山東魯能荷澤煤電開發有限責任公司郭屯礦井
主井井筒工作面預注漿施工措施
施工單位：中煤三建（集團）公司二十九處
編制時間：二〇〇六年七月五日
編制與審核
山東魯能荷澤煤電開發有限責任公司郭屯礦井
主井井筒工作面預注漿施工措施
一、工程概況
山東魯能荷澤煤電開發有限責任公司郭屯礦井設計生產能力240萬噸，採用立井開拓方式，主井位於**區工業廣場內，井口設計標高為+45m，井筒淨徑5.0m，全深862.0m，表土段595.
0m，風化帶深度587.4～623.5m，凍結深度702.
0m。凍結段採用雙層砼井壁支護，其中內壁分三次套壁施工，砼標號為c50～c70不等。主井井筒於2023年9月16日開始施工，目前已施工至井深684.
0m。二、主井筒基岩段水文地質特徵
主井筒基岩段共有7個含水層段：m1垂深634.20～655.
70m；m2垂深674.00～692.40m；m3垂深708.
30～714.30m；m4垂深734.00～755.
80m；m5垂深779.60～787.4m；m6垂深820.
80～826.80m；m7垂深853.50～857.
50m。其中m1、m2為風氧化帶裂隙含水層，岩性主要為灰色細砂岩及粗粒狀石英長石砂岩，鈣質及泥質膠結，垂向裂隙發育，區域性岩芯較破碎。檢3孔上簡易水文觀測水位22.
30～22.60m，孔深692.39m，沖洗液漏失量為6.
4m3/h。此段含水層段水量較大，井筒掘砌採用凍結法施工通過。
m3～m7含水層砂岩厚度49.32m，由淺灰色、灰色細粒砂岩，粉砂岩及雜色泥岩組成，790m以上細粒砂岩較發育，垂向裂隙發育，區域性岩芯較破碎。
總之，主井井筒基岩段水文地質條件極其複雜，含水層多，水量豐富且豎向裂隙發育，角度為60～90，湧水量多達980m3/h，雖經地面預注漿處理，但由於含水層埋藏深、水量大，難以完全保證注漿效果，而凍結段凍結有效深度在深702.0m，考慮井筒及注漿安全，現決定在井筒掘砌至684.0m時，鋪築止漿墊進行對m3含水層進行工作面預注漿，以保證井筒掘砌施工安全。
另外，待m3含水層注漿結束後，再決定m4～m7含水層的注漿方案。
三、注漿方案
井筒基岩段掘進施工要穿過m1～m7含水層，且目前含水層m2位於井筒凍結段內，掘進施工時還將揭露5個含水層，分別為m3～m7含水層，分布較深，豎向裂隙發育，為確保注漿效果，擬採用短段分層加密鑽孔注漿方案。第一段注漿設計在現有掘進制置684.0m，鋪築止漿墊，對m3含水層進行注漿施工，注漿段設計為684.
0～730.0m，段高為46.0m，鑽探注漿要求為先探後注，並且根據鑽孔揭露含水層情況進行注漿，然後再根據本段注漿情況決定下部含水層（m4～m7）的注漿方案。
本段高注漿設計布置10個注漿孔，注漿孔布置兩圈，第一道圈徑4.2m，沿徑向傾斜5，布置5個孔；第二道圈徑4.0m，沿切向傾斜3，布置5個孔，兩圈鑽孔交叉均勻布置。
另外注漿結束後，在井筒中心線的位置施工1個注漿檢查孔，預計鑽進工程量為506.0m。
澆築止漿墊前預埋孔口管，孔口管設計為φ108×6mm，下設深度要求6.0m。
四、注漿引數
1、注漿壓力
根據檢3孔資料顯示，本次m3含水層的底板標高為-714.30m，因此推算本次揭露含水層的靜水壓力為7.0mpa，根據鑽探注漿操作規程和以往注漿經驗，注漿終壓及止漿墊、孔口管的清水試驗壓力均為靜水壓力的2.
