CN109555559B - 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法 - Google Patents

一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109555559B
CN109555559B CN201811363748.2A CN201811363748A CN109555559B CN 109555559 B CN109555559 B CN 109555559B CN 201811363748 A CN201811363748 A CN 201811363748A CN 109555559 B CN109555559 B CN 109555559B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grouting
clay
drill hole
section
drilling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811363748.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109555559A (zh
Inventor
贺文
高晓耕
周高明
冯旭海
田乐
刘书杰
孙帮涛
向俊兴
陈振国
王桦
邵晨霞
王勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd
Original Assignee
Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd filed Critical Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd
Priority to CN201811363748.2A priority Critical patent/CN109555559B/zh
Publication of CN109555559A publication Critical patent/CN109555559A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109555559B publication Critical patent/CN109555559B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00Drainage
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D5/00Lining shafts; Linings therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D5/00Lining shafts; Linings therefor
    • E21D5/04Lining shafts; Linings therefor with brick, concrete, stone, or similar building materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

本发明公开一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,(A)注浆孔钻探;(B)注浆孔注浆。彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒预注浆工程,于2016年12月30日开始进行可行性试验,2017年9月14日完成可行性试验,历时258天,采用本金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,可在注浆孔钻探注浆施工的过程,不耽误金属岩盲斜竖井井筒的准备工作,由于钻窝硐室布置在距离盲斜竖井井筒14m位置,不会影响金属岩盲斜竖井井筒的准备工作,使得注浆孔钻探注浆施工与金属岩盲斜竖井井筒的准备工作平行进行。

Description

一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法
技术领域
本发明涉及钻井施工技术领域。具体地说是一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法。
背景技术
