CN102011591A - 深井工作面注浆工艺 - Google Patents

Abstract

一种深井工作面注浆工艺，包括造孔和注浆工艺，其特征在于所述深井工作面注浆工艺包括：首先，在止浆垫掘进段高达到要求后，用伞钻对下部岩层进行钻孔探水；其次，在止浆垫掘进段设置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭设钻井平台；再者，埋设孔口管、滤水桶和滤水层，浇筑混凝土；最后，在止浆垫上打出泻压孔，进行钻孔和注浆作业。该深井工作面注浆工艺的施工合理，能够具有普适性，其能够提高深立井工作面预注浆工作的工作效率，确保井筒防水施工的顺利落底，注浆工期短，施工成本低。

Description

深井工作面注浆工艺

技术领域

本发明属于矿井的开采时深井工作面的注浆防渗水技术，具体地涉及一种深井工作面注浆工艺。

背景技术

随着矿山地下工程开采规模的扩大，越来越多的工程常常遇到裂隙含水层、砂岩孔隙水、灰岩溶洞水、断层破碎带水、岩溶陷落柱水等复杂地层，这些地层往往水源丰富，涌水量大，可能引起突水、坍塌、冒落等事故，甚至造成淹井和人员伤亡等安全事故。地层注浆堵水施工技术，是治理这些复杂地层消除可能发生或已经发生水害的有效技术方法之一。

地层注浆堵水技术具有设备和工艺简便、灵活和适用范围广等优点，已成为地下工程建设不可缺少的卓有成效的技术之一。但由于地下条件复杂多变，注浆治水又是隐蔽工程，施工中往往由于理论和经验不足，带有盲目性和随意性，致使有些注浆工程尤其是深(600m以深)立井工作面预注浆，花了很大代价，但未达到预期效果，因此，在地层注浆施工中，要不断认真总结经验，努力提高科学性，减少盲目性，最终达到预期效果。就深立井施工而言，如何采用科学的方法解决深立井工作面预注浆问题，是施工中的技术重点和难点。借鉴已有的成熟的浅立井工作面预注浆施工经验，结合深立井地质特点，采用科学的方法，最终解决深立井井筒工作面预注浆施工难题，则可以大大提高立井施工速度，将带来十分显著的经济和社会效益，同时也是对立井工作面预注浆施工技术一个重要补充。

工作面预注浆是立井井筒防治水的一种常用方法，该方法工艺成熟，可靠性也较高，几十年来在我国的众多立井井筒防治水施工中得到了成功应用。但是，在这之前的多数立井工作面预注浆的成功实例，其所对应的多为浅井注浆，即多为600米以内的深度。近几年，随着立井井筒深度的增加，越来越多的深部工作面预注浆任务摆在了我们面前，对于深井注浆(600米以深)工程而言，我们使用原来的注浆技术，遇到了很多难题：因为含水层埋藏深，水压和地压大，对钻、注机具、管路抗压性和注浆压力等都有更高的要求，深井注浆技术有很多问题没能解决，导致这两年国内深井注浆工程失败的例子较多，这充分说明了深井注浆与浅井注浆有很大的差别。针对深井注浆工程，探讨和寻求与以往不同的注浆方案，解决存在的问题，必将给深立井施工带来重大的技术进步。

发明内容

本发明提供了一种施工合理，能够具有普适性的深井工作面注浆工艺，其能够提高深立井工作面预注浆工作的工作效率，确保井筒防水施工的顺利落底，注浆工期短，施工成本低。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深井工作面注浆工艺，包括造孔和注浆工艺，其特征在于所述深井工作面注浆工艺包括：

首先，在止浆垫掘进段高达到要求后，用伞钻对下部岩层进行钻孔探水；

其次，在止浆垫掘进段设置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭设钻井平台；

再者，埋设孔口管、滤水桶和滤水层，浇筑混凝土；

最后，在止浆垫上打出泻压孔，进行钻孔和注浆作业。

具体的讲，所述深井工作面注浆工艺进一步包括：

钻机固定设置在砌壁大模板上；在滤水桶和滤水层外浇筑混凝土后，对止浆垫上部的井壁进行壁后注浆加固。

在一实施例中，所述钻机采用液压钻机，所述注浆采用注浆机进行，该注浆机的注浆终压为注浆机表压力和注浆浆液柱压力之和的三分之二。

在另一具体实施方式中，所述注浆所采用的浆液采用搅拌机设置一二级搅拌站方式，深井的井筒内设置的注浆管路为无缝钢管。

又一具体实施方式中，所述在止浆垫上开设多个钻孔，间隔按单双号分布进行钻孔的注浆。

一具体实施方式中，对地层孔隙水进行封堵的注浆采用改性尿醛树脂浆液，该改性尿醛树脂浆液包括甲液和乙液，其中甲液为尿醛树脂、双氮丙稀酰胺和丙稀酰胺，所述乙液为水、草酸、过硫酸胺的配制液。