0倍，考慮以往水文地質資料和現有施工條件，決定本次注漿終壓及止漿墊耐壓試驗壓力取14.0mpa，注漿施工時，可視具體情況酌情調整。
2、漿液材料選擇及現場漿液配製
本次注漿選用單液水泥漿為主，但遇漿液消耗量特別大時，為控制擴散範圍或者加快砼凝固時間，可考慮加入速凝劑，或水泥、水玻璃雙液漿，水泥選用新鮮42.5r矽酸鹽水泥，每袋重量為50kg；水玻璃選用模數為2-3，be=20-40be。
單液水泥漿水灰比選用3：1、2：1、1.
75：1、1.5：
1、1.25：1、1：
1共6個級配（單液水泥漿現場配製表祥見下表）。注漿時，視壓水吸水量確定起始濃度，注漿漿液調配原則為先稀後濃再稀。若遇可注性較差情況，每次注漿前可考慮注入1～2m3水玻璃對鑽孔裂隙進行潤滑處理，以提高可註性，並增加注漿效果。
若止漿墊和孔口套管耐壓試驗出現漏漿現象，即可加入雙液漿，雙液漿與單液水泥漿的配比為1：1。
速凝劑選用現有的三乙醇銨和氯化鈉復合速凝早強劑，其用量分別是水泥漿液量的0.05%和0.5%。
單液水泥漿現場配製表
3、注漿孔數及布孔方式
本次注漿共布置11個鑽孔，沿井筒周圈布置兩圈共10個注漿孔，井筒中間布置1個檢查孔。採用φ75mmpdc復合片鑽頭或φ75mm潛孔衝擊器成孔。
鑽探注漿順序為對稱開孔注漿，先外後內，切忌亂鑽不注。
由於注漿段豎向裂隙較發育，井筒周圈孔，外圈鑽孔沿徑向傾斜5，外圈注漿孔距離井幫為400mm，內圈注漿孔沿切向傾斜3 ，距離井幫為600mm，兩圈鑽孔交叉布置。（詳見鑽孔平面布置圖）。
4、幫浦量和注漿量估算
（1）幫浦量：一般情況下可根據壓水試驗結果確定幫浦量，在壓力相同情況下，初期幫浦量為壓水幫浦量的80%左右為正常，以後隨著幫浦液注入量的不斷增加，壓力漸公升，幫浦量逐減，直至結束為止。
（2）注漿量估算
利用公式計算如下：
q=λπr2hηβ/m
=1.3×3.14×62×46×0.02×0.8/0.80
=135.20m3;
式中：q-注入量m3;
λ-注液損失係數取1.3
r-漿液擴散半徑 r=6m
h-注漿段高 h=46m
η-岩層裂隙率% η=2%
β-注漿有效充填係數 β=80%
m-結石率 m=0.80
按水灰比1：1折算，本注漿段水泥用量約為101.40噸。
5、注漿結束標準
本次工作面預注漿結束標準為實際漿液注入量大於或接近設計計算的注漿量，注漿壓力呈規律性增加並達到終壓，鑽孔基本不吸漿或吸漿量≤20l/min，維持終壓終量30min即可結束注漿。
五、止漿墊設計
本次注漿選用單液平底形混凝土止漿墊。
利用公式計算如下：
式中：b--止漿墊厚度 m
p0--注漿終壓 p=14mpa=140kg/cm2
r--井筒荒半徑 r=2.5+1.75=4.25m
a]--混凝土允許抗壓強度kg/cm2
a]=r/k=500×2/3/2=167(kg/cm2)
k--安全係數。 k=2
砼墊用c50混凝土砌旋，止漿墊厚度取5m,
六、孔口管結構及安設
選用φ108×6mm無縫鋼管，上焊高壓法蘭，做鑽探注漿孔口管用。要求孔口管埋設長度為6m，上端高出止漿墊1.0m；預埋部分管壁外用16#螺紋鋼筋纏繞並焊牢（詳見鑽孔結構示意圖）。
在澆築止漿墊前，孔口管按設計孔位固定牢靠。
孔口管安設：在預製砼前，由專業技術人員按照設計要求標定各鑽孔傾角、方位角，然後由施工人員採用繩索或相互連線等方法將孔口管固定並預埋，要求預埋孔口管管壁密實牢固。待止漿墊凝固後，用鑽機對各個鑽孔掃孔，掃孔孔深6.