在地下水比较丰富的金属矿山金属矿山盲斜竖井井筒施工中,盲斜竖井井筒穿过的地层中遇到溶洞、较大裂隙、断层破碎带以及细微裂隙及孔隙的几率较大时, 涌水量较大,一旦遇突发性涌水,涌水量大于水泵排水能力时,就会造成淹井的事 故发生。这就需要对“金属矿山金属矿山盲斜竖井井筒”周边地层进行预注浆,使 得涌水量小于或等于水泵排水能力,彻底避免突发性涌水,确保“金属矿山金属矿 山盲斜竖井井筒”施工顺利进行。为了缩短“金属矿山金属矿山盲斜竖井井筒”施 工工期,同时确保“金属矿山金属矿山盲斜竖井井筒”施工过程中不会发生淹井事 故发生,需要将“金属矿山金属矿山盲斜竖井井筒”的建设与预注浆工作有机结合 起来,这样才能不影响建设工期。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法。为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种金属矿山千米级盲竖 井防治水技术方法,包括如下步骤:(A)环绕金属岩盲斜竖井井筒(2-12)的注浆 孔钻探;(B)环绕金属岩盲斜竖井井筒(2-12)的注浆孔注浆;(C)在步骤(A) 和步骤(B)施工过程,同时对金属岩盲斜竖井井筒(2-12)进行准备工作以及钻 进施工,待金属岩盲斜竖井井筒(2-12)钻进至距离涌水点处涌水量为120m3/h以 上、孔口水压为1.90MPa以上的高承压裂隙水地层大于或等于35m时,等待注浆孔 穿越“涌水点处涌水量为120m3/h以上、孔口水压为1.90MPa以上的高承压裂隙水 地层”且注浆结束后,再继续进行金属岩盲斜竖井井筒(2-12)钻进施工。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果:
1.由于盲竖井井筒已施工至481m标高,为防止钻窝硐室施工破坏112线盲竖井 井筒和现有巷道的稳定性,本发明在距离井筒周围较远处新建三个钻窝硐室,并在 原有110线巷道布置注浆硐室,提高硐室群间的稳定性。
2.在大型钻探注浆设备运输前,将钻探注浆设备拆解,减少钻探注浆设备运输 过程中的磕碰损伤。对下放的路线进行选择,最终根据钻探注浆设备的特点和线路 上的运行能力,选定901运输大巷转运至112线盲混合井,然后由112线盲混合井 下放到670中段马头门,最后又670中段马头门运送至注浆硐室和钻窝硐室各工作 位置。将拆解的钻探注浆设备分为三类设备,第一类设备为单件尺寸大的件,第二 类设备为单件体积小但质量大的件,第三类设备为单件为细长件,并根据三类设备 不同的特点制定不同的转运、下放、通过马头门的方法,使大型钻探注浆设备顺利 下井,并完成安装。下放运输过程中未发生一起安全事故。在下放的过程中,由于 地下钻窝硐室空间有限,设备下放的先后顺序需根据井下设备组装先后顺序及空间 需求来安排。针对毛坪铅锌矿112线盲竖井预注浆工程,采用盲竖井作为运输通道, 顺利解决了大型注浆钻探设备下井的难题。本次TSJ-2000型钻机及350泵注浆泵为 国内首次下井进行施工。大型设备采用盲竖井进行设备下放运输方法,具有下放速 度快、成本低、稳定性较高等优点,可为类似大型设备下井提供重要的参考意义。
3.采用S孔定向钻孔6个,布孔圈径约28m,落点圈径9.5m,钻孔开孔标高670 m,终孔标高-80m,钻孔深度750m,开孔口径不小于190mm,终孔不小于133mm,钻 进过程中及时根据钻孔情况进行测斜、定向工作,较好的控制了钻孔的偏斜,最大 偏斜率为2.82‰。
4.因地制宜,选择颗粒较细,含砂量低,具有很高的分散度的黏土,使得黏土 水泥浆浆液稳定性好,在泵送及扩散过程中浆液不离析、不沉淀,凝固过程中析水 少,结石率高,抗渗性能好,流动性好,易于渗透到岩层的细小裂隙中。
5.针对毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒预注浆钻孔的涌水难题,采用加重钻具组合、调整泥浆比重、错开钻孔进度和提前探水,小距离钻进,交替注黏土水泥浆, 相结合的关键技术,经过精心组织、科学管理,有效地控制了钻孔涌水难题,综合 措施效果良好,同时保证了钻孔的顺利钻进,实现了安全、高效生产。
6.彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒预注浆工程经自检钻孔质量良好,共施工S型钻孔6个,布孔圈径约28m,落点圈径9.5m,钻孔开孔标高 670m,终孔标高-80m,钻孔深度750m,开孔口径不小于190mm,终孔不小于133mm, 钻孔偏斜率不大于3‰,钻孔分布及偏斜率符合设计要求,注浆终压及注入量等注浆 参数基本达到设计标准,浆液堵水帷幕完整有效,经压水试验计算预计的井筒剩余 涌水量为4.83m3/h,达到合同要求,完成注浆堵水要求。
7.对全基岩盲竖井预注浆防治水工程于2016年12月30日开始入驻前期施工现 场进行试验,2017年9月14日试验结束,历时258天,试验结果表明:采用本金属 矿山千米级盲竖井防治水技术方法,可在注浆孔钻探注浆施工的过程,不耽误金属 岩盲斜竖井井筒的准备工作以及钻进工作,由于钻窝硐室布置在距离盲斜竖井井筒 28m位置,不会影响金属岩盲斜竖井井筒的准备工作以及钻进工作,使得注浆孔钻探 注浆施工与金属岩盲斜竖井井筒的准备及钻进工作平行进行。
附图说明