深井工作面注浆工艺结合煤矿实际施工中工作面预注浆的经验和教训，对注浆设计重新进行优化，重点解决深立井工作面预注浆出现的一系列问题。对于基岩段裂隙、孔隙水地层，可采取工作面预注浆的方法，首先对含水层进行分析，确定注浆段高，然后对注浆孔布置、止浆垫及注浆参数进行设计，对注浆工艺进行不断改进。在工作面造孔，通过地面注浆系统，利用井筒内吊挂的注浆管路，将在地面搅拌好的浆液注入地层，最终达到堵水目的。实现了100％的堵水率。

本发明的有益效果在于，该深井工作面注浆工艺的施工合理，能够具有普适性，其能够提高深立井工作面预注浆工作的工作效率，确保井筒防水施工的顺利落底，注浆工期短，施工成本低。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

利用该深井工作面注浆工艺对郓城煤矿主井进行井筒注浆施工，具体工艺如下：

对煤矿主井检查钻孔地质及水文地质情况如下：

该井筒穿过的地层有第四系、上第三系、二叠系上石盒组。表土段深度534.30m，二叠系上石盒组(534.30～976.48m未穿透)厚442.18m，主要由杂色粉砂岩、泥岩及灰色细砂岩、灰白～浅绿灰中砂岩、粗砂岩组成，上部受风化，岩石带黄褐色，裂隙较发育，多被充填方解石，地层倾角4°～6°，检查钻孔未发现断层破碎带和溶洞。基岩段主要含水层为上石盒子组砂岩含水层，是以孔隙为主的含水层，埋深为742.71～867.37m，含水层厚53.07m，含粗砂岩、中砂岩、细砂岩8层，泥质胶结，硬度中等，局部发育孔隙及裂隙。根据流量测井把上石盒子组砂岩含水层分成三个含水段，冻结段以下的砂岩含水层无抽水资料，可能含水。

根据检查孔地质柱状及地质成果分析，将基岩段共分成5个注浆段高。第一注浆段实施过程如下：

(1)施工概况

郓城煤矿主井井筒于2007年6月1日冻结段施工结束，成井576.2m，并于6月2～10日完成下落吊盘、延接管路和井筒内壁验收等工作，于6月11日按照甲方、监理、施工单位共同协商的施工方案，确定在下段井筒施工前对基岩段进行长段探水(注浆)工作，此次探水(注浆)作业是为探明基岩段含水层位置及涌水量大小、预防井筒基岩段掘砌时造成突水淹井事故。

根据检查孔地质报告，此段无涌水量资料，由于基岩段裂隙发育有不均匀性，因此，此段裂隙水实际涌水量难以确定，根据“有疑必探，先探后掘”的施工原则，决定对576.2～651.2m段的基岩进行探水、注浆施工。

首先，进行止浆岩帽注浆加固，岩帽起止深度576.2～586.2m，段高10m；注浆孔布置圈径φ5m，共均匀布置8个注浆孔；注浆孔采用风动凿岩机打眼，钻头直径φ42mm，注浆孔内安装直径1.2寸、长度1.0m缠有麻丝的无缝钢管作为注浆管，注浆管上端安装D32高压球阀，采用电动注浆机在工作面注浆加固岩帽。岩帽加固采用0.5∶1单液水泥浆，共注浆33m³，水泥用量39.6T，终量50L/min，终压5MPa。

其次，注浆钻孔施工中，探水及注浆钻孔采用2台MZ120-II型潜孔钻机进行施工，配φ60mm钻杆、DHD3.5冲击器、φ90mm钻头，用清水作循环液，后采用MK-3型全液压坑道钻机2台、配φ50mm钻杆、φ75mm钻头。打钻前，在φ108mm孔口管上安设φ108mm高压球阀，防止钻孔时含水层突水造成淹井事故。将8个注浆孔基本均匀布置，最大开孔间距3.5m，最小开孔间距3.3m。注浆孔分两组施工，先施工7^#、6^#、8^#、4^#孔，后施工2^#、5^#、3^#、1^#孔。施工过程中，除6^#孔钻进至44m因水量较大(钻孔涌水量42.7m³/h)停钻注浆外，其余钻孔均因水量较小采用一次钻进到终孔全段高方式注浆。

