寧夏寶豐能源集團****紅四煤礦
主井井筒工作面預注漿工程施工安全技術措施
編制：審核：
編制單位：中煤三建二十九工程處
編制日期：2023年5月4日
紅四煤礦主井井筒工作面預注漿工程施工安全技術措施
第一章工程概況
一、井筒概況
紅四煤礦由寧夏寶豐能源集團****投資興建，煤炭工業部合肥設計研究院設計，設計生產能力2.4mt/a，採用立井開拓方式，工業廣場布置主、副、風三個井筒。
紅四煤礦主井井筒工程由我單位承建施工，井筒淨徑5.5m，全深962m。井筒凍結深度為0~645m，其中基岩段凍結深度為176m，採用凍結法施工；井深645～962m為非凍結基岩段，採用普通法施工。
目前井筒已施工井深829.0m。
二、水文地質情況
根據《紅四煤礦主井井筒檢查孔地質報告》提供的相關資料，主井井筒凍結段以下的基岩地層中有6個含水層依次分別為：
第一層：704.9～721.6m，含礫粗砂岩，預計湧水量為5～10m3/h；
第二層：747.9～792.3m，粗粒砂岩，預計湧水量為10～15 m3/h；
第三層：829.7～841.9m，粗粒砂岩，預計湧水量為5～10 m3/h；
第四層：863.9～871.7m，粗粒砂岩，預計湧水量為5～10m3/h；
第五層：904.6～929.9m，中粗粒砂岩，預計湧水量為5～10 m3/h；
第六層：941.9～947.6m，粗粒砂岩，預計湧水量為15～20 m3/h。
預計6個含水層總湧水量約為45～75 m3/h。各含水層岩性以粗粒砂岩為主，出水型別屬於微裂縫~孔隙水。
三、相鄰井筒水文地質情況
從風井和副井井筒掘進施工情況看，實際揭露的第1～3個含水層湧水量較小，均小於預計湧水量。
風井井筒掘進到846m時，發現超前探水鑽孔中湧水量和孔內出水壓力出現了異常，停止掘進後，澆築止漿墊並進行工作面預注漿。根據工作面預注漿鑽孔情況，揭露井深 846m以下各含水層中探水鑽孔的湧水量分別為：井深856～866m，湧水量為30～45 m3/h；井深880～890m，湧水量為20～50 m3/h； 井深900～916m鑽孔，湧水量為15～30 m3/h； 942m以下段尚未完全揭露，無法進一步**，以上各含水層實際湧水量均大於井筒預計湧水量。
根據風井各鑽孔的湧水量、孔內湧水壓力以及注漿過程中的各項引數表明，井深 846m以下含水層以孔隙水為主，裂縫-微裂縫並存，含水層富水性較強，水源補給較充分。
四、編制依據
（1）《煤礦安全規程》
（2）《煤礦防治水規定》
（3）《紅四煤礦主井井筒井壁結構示意圖》
（4）《紅四煤礦主井井筒預想地質柱狀圖》
（5）《紅四煤礦主井井筒井檢孔報告》
第二章施工方案
目前主井井筒已施工829.0m，該位置處在第三含水層中，地層由粗粒砂岩構成，且出現湧水，水量約10.0 m3/h左右。
根據主井井筒水文地質的賦存狀況及施工進展情況，結合相鄰井筒注漿情況，制定施工方案如下：
1、主井井筒工作面預注漿採用短段高、以單一含水層為段高的施工原則，第一段高從843.0m處開始較合適。
2、預注漿鑽孔在井筒內採用雙圈布置，孔間距不大於1.2m，外圈鑽孔距井壁不大於0.5m，內外圈鑽孔間距不大於0.
8m，均勻交叉呈三角形布置，鑽孔達到設計深度時，確保外圈鑽孔終孔位置至井筒外1.5~2.0m。
所有外圈鑽孔都要按徑向、切向角布置，內圈鑽孔都要按照徑向布置，檢查孔立孔施工。
3、設計止漿墊採用平底型止漿墊，每段施工時要計算厚度，井壁強度以及是否滿足注漿壓力的需要。若井筒內湧水量較大，澆築止漿墊時要留設濾水層、濾水桶以及做好排水工作，確保止漿墊的質量。止漿墊澆築完成達到強度後要及時對止漿墊及止漿墊以上10.