图1本发明中地面制浆站平面结构示意图;图2本发明中地下注浆硐室和钻窝 硐室布置平面结构示意图;图3本发明中注浆硐室结构示意图;图4本发明中钻窝 硐室俯视结构示意图;图5本发明中钻窝硐室沿上部四棱台结构的上底面宽度方向 的剖面示意图;图6本发明中钻窝硐室沿上部四棱台结构的上底面长度方向的剖面 示意图;图7本发明中钻窝联络道的截面示意图;图8本发明中地下巷道位置示意 图;图9本发明中第三类设备钻杆通过670马头门模拟示意图;图10本发明中第 三类设备钻塔通过670马头门模拟示意图;图11本发明中S形定向钻孔轨迹设计 示意图;图12本发明中钻孔轨迹剖面结构示意图;图13本发明中黏土水泥浆性能 研究流程图;图14本发明中黏土浆的制备方法流程图;图15本发明中黏土水泥浆 中黏土密度对塑性强度的影响图;图16本发明中黏土水泥浆中水泥用量对塑性强 度的影响图;图17本发明中黏土水泥浆中水玻璃用量对塑性强度的影响图;图18本发明中单液水泥浆注浆流程图;图19本发明中黏土水泥浆注浆流程图;图20本 发明中钻孔K1在第三注浆段内注浆前后吸水量对比图;图21本发明中钻孔K1、 钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6在第三注浆段注浆前单位吸水量对 比图;图22本发明中井筒实际揭露浆液结石体图;图23本发明中第二张井筒实际 揭露浆液结石体图。图中附图标记表示为:1-1:堆土场;1-2:原浆池;1-3:储 浆池;1-4:制浆车间;1-5:制浆台;1-6:库房;2-3:钻窝联络道;2-4:沉淀 池;2-5:电机硐室;2-6:水沟;2-7:水玻璃池;2-8:清水池;2-9:搅拌池; 2-10:注浆泵;2-11:注浆硐室;2-12:盲竖井井筒;2-13:110线巷道;2-14: 1号钻窝;2-15:2号钻窝;2-16:3号钻窝;2-17:114线巷道。AB:直孔段;BC: 增斜段;CD:稳斜段;DE:降斜段。
具体实施方式
彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿区现地下矿产开采最低标高为610米中段, 目前已探明610米中段以下尚有储量丰富的矿藏,以开发深部矿藏为目的的深部资 源持续接替工程系该公司战略发展规划的重点,该深部资源接替工程配套建设的 112线盲竖井井筒又是该项目的重中之重。
彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿拟建112线竖井采用圆形盲混合井,井筒直 径5.7m,开挖直径6.5m。井口设于现910m水平巷道内,设计井筒深度960m,标高 从910m至-50m。该竖井将作为采矿人员、设备、材料及矿石等运输的主要通道。如 表1所示。
表1井筒技术特征表
Figure BDA0001867947010000041
竖井勘察钻探结果显示,钻孔深度范围内拟建竖井下地层均为泥盆系宰格组上统微风化白云岩地层,构造裂隙及破碎带较为发育,2015年2月7日钻探至海拔 -50.27m时,遇大的构造裂隙水,孔口水压达1.9MPa,钻探施工难以进行。钻探提 前终止。原竖井井筒已掘进至477m标高,经工作面注浆及壁后注浆,井筒剩余涌 水量约50m3/h。为保证竖井井筒往深部的顺利掘进,彝良驰宏矿业有限公司决定 委托申请人对该井筒实施预注浆治水试验。
1.工程地质条件1.1地层:根据竖井勘察结果,拟建井筒标高910m平面(井筒口)至钻孔深度所揭露地层依次为泥盆系宰格组上统第三亚段(D3zg3)微风化白云岩、 泥盆系宰格组上统第二亚段(D3zg2)微风化白云岩及第一亚段(D3zg1)微风化白 云岩。各地层的岩性特征按揭露顺序自上而下描述如下:(1)泥盆系宰格组上统第 三亚段(D3zg3)微风化白云岩①-0(①-0为地层编号,下同):灰白色、灰色, 中-厚层状,细至中晶质结构,局部夹1-20cm厚的薄层页岩、灰质页岩及小型铅锌 矿体。该层分布标高为910~803m(详见附图5“综合工程地质剖面图”)。岩体产 状整体约为86°∠63-72°,岩层倾角由浅部往深部有逐渐变陡的趋势,节理裂隙 发育,裂隙面多被方解石脉及粘土质矿物充填,局部偶见溶蚀小晶洞。该地层岩体 整体较完整,局部发育构造破碎带,呈破碎-极破碎状,属较硬岩,岩体基本质量 等级为Ⅲ-Ⅴ级。(2)泥盆系宰格组上统第二亚段(D3zg2)微风化白云岩①:灰 色、灰白色,中-厚层状,细至中晶质结构,局部夹1-20cm厚的薄层页岩、灰质页 岩及小型铅锌矿体。岩体产状整体约为83°∠72-81°,岩层倾角由浅部往深部有 逐渐变陡的趋势。节理裂隙发育,线隙率一般大于5条/m,为构造型裂隙,裂隙间 距多数小于0.2m,多呈闭合状,少量微张,裂隙宽一般1-3mm,裂隙面多被方解石脉 充填,局部充填灰黑色粘土质矿物及黄铁矿化,未见明显溶蚀现象,局部偶见溶蚀 小晶洞。该地层岩体整体较完整-较破碎,岩芯多呈短柱状、块状,局部发育构造 裂隙及推测构造破碎带,岩体极破碎,岩芯呈碎块状、砂砾状夹泥质物,属较硬岩, 岩体基本质量等级为Ⅲ-Ⅴ级。(3)泥盆系宰格组上统第一亚段(D3zg1)微风化白 云岩②:灰白色、灰色,中—厚层状,中—粗晶质结构,岩体产状整体约为81° ∠81-84°,岩层倾角由浅部往深部有逐渐变陡的趋势。节理裂隙发育,线隙率一 般大于3条/m,为构造型裂隙,裂隙间距多数小于0.2m,多呈闭合状,少量微张, 裂隙宽一般1-3mm,裂隙面多被方解石脉充填,局部充填灰黑色粘土质矿物及黄铁 矿化,偶见铅锌矿浸染,标高195.68~194.88m夹灰黑色碳质页岩薄层,未见明显 溶蚀现象,岩体较完整-较破碎,岩芯多呈长柱状、柱状、少量块状,局部推测构 造破碎带岩体极破碎,岩芯呈碎块状、砂砾状夹泥质物,属较硬岩,岩体基本质 量等级为Ⅲ-Ⅴ级,钻孔未揭穿该层,目前揭露厚度587.45m,标高537.18~(-50.27) m。
