn)行分析研究，判斷認(rèn)為全部合格后，結(jié)束工作面注漿開鑿井筒。若發(fā)現(xiàn)個(gè)別注漿孔的深度不夠，或鉆具掉在孔內(nèi)無(wú)法處理，注漿時(shí)個(gè)別孔沒有達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等，都要采取補(bǔ)孔或復(fù)注的辦法處理，直到符合要求為止。3、打孔檢查法不能準(zhǔn)確地判斷注漿效果時(shí)，采用在水流上方或注漿質(zhì)量差的部位打一、二個(gè)檢查孔的辦法，檢查注漿效果，根據(jù)檢查孔的涌水量，計(jì)算井筒開挖時(shí)的最大涌水量。十一、井筒快速施工的幾項(xiàng)措施1）石英砂巖地層由于巖石豎向裂隙發(fā)育，且?guī)r石堅(jiān)韌，放炮進(jìn)尺低，給施工打眼帶來(lái)很大困難，一方面打眼夾鉆桿，另一方面打完眼后，眼吹不出來(lái)，火藥裝不進(jìn)去。項(xiàng)目部技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況，采用多眼、淺眼原則，編制切合實(shí)際的爆破圖表，有效果和加快了施工正規(guī)循環(huán)。2、石英砂巖巖石破碎，清底施工難度大，加上排水設(shè)備維護(hù)量大，一定程度上治約了施工進(jìn)度，為了保證正規(guī)循環(huán)有序進(jìn)行，排水設(shè)備檢修盡量在出碴班進(jìn)行，抓巖機(jī)維修安排在打灰班進(jìn)行，使設(shè)備影響降低到最低限度。3、充分利用設(shè)備間歇，進(jìn)行設(shè)備檢修維護(hù)，機(jī)電設(shè)備包機(jī)制管理，責(zé)任具體到人。另外利用經(jīng)濟(jì)桿對(duì)機(jī)電影響定指標(biāo)，按實(shí)際影響時(shí)間長(zhǎng)、短進(jìn)行獎(jiǎng)懲，充分調(diào)動(dòng)職工的積極性和創(chuàng)造性，有效控制施工設(shè)備影響。4、掘砌施工實(shí)行小指標(biāo)，職工收入與進(jìn)尺、質(zhì)量掛鉤，實(shí)現(xiàn)多勞多得，與此同時(shí)，為加快施工進(jìn)度體現(xiàn)時(shí)間觀念，引入時(shí)間獎(jiǎng)懲機(jī)制。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)的班組給予獎(jiǎng)勵(lì)，提前完成按時(shí)間長(zhǎng)、短另行嘉獎(jiǎng)，反之給予相應(yīng)處罰。十二、結(jié)束語(yǔ)止水墊破除后，在井筒工作面實(shí)測(cè)涌水量10m3/h。=實(shí)踐證明\*Arabic實(shí)踐證明此漿液可注性好，具有在巖層中呈扇形和面狀擴(kuò)散的特點(diǎn)，與水泥漿液的線狀滲透不同，尤其適用于微細(xì)裂隙中注漿堵水。因此采用化學(xué)注漿雖然量少，但能取得非常顯著的封水效果。另外