5m，然後連通注漿裝置，向孔內注入清水，對孔口管埋設進行清水耐壓試驗，試驗要求：耐壓14.0mpa，穩定30min，鑽孔進水量小於20l/min，孔口管不活動、孔口周圍不漏水為固管合格。
七、止漿墊的澆築施工與加固
按照上述公式計算，本段注漿設計止漿墊厚度為5m，採用c50砼，澆築砼時，要保持連續不得中斷，工作面要分片用震搗捧震搗，同時應防止孔口管位移或偏斜，且在止漿墊上部幫浦位附近預留乙個0.5m3的水窩，以便注漿施工時排水。
止漿墊加固：止漿墊澆築凝固後，必須對其進行承壓試驗，具體方法為，用鑽機將預埋鑽孔孔口管掃孔6.5m，進行清水耐壓試驗，試驗壓力為14.
0mpa，若試壓不合格，出現漏水和從其它地點滲水等情況，要求進行注漿加固，注漿時可採用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿的水灰比為1:1，單液水泥漿與水玻璃的配比為1:1，注漿時可適當減小幫浦量，待漏水及滲水點不出漿時，再加壓注漿，並達到注漿結束標準。
待全部加固完畢並凝固後，再次進行清水耐壓試驗，直至止漿墊承壓合格。
八、打鑽注漿前的準備工作
1、排水系統形成
打鑽注漿前應形成不低於50m3/h的排水能力。井筒安裝一趟φ108mm無縫鋼管作為排水管路，吊盤上安設一台dc50-80×10型高揚程離心式水幫浦及水箱，工作面放置多台潛水幫浦。
利用工作面潛水幫浦將工作面湧水排至吊盤水箱，然後由dc50-80×10型幫浦將水箱中的水通過供水管路排至地面。
井口外備用一台dc50-80×10型高揚程離心式水幫浦，要保證裝置完好，隨時投入使用。
2、輸漿管路的安裝
利用傘鑽繩捆紮兩路φ25mm高壓膠管，從地面輸送漿液到工作面作為輸漿管路，高壓膠管的耐壓強度不少於16mpa。
3、井下操作平台的搭設
利用井筒懸掛第四層吊盤作為打鑽工作平台。在井壁的四個方位打入四根鐵道鍥，將四層吊盤固定在鐵道鍥上。工作台固定要牢固穩定。
4、攪拌站設定
在地面井口房一側設定攪拌站，同時在地面挖三個池，分別存放配製的水泥漿液，水玻璃漿液和清水池。池旁邊布置注漿幫浦。
九、施工裝置及器具
本次工作面預注漿採用xy-2b型液壓鑽機一台，sgzx-3型鑽機一台，鑽具採用φ50×6mm的地質鑽桿，φ75mmpdc復合片鑽頭或φ75mm潛孔衝擊器。注漿幫浦採用hfv-c型雙液注漿幫浦二台，一台工作，一台備用，攪拌採用自製1m3的攪拌桶。
十、鑽進施工
1、鑽孔施工順序為對稱開孔，先外後內。
2、工作台與鑽機安裝要牢靠平整，禁止彎曲鑽桿下井，提高對中度，過硬岩時，不應加壓過量。
3、帶閥清水鑽進，地面連續供水，一旦水量變小或中斷應立即停鑽或提鑽，檢查原因，恢復正常供水後，再繼續鑽進。
4、無芯鑽過，分層測水，砂岩較硬時，可在砂岩段採用取芯鑽進。
5、定時檢查鑽具，發現不合格者應及時更換、加壓、鑽速適當。
6、為防掉物入孔，鑽進時孔口鑽桿套厚皮膠板。
7、鑽頭加工要規格，出刃一致，焊結實，使用前嚴格檢查。
8、每孔終孔停鑽後，應加大水量沖孔，沖孔時間一般為30分鐘左右，直到孔內巖粉基本排除為止。
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