1.2地质构造:竖井场地及其周边地质构造复杂,主要表现为石门坎背斜皱褶 构造及断裂构造。(1)皱褶:拟建竖井场地位于石门坎背斜东翼北部,距离背斜轴 部约180m。钻探揭露为泥盆系地层,该地层受背斜构造影响,岩层倾角由浅部往 深部有逐渐变陡的趋势,岩体产状大体上为北东86-81°∠63-85°。(2)断层: 根据区域地质资料,拟建竖井场地及其周边断层构造发育,该构造断层多为地表浅 部断层,根据其产状结合竖井场地位置,对竖井场地可能产生影响的构造断层主要 有F1及F52。其中:F1断层揭露位置位于标高约880m处大致沿洛泽河布展,总体 走向南北,控制着区内洛泽河的分布,为区内形成时期最晚、规模最大、破坏力最 强的一条断层,该构造断层系地表水对地下水补给的重要途径;F52位于拟建竖井 场地北侧,其倾向为正南方向,推测该断层可能对竖井场地岩层破碎造成影响。其 次,拟建竖井场地标高670m平面内,构造形迹主要表现为小规模挤压断层构造为 主,构造裂隙发育、地下水径流复杂,据调查显示,井筒中心西北侧约180m处巷 道揭露一条北东向断层,该平面内揭露其产状约南东51-73°∠33-34°,宽度约 0.4m,延伸规模不明,据此产状推测,该断层可能对竖井场地岩层破碎造成影响。 (3)构造裂隙及破碎带:勘察孔钻探结果显示,地层构造裂隙及破碎带发育,钻 孔穿越地层多处发现构造裂隙、构造破碎带,详细特征见表2。
表2破碎带及裂隙分布特征表
Figure BDA0001867947010000061
Figure BDA0001867947010000071
1.3井筒水文地质条件:(1)地表水:拟建竖井场地地表水体主要为洛泽河水 系,在雨季7—8月份洪峰流量326m3/s。正常流量16.3m3/s,最小流量出现在2~ 3月份,流量12.1m3/s。洛泽河自南而北于拟建竖井场地西侧约650m处经过,根 据区域构造条件及区域水文条件,拟建竖井区域洛泽河位于石门坎背斜西翼,拟建 竖井位于背斜东翼,岩层产状于背斜轴部发生反向,分别向两侧倾斜,且各岩层间 呈假整合接触,因此洛泽河水沿层间裂隙补给的可能性小。但是由于区内富水断层 及构造破碎带发育,洛泽河水可能沿断层构造裂隙及构造破碎带通道侧向补给竖井 场地地下水,且洛泽河穿越拟建竖井所在强富水水文地质单元,因此,洛泽河水对 竖井拟建场地的地下水影响较大。(2)巷道排水:拟建项目位于地表以下标高为 910m平面的巷道内,因开采需要,目前分别于910m、760m、670m平面建设巷道, 沿巷道布设排水沟,据最近实测数据统计,目前910m平面因下部疏干,巷道内涌水量小,760m平面涌水总量约85~240m3/h,670m平面涌水总量约600~1200m3/h。 巷道涌水量受矿山人类工程活动影响变化幅度较大。各巷道由原有主干巷道分支巷 道组成,主干巷道由老竖井位置向东西两侧延伸,分支巷道沿主干巷道两侧分布。 巷道排水系统与巷道分布一致。主干道大体上两侧高中间低,次巷道大体上内高外 低,且大部分排水系统已采用水泥浆砌处理,因此,对拟建竖井地下水影响小。(3) 地下水①含水层:拟建场地位于山体深部,地下水类型主要表现为构造裂隙水,赋 存于各层内的构造裂隙及破碎带中。根据区域水文资料及钻探结果,各含水层的赋 水特征如下:泥盆系宰格组上统第三亚段(D3zg3)微风化白云岩:层内断层构造 裂隙及破碎带发育,沿断裂面少量岩溶发育,连通性相对较好,根据区域水文资料, 泉流量2~11.8L/s。为弱-中等富水性含水层。泥盆系宰格组上统第二亚段(D3zg2) 微风化白云岩:层内断层构造裂隙及破碎带发育,但裂隙连通性一般,未见溶蚀现 象,涌水量相对较小,为弱富水性含水层。泥盆系宰格组上统第一亚段(D3zg1) 微风化白云岩:钻探时未见大的岩溶现象,但层内断层构造裂隙及破碎带发育,连通性一般~好,为强富水性含水层。②地下水涌突水观测情况概述勘察孔钻孔期间, 地下水涌出钻孔孔口,多处见涌突水现象,其地下水观测情况概述如下表3。
表3地下水水文观测情况表
Figure BDA0001867947010000072
Figure BDA0001867947010000081
③地下水特征及补给径流初步判断:根据区域水文地质资料及本次勘察结果, 场地含水层主要有泥盆系上统宰格组第三亚段(D3zg3)(标高910~803m)、泥盆 系上统宰格组第二亚段(D3zg2)(标高803~537.18m)白云岩及泥盆系上统宰格 组第一亚段(D3zg1)[标高537.18~(-50.27m)]白云岩,现按地层分述如下: 泥盆系上统宰格组第三亚段(D3zg3)(标高910~803m)白云岩:该层裂隙连通性 一般,为弱-中等富水地层,地下水类型主要为构造裂隙水。接受大气降水、地表 水或深部构造裂隙水补给,同时,因采矿疏水,该地下水部分沿裂隙流向各级巷道, 再经巷道排水系统排出至地表水系。泥盆系上统宰格组第二亚段(D3zg2)(标高 803~537.18m)白云岩:根据钻探过程中的水文观测结果判断,该层裂隙连通性一 般,为弱富水地层,地下水类型主要为构造裂隙水。接受大气降水、地表水或深部 构造裂隙水补给,其中标高803~610m段因采矿疏水,局部地下水沿裂隙流向各级巷道,再经巷道排水系统排出至地表水系。泥盆系上统宰格组第一亚段(D3zg1)[标 高537.18~(-50.27m)]白云岩:裂隙发育,裂隙面多被方解石脉充填,层内构 造破碎带发育,裂隙连通性较好,为强富水地层,地下水类型主要为构造裂隙水。 其补给来源可能有以下情况:受大气降水、洛泽河水沿构造裂隙补给;受周边地下 水沿深部构造裂隙侧向补给等。