0m井壁壁後進行注漿加固。
4、考慮預注漿段地層以孔隙水為主，裂縫-微裂縫並存，地層富水性較強，水源補給較充分的特徵，設計本次注漿材料採用化學漿為主，超細水泥為輔，注漿壓力取靜水壓力的2.5倍。
第三章注漿設計
一、注漿段高的確定
根據工程施工方案，本次工作面預注漿採用短段高、以單一含水層為段高的施工原則，結合《紅四煤礦主井井筒檢查孔地質報告》提供的相關資料，主井井筒凍結段以下基岩地層中6個含水層已經揭露3個，目前迎頭施工即將穿過第3個含水層。參照主井井筒預想地質剖面圖，井筒凍結基岩段下主要湧水層位為第4～6個含水層，岩性以中、粗粒砂岩為主，是強富水性含水層，也是本次井筒注漿防治水工作的重點含水層。擬對井筒第4～6含水層分3段進行注漿，段高劃分如下：
二、注漿孔布置及孔口管埋設
根據主井下部三個含水層的賦存特徵，注漿時漿液擴散半徑小的情況，設計預注漿鑽孔在井筒內採用雙圈布置，孔間距不大於1.2m，外圈鑽孔距井壁不大於0.5m，內外圈鑽孔間距不大於0.
8m，均勻交叉呈三角形布置，達到設計深度時，確保外圈鑽孔終孔位置至井筒外1.5~2.0m。
所有外圈鑽孔都要按徑向、切向角布置，內圈鑽孔都要按照徑向布置，檢查孔立孔施工。（詳見鑽孔布置平、剖面圖）。
1、段高佈孔技術引數
按照方案要求，各段高佈孔引數設計如下：
每段預注漿鑽孔在進行澆築止漿墊前預埋孔口管，孔口管規格設計為φ108×6×6000mm，上端焊4寸高壓法蘭盤。埋設時，要根據每個鑽孔設計角度對孔口管進行固定，確保澆築止漿墊時孔口管不晃動。澆築時，孔口管壁外混凝土要搗勻、搗實，保證孔口管埋設牢固，若孔口管出現位移，要及時進行糾偏。
澆築的混凝土達到強度後必須對預埋孔口管進行耐壓試驗，試驗壓力不小於注漿壓力。
2、煤倉上口進風聯絡巷探水鑽孔
待第一段高預注漿鑽孔施工完畢後，向硐室方向各施工1個探水鑽孔，鑽孔徑向20°，孔深17.1m，確保施工的探查鑽孔鑽進至巷道內4~5m，終孔穿過巷道底板2.0m。
孔口管埋設：設計開孔孔徑φ127mm，鑽進6.5m後將孔內巖粉衝撈乾淨，向孔內下設108×6×2000mm孔口管3節，共計6.
0m，孔口管外露0.2m，孔口外壁周圍與孔壁之間用樹脂錨固劑搗實封閉，封閉長度不得小於0.5m，同時預埋導氣鐵管，導氣鐵管上加小閘閥。
待孔口封閉凝固後，裝上悶蓋向孔內注入水灰比為1:1的單液水泥漿，待導氣鐵管冒漿後，關閉導氣管小閘閥，繼續注漿，壓力公升至5.0mpa時停注。
如孔口周圍及迎頭岩縫溢漿時，則進行間歇注漿，待注入孔內的水泥漿凝固後，用ф73mm鑽頭掃孔至孔底，並進行清水耐壓試驗，試驗壓力不小於10.0mpa。耐壓試驗合格後換徑ф73mm無芯鑽頭鑽進至終孔。
三、注漿壓力
注漿壓力是驅動漿液在裂隙中流動、擴散、充塞壓實的能量，是控制漿液距離的重要因素之一。考慮該段地層以孔隙水為主，裂縫-微裂縫並存，注漿時對注漿壓力要求高，根據以往工作面預注漿經驗，並考慮注漿壓力對井壁的影響，確保施工和井筒安全，設計注漿終壓取靜水壓力的2.5倍，按每百公尺計算注漿終壓如下表，但實際施工時每段鑽孔都要實測鑽孔靜水壓力，並根據靜水壓力計算該段鑽孔注漿終壓。
四、止漿墊設計
本次施工採用平底型止漿墊，預留粉砂岩或已注過漿的巖段作為巖冒，與混凝土止漿墊共同構成承壓部分，預留巖冒長度10~15m。若井筒內湧水量較大，澆築止漿墊時要留設濾水層，濾水層厚度根據井筒內湧水量確定，若水量大於20m3/h，濾水層厚度不小於1m，並做好濾水桶及排水工作，確保止漿墊的質量。止漿墊澆築完成達到強度後要及時對止漿墊及止漿墊以上10.