注浆站布置在井口附近，站内安装2台XPR-90E/XPB-90C型高压注浆泵，其中一台备用，并设置清水池、水泥浆搅拌系统。该注浆站利用JS1500型搅拌机作为一级搅拌池，在地面紧邻一级搅拌系统旁砌筑3m³的二级搅拌池，采用普通φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池。上料利用现有散装水泥罐直接上料。利用井筒内的供水管(φ50×6.0mm无缝钢管)作输浆管路。输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″高压胶管连接。注浆设备及管路安装完毕后进行试运转，注浆系统能满足最大注浆压力和流量的要求。经试运转及耐压试验，符合要求。

注浆孔钻进到既定深度后，用清水冲孔，直到返清水，注浆作业程序如下：接通输浆管路→压水试验→注浆→定量压清水→冲洗输浆管路→拆洗注浆泵→打孔或钻进。注浆结束后，原则上在注浆段位置能托住钻就可以扫孔，需4～6小时，扫孔后进行压水试验，当耗水量小于20L/min，可不再注浆，进行下一个孔的钻进，否则应复注。浆液扩散半径：设计中，浆液扩散距离12.5m。根据孔内裂隙钻孔串浆现象分析，浆液扩散半径超过7.0m。注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动、扩散、充塞、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素之一。一般注浆终压取地下水压力的2～2.5倍，本段注浆终压取13.0～16.25MPa。设计中，第一组孔注浆终压取60～65kg/cm²(地面表压)，用来封堵较大裂隙，第二组孔取65～70kg/cm²(地面表压)，用来封堵小裂隙。注浆选用单液水泥浆，单液水泥浆液采用P.052.5普通硅酸盐水泥，另掺入水泥重量0.5％的食盐和0.05％的三乙醇胺作为外加剂，外加剂起速凝早强作用。

最后对注浆效果进行检查，各注浆孔(少数孔除外)注浆压力基本达到设计终压值，注入量50L/min，稳定20分钟以上；注浆结束时，浆液的水灰比低于1∶1；浆液的注入量基本达到设计要求；经钻孔串浆验证，水泥帷幕已交圈；经1^#钻孔(注浆效果检查孔)检查情况分析，本次工作面预注浆已达到堵水效果。

Claims (6)

1.一种深井工作面注浆工艺，包括造孔和注浆工艺，其特征在于所述深井工作面注浆工艺包括：

首先，在止浆垫掘进段高达到要求后，用伞钻对下部岩层进行钻孔探水；

其次，在止浆垫掘进段设置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭设钻井平台；

再者，埋设孔口管、滤水桶和滤水层，浇筑混凝土；

最后，在止浆垫上打出泻压孔，进行钻孔和注浆作业。

2.根据权利要求1所述的深井工作面注浆工艺，其特征在于所述深井工作面注浆工艺进一步包括：

钻机固定设置在砌壁大模板上；在滤水桶和滤水层外浇筑混凝土后，对止浆垫上部的井壁进行壁后注浆加固。

3.根据权利要求1所述的深井工作面注浆工艺，其特征在于所述钻机采用液压钻机，所述注浆采用注浆机进行，该注浆机的注浆终压为注浆机表压力和注浆浆液柱压力之和的三分之二。

4.根据权利要求1所述的深井工作面注浆工艺，其特征在于所述注浆所采用的浆液采用搅拌机设置一二级搅拌站方式，深井的井筒内设置的注浆管路为无缝钢管。

5.根据权利要求1所述的深井工作面注浆工艺，其特征在于所述在止浆垫上开设多个钻孔，间隔按单双号分布进行钻孔的注浆。

6.根据权利要求1所述的深井工作面注浆工艺，其特征在于对地层孔隙水进行封堵的注浆采用改性尿醛树脂浆液，该改性尿醛树脂浆液包括甲液和乙液，其中甲液为尿醛树脂、双氮丙稀酰胺和丙稀酰胺，所述乙液为水、草酸、过硫酸胺的配制液。