经过对盲竖井的地层、构造和水文条件的分析,采用金属矿山千米级盲竖井防 治水技术方法,可以节约工期,具体包括如下步骤:(A)环绕金属岩盲斜竖井井筒 (2-12)的注浆孔钻探;(B)环绕金属岩盲斜竖井井筒(2-12)的注浆孔注浆。
(A-1)地面制浆站、地下注浆硐室和钻窝硐室的稳定性布置:由于现有112 线盲竖井已经钻进已经掘进至+481m,遇大涌水,封井,因此为避免对井筒已掘砌 部分造成破坏,预注浆防水施工的作业面位于井下670标高,下部已经开设有两条 巷道,两条巷道距离盲竖井井筒为中心的距离为40m。因此在布置钻窝硐室时,需 要考虑地面现有设施、现有巷道和地下新建钻窝硐室对盲竖井井筒稳定性的影响
在标高为901m的地面布置一座地面制浆站,在标高为670m的地下工作平台布 置地下注浆硐室和钻窝硐室;地面制浆站:如图1所示,所述地面制浆站布置在南 部帷幕巷道往南400m处的洛泽河东侧;所述地面制浆站,自北向南设置有:堆土 场1-1、原浆池1-2、储浆池1-3、制浆车间1-4、制浆台1-5和库房1-6。注浆硐 室:如图2和图3所示,所述注浆硐室2-11布置在原有巷道上;所述原有巷道为 110线巷道2-13,所述注浆硐室2-11的中心位置到盲竖井井筒2-12的中心处的距 离为63m,所述注浆硐室2-11的布置数量为1个;所述注浆硐室2-11的长为17.2m, 宽为7.5m,高为9m;所述注浆硐室2-11在距离盲竖井井筒2-12较近的一侧沿长 度方向依次设有1个水玻璃池2-7,1个清水池2-8和1个搅拌池2-9,在距离盲竖井井筒2-12较远的一侧沿长度方向依次安置有2台注浆泵2-10。钻窝硐室如图 3所示,所述钻窝硐室布置在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆周上;所述钻窝硐 室为3个,均匀布置在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆周上;3个钻窝硐室分别 为1号钻窝(2-14)、2号钻窝(2-15)和3号钻窝(2-16);每个钻窝硐室中设置 有2个钻孔,即1号钻窝(2-14)有2个钻孔,分别为钻孔K5和钻孔K6,2号钻 窝(2-15)有2个钻孔,分别为钻孔K3和钻孔K4,3号钻窝(2-16)有2个钻孔, 分别为钻孔K1和钻孔K2;所述钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和 钻孔K6布孔在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆上,盲竖井井筒(2-12)圆心到 钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6的距离均为14m(布孔圈 径为28m)。如图4至图7所示,所述钻窝硐室的下部为长方体结构,长a和宽b 均为9m,高h1为3m;所述钻窝硐室的上部为四棱台结构,所述四棱台的下底面的 长a和宽b均为9m;四棱台的上底面为长方形,长c为7m、宽d为4m;所述四棱 台的高h2为13m;沿上底面宽度方向,所述四棱台剖面为梯形,梯形的一个腰与 下底面的夹角α为84°,梯形的另一个腰与下底面的夹角β为74°;在每个钻窝 硐室:两个钻孔的圆心距f为3m,每个钻孔的半径均为0.64m;两个钻孔的圆心到 四棱台上底面的长边的水平距离e均为2m,其中一个钻孔的圆心到四棱台上底面 的一个短边的水平距离g为1.966m,另一个钻孔的圆心到四棱台上底面的另一个 短边的水平距离k为2.034m;所述钻窝硐室开口处与钻窝联络道2-3相连通,沿 上底面长度方向,所述四棱台沿剖面为梯形,梯形的一个腰与下底面的夹角γ为 83°,梯形的另一个腰与钻窝联络道2-3的顶部为弧面连接,弧面的半径为4m; 在每个所述钻窝硐室内:邻近钻窝联络道2-3且靠近长方体结构的长边的一侧,开 凿有沉淀池2-4,沉淀池的长为4m、宽为1.5m、深为1m;在每个钻窝硐室外侧且与所述钻窝联络道2-3相对的一侧开凿有电机硐室2-5,所述电机硐室2-5的长、 宽和高均为2m,所述电机硐室2-5的中心正对着两个钻孔的圆心;所述钻窝联络 道2-3的横截面下半部为长方形,长为4m、宽为1.8m、高为1.2m,所述钻窝联络 道2-3的横截面上半部为三个扇环形组成,在两侧的扇环形的半径为0.894m,中 间的扇环形的半径为3.044m,所述钻窝联络道2-3的一侧设置有水沟2-6,水沟的 宽和深均为0.3m。
(A-2)、大型钻探注浆设备输送至地下注浆硐室和钻窝硐室
当地面制浆站、地下注浆硐室和钻窝硐室施工完毕后,需要把大型钻探设备输 送至井下。如表4所示,TSJ-2000型钻机及350泵注浆泵为国内首次下井进行施 工,需要寻找合适的输送线路和输送方法,解决大型注浆钻探设备下井的难题。大 型钻探注浆设备先拆解和分类,然后按照不同分类,选择不同运输方法,最后把运 送到工作位置的大型钻探注浆设备组装;