0m井壁壁後進行注漿加固。
砼止漿墊設計：本次封底注漿止漿墊設計為平底形混凝土止漿墊，混凝土的強度選用標號c50混凝土。
利用公式計算如下：
式中：b--止漿墊厚度 m
p0--注漿終壓
第一段注漿壓力設計21.67 mpa，p0=216.7（kg/cm2）
第二段注漿壓力設計22.93mpa，p0=229.3（kg/cm2）
第三段注漿壓力設計23.65mpa，p0=236.5（kg/cm2）
r--井筒淨半徑 r=2.75m
[δ]--混凝土允許抗壓強度kg/cm2
[δ]= r/k=（2/3×500）÷2=166.7 (kg/cm2)，強度取28d的三分之二。k為安全係數，取2。
r--混凝土的極限抗壓強度，砼墊用c50混凝土。
經計算，第一段高止漿墊厚度為4.40m，第二段高止漿墊厚度為4.61m，第三段高止漿墊厚度為4.
73m，為確保注漿效果和施工安全，以及止漿墊的承壓強度，本次預注漿3個段高止漿墊厚度設計為5.0m。
考慮工作面預注漿時井壁的強度是否能滿足注漿終壓的要求，因此計算井壁承壓採用公式為
封底注漿井壁承壓經計算為70.92、75.04、77.
40mpa，該段井壁理論承壓計算為=井壁混凝土強度÷2（取混凝土強度的一半）=25.0mpa，井壁強度不能滿足注漿終壓要求。
井壁強度不能滿足注漿終壓要求，採用如下辦法阻斷注漿漿液對井壁的受力。
（1）更換井壁混凝土強度。
（2）每段止漿墊位置掘進時，把荒半徑擴大0.5m，通過澆築止漿墊阻止漿液擴散。
（3）止漿墊澆築養護達到強度後對止漿墊以上10.0m井壁進行壁後加固注漿，然後再對止漿墊進行耐壓試驗。
五、注漿材料選擇
考慮該段地層以孔隙水為主，裂縫-微裂縫並存，漿液擴散半徑小，結合以往注漿施工經驗和相鄰井筒注漿情況，設計本次注漿材料選用化學漿液和超細水泥進行施工，以化學漿為主，超細水泥為輔。
1、化學漿液採用改型脲醛樹脂和草酸溶液配製。使用時先將乙料與水配成2%~10%的溶液，稱乙液，乙液的配比可視現場以及地質情況進行調整，在注漿管近端用混合器將甲液和乙液按100:1.
5~5的比例混合，即時注漿。另注意乙液的配製和甲乙料的混合均要求均勻，按上述比例混合後的漿料在30min~8min內凝結，但是不同的環境溫度會有所影響。漿液凝固時間統計表如下：
改型脲醛樹脂粉是一種尿素甲醛改性聚合物，它加入了防菌、韌性好的新型新增劑，經脫水乾燥而製成白色粉末。由於它的低分子縮聚物能溶於水，因而流動性好、使用簡單方便。貯存時應注意溫度和ph值的變化，溫度一般在15~25℃為宜。
隨著溫度公升高，縮合速度加快，粘度增長加快。但溫度較低時，分子運動速度變慢，表觀粘度增大，有時會影響膠液的輸送。另外脲醛樹脂膠的水溶性隨著溫度降低而減小，溫度過低時水溶性較差的膠種有可能會沉澱析出。
ph值：一般在7.5~8.
5為宜。應定期檢查膠料的ph值，如果發現ph值較低，應採取措施及時調整到規定的範圍。
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