表4需运送至井下的主要设备一览表
Figure BDA0001867947010000091
Figure BDA0001867947010000101
(1)钻探注浆设备的拆解和分类:为了减少设备运输过程中的磕碰损伤,对 大型钻探注浆设备进行了拆解和分类。所述钻探注浆设备包括钻机、注浆泵、泥浆 泵、钻杆、钻铤和钻塔;所述钻机可拆解为钻机的3个底盘、钻机的岩心机和钻机 的磨盘;所述注浆泵拆解为注浆泵的底盘、注浆泵电动机和注浆泵泵体。把拆解为 单件的设备,分为三类:第一类设备为单件尺寸大的件,包括钻机的3个底盘和注 浆泵的底盘;如注浆泵底盘长*宽*高为4.8m*2.1m*0.3m;第二类设备为单件体积 小但质量大的件,包括泥浆泵、钻机的岩心机、钻机的磨盘、注浆泵电动机和注浆 泵泵体;如泥浆泵重3.1t,钻机的岩心机重达5t;第三类设备为单件为细长件, 包括钻杆、钻铤和钻塔;如普通钻杆长度为9.6m。
2.下放方案选择:目前毛坪铅锌矿在910m-670m标高段,共有四条路线可考虑 作为运输下放通道:(1)910中段7#坑口—老竖井—670运输平巷—670中段114 线穿脉—注浆站、钻窝位置。经分析得知,此方案存在以下缺点:
①老竖井910和670中段马头门位置不能满足8m*1.5m*1.5m钻塔下放;
②670中段运输平巷断面为3m*3m,轨道偏心,轨道中心至边帮最小距离0.9m, 架空线高度1.7m-2.2m,不满足4.8m*2.1m*1.5m的BQ-350注浆泵轨道运输要求;
(2)910中段7#坑口—2#斜井—670运输平巷—670中段114线穿脉—设计注 浆站、钻窝位置,此方案存在以下缺点:
①2#斜井断面为2.4m*2.6m,轨道偏心,轨道中心至边帮最小距离0.9m,不能 满足4.8m*2.1m*1.5m的BQ-350注浆泵轨道运输要求;
②670中段运输平巷断面为3m*3m,轨道偏心,轨道中心至边帮最小距离0.9m, 架空线高度1.6m-1.8m,不满足4.8m*2.1m*1.5m的BQ-350注浆泵轨道运输要求;
③2#斜井甩车道坡度较大,不能满足主动钻杆下放运输要求;
(3)901运输大巷—4#斜井—4#斜井至670中段110线穿脉联络道(无轨、 无甩车道)—670中段110线—设计注浆站、钻窝位置,此方案存在以下缺点:4# 斜井至670中段110线穿脉联络道位置无轨道和甩车道,设备材料需要转载、人力 运输,耗时、成本较高,同时影响提升运输时间较长;
(4)901运输大巷—112线盲混合井(改造)—670中段112线—设计注浆站、 钻窝位置,此方案存在以下优点,如图8所示:
①该线路所有巷道、提升设备均满足最大件设备及材料的尺寸运输要求;
②该通道为独立通道,不影响矿山正常生产的提升运输;
综上:从现有设备提升能力、巷道运输条件综合考虑,方案“901运输大巷— 112线盲混合井—670中段112线—设计注浆站、钻窝位置”为最优方案。
3.钻探注浆设备按照不同分类,选择不同的运输方法:由于112线盲竖井井 口设在离坑口650m的平巷内,井口附近平巷宽度只够单车通行,井口处平巷还有 连续两个90°转弯,无法让大货车直接将设备运送至井口,利用井口简易吊车梁 卸货。只能将设备卸放于坑口材料堆场,再设法转运至盲竖井井口。
(1)由材料堆场转运至盲竖井井口:第一类设备的转运方法为:采用装载机 铲斗前端铲运;第一类设备的一端置于装载机铲斗内,另一端的两角分别用钢丝绳 绑定,将钢丝绳拉紧后将其另一端用卸扣固定在铲斗上部;装载机抬升铲斗后直接 将设备铲运至盲竖井井口;第二类设备的转运方法为:采用装载机铲斗挂运;第二 类设备直接用一根长钢丝绳的两端分别绕设备两端一圈进行捆绑固定,再将钢丝绳 中部挂在装载机铲斗上,调整好水平后,直接将设备挂运至盲竖井井口;第三类设 备的转运方法为:借助的爬犁,用装载机拖运;先用装载机将第三类设备挑运到爬 犁上,再用钢丝绳将第三类设备与爬犁绑牢,为确保拖运过程中的平衡稳定,所有 第三类设备的重心应在爬犁中部略靠前的位置;然后用一根长钢丝绳,从上面绕过 第三类设备,将长钢丝绳的两头固定在爬犁前端两侧的专用固定点上,长钢丝绳中 部挂在装载机尾部的挂钩上;然后由装载机拖运爬犁至盲竖井井口;所述爬犁有钢 管焊接而成,制作方法为:爬犁两侧为大钢管,中间用小钢管与大钢管进行焊接固 定,大钢管靠地的两端管口做成上翘的弧形。
(2)由盲竖井井口下放至670码头门:在建112线盲竖井已有成套提升运输 系统用于井筒掘砌施工时人员及材料上下运输,系统承载能力满足设备下放要求。 盲竖井封口盘满足最大尺寸设备通过要求。盲竖井已掘砌至480m标高,为保障设 备下放安全及人员操作方便,在井筒670中段马头门地面高度处设置吊盘。第一 类设备的下放方法为:用钢丝绳两头分别绑定第一类设备的短边的两角,将钢丝绳 中部挂在提升系统的大挂钩上,直接下放至670马头门;第二类设备的下放方法为: 用一根长钢丝绳的两端分别绕第二类设备两端一圈进行捆绑固定,再将钢丝绳中部 挂在提升系统的大挂钩上,直接下放至670马头门;第三类设备的下放方法为:编 制6根长11m的钢丝绳,6根钢丝绳分别穿过6根第三类设备的中心孔眼后,用卸 扣将6根钢丝绳头串到一起,再用一根粗钢丝绳穿过6根钢丝绳的另一端绳头后挂 在提升系统的大挂钩上,起大钩后提起第三类设备使之呈直立稳定状态,再直接下放至670马头门。
(3)由670马头门运至各作业位置:井下670马头门高5m,经过预先模拟, 如图9和图10所示,模拟通过能力是否满足设备下放尺寸要求。通过模拟,第三 类设备的钻杆和钻塔均能通过670马头门。第一类设备、第二类设备和第三类设 备运送方法:下放至670马头门处时,用电铲运机拖拽下放的设备底端,边拖拽边 打信号,缓慢下放大钩,待设备重心完全处于670马头门内时,解除大钩钢丝绳; 调整设备位置并整理钢丝绳后,用铲运机将设备转运至各作业位置。由盲竖井井口 下放至670码头门的下放还需要:根据井下设备组装先后顺序及空间需求来安排。 钻机的下放顺序为:先下放3个钻机的底盘,再下放钻机的岩心机和磨盘,最后下 放钻塔;注浆泵的下放顺序为:先下放注浆泵的底盘,再下放注浆泵的电动机和泵 体。
(4)转运至各作业位置的设备进行组装:泥浆泵:泵体和电动机利用电铲运 机直接转运作业位置后,进行组装;注浆泵:注浆泵的底盘利用电铲运机直接转 运作业位置后,直接安装连接螺栓;再将注浆泵的泵体和注浆泵的电动机,用电铲 运机直接转运作业位置后,进行组装;钻机:钻机的3个底盘利用电铲运机直接转 运作业位置后,直接安装连接螺栓;钻机的磨盘和钻机的岩心机的组装利用钻窝顶 部预先安装的16#工字钢起吊梁,在起吊梁挂上10t的滑轮,钻窝底部边帮打锚杆 固定绞车,绞车钢丝绳穿过滑轮后与绑在设备上的钢丝绳连接进行提升,电铲运机 进行辅助确保设备的平稳安全。
(A-3)固管段采用全S孔定向钻孔施工和注浆段钻探施工;当钻探注浆设备 运送至工作位置后,可以钻探注浆孔。
(1)固管段全S孔定向钻孔施工:
在固管段施工,采用全S形孔定向钻进施工:将钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻 孔K4、钻孔K5和钻孔K6分别引入钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻 孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’;所述钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻 孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’分别在以盲竖井井筒(2-12) 为中心的圆上,以盲竖井井筒(12)圆心到钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点 K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’的距离均为4.75m(落点圈径为 9.5m);钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点 K5’和钻孔落点K6’之间各相邻钻孔落点的距离均为4.75m;如图11所示,S形钻孔在地层中的轨迹是三维的,分为直孔段(AB)、增斜段(BC)、稳斜段(CD)、降 斜段(DE);S形钻孔轨迹公式如式(Ⅰ)所示:
θ=arctan{(R1+R2)/[(D1-D2)2-2(R1+R2)X+X2]1/2}-arctan[(R1+R2-X)/(D2-D1)](Ⅰ) 其中:
R1=57.3/Kc1;R2=57.3/Kc2;L1=30.48γ/Kc1;L2=30.48γ/Kc2;CD=[(D1-D2)2-2(R1+R2)X+X2]1/2; D1为增斜段(BC)起始点深度,即开始定向钻进时的深度,D2为降斜后成为直孔段 时的深度,R1为增斜段(BC)的曲率半径,R2为降斜段(DE)的曲率半径,θ为稳 斜段(CD)的顶角,X为目标点的水平偏距;Kc1、Kc2为增斜段(BC)和降斜段(DE) 的造斜率,造斜率与造斜工具有关;L1为增斜段(BC)钻进弧长;L2为降斜段(DE) 的钻进弧长;θ和CD是关键参数;
钻孔自工作平台开孔至50m处为直孔段(AB)钻进,自50m处至80m处为增斜段(BC),采用螺杆钻具实施定向钻进,目标方位X及顶角θ达到入靶要求,顶角θ增 至3.5°,开始稳斜段(CD)自80处m至240m处钻进施工,稳斜段(CD)钻进20m 至30m时,实施测斜,实时监控注浆孔固管段偏斜数据,自240m处至254m处为降 斜段(DE)定向钻进,采用螺杆钻具实施降斜;
人工定向钻进通常采用井下动力钻具来实现,井下动力钻具常用螺杆钻具。定 向时螺杆钻具作用面与钻孔偏斜面之间的夹角为工具面角,并且从钻孔偏斜面按顺 时针扭转0~180°为正,逆时针扭转0~180°为负。定向前钻孔的偏斜方位角加上工 具面角所得的角度为工具面方位角。每次定向钻进前都要进行定向设计,主要是求 得工具面方位角和一次定向钻进段长,可通过下列公式进行计算:
γ=arccos(cosθ1cosθ2+sinθ1sinθ2cosΔα)
ω=arccos((cosθ1cosγ-cosθ2)/(sinθ1sinγ))
Figure BDA0001867947010000121
L=30.48γ/Kc
式中:γ—定向前钻孔轨迹轴线与定向后钻孔轨迹轴线之间的夹角,称为“狗腿角”; θ1—定向前钻孔的顶角;θ2—定向目标顶角;ω—工具面角;Δα——定向前后的设计方位角增量;
Figure BDA0001867947010000131
——工具面方位角;L——定向段钻进长度;Kc——造斜率。
工具面方位角ω可通过钻孔定向仪来测量。目前,注浆钻孔常用机械式陀螺测 斜定向仪、有线随钻仪和无线随钻仪搭配螺杆钻具的组合进行定向。陀螺测斜定向 仪可以在套管和普通钻杆内直接进行测量。随钻测斜仪(有线或无线)多采用磁原 理进行方位测量,需要大地磁场环境,定向时不能在套管和普通钻杆内进行,需要 配备无磁钻铤,在有磁干扰的环境下也不适用。本次施工采用陀螺测斜定向仪进行 定向施工,如表5所示。
表5定向仪器操作要点
Figure BDA0001867947010000132
钻孔在固管段采用Φ133mm钻头钻进后用Φ215.9mm钻头扩孔,然后下Φ168×7mm无缝钢套管固管;在固管段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和 钻孔K6从工作平台0m钻进至254m,钻进深度均为254m。
(2)注浆段施工:由于井筒已施工至约481m标高,根据设计文件要求及工勘 钻孔实际揭露情况,要求套管需坐落在稳定基岩内,注浆终止深度超过井筒设计深 度至少10m(本次取20m)。设计注浆孔深度750m(标高670m--80m),注浆起止深度 为254m-750m(标高416m至标高-80m),注浆总段长为496m。如表6所示。
表6毛坪矿112线盲竖井井筒预注浆孔设计参数表
Figure BDA0001867947010000133
Figure BDA0001867947010000141
钻孔K1、钻孔K3和钻孔K5为一序孔,K2、K4和K6为二序孔,二序钻孔可以根 据一序钻孔施工情况进行相应调整,同时对一序钻孔施工的注浆效果可作出初步评 价。钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6,钻孔深度如下,具 体见表7:在岩帽端,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均 从标高254m钻进至274m,钻进段长均为20m;在第一注浆段,钻孔K1、钻孔K2、 钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高274m钻进至330m,钻进段长均为56m; 在第二注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高 330m钻进至405m,钻进段长均为75m;在第三注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、 钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高405m钻进至474m,钻进段长均为69m;在第 四注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高474m 钻进至550m,钻进段长均为76m;在第五注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻 孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高550m钻进至628m,钻进段长均为78m;在第六 注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高628m 钻进至710m,钻进段长均为82m;在第七注浆段,钻孔K1从标高710m钻进至756.7m, 钻进段长为46.7;钻孔K2从标高710m钻进至757.28m,钻进段长为47.28;钻孔 K3从标高710m钻进至755.13m,钻进段长为45.13;钻孔K4从标高710m钻进至 759.01m,钻进段长为49.01;钻孔K5从标高710m钻进至755.49m,钻进段长为45.49; 钻孔K6从标高710m钻进至756.55m,钻进段长为46.55。
表7造孔工程量表
项目 K1 K2 K3 K4 K5 K6 合计
固管段/m 254 254 254 254 254 254 1524
注浆段/m 502.7 503.28 501.13 505.01 501.49 502.55 3016.16
全孔深/m 756.7 757.28 755.13 759.01 755.49 756.55 4540.16
注浆段实施直孔段钻进施工,采用7LZ95螺杆钻具实施注浆段直孔纠斜工作。 如图12所示,要求钻孔最大偏斜率不大于3‰,且各孔段钻孔分布大体均匀。按技 术要求在钻进过程中及时根据钻孔情况进行测斜、定向工作,较好的控制了钻孔的 偏斜,最大偏斜率约2.82‰,各钻孔偏斜情况均符合要求,各钻孔各注浆段片斜率 见表表17至表22。
(B)注浆施工:钻孔开始施工后,就要对各钻进的注浆段进行分段注浆。
(B-1)注浆材料的制备:单液水泥浆
所述单液水泥浆为水泥浆中加入食盐和三乙醇胺;所述水泥浆的加入清水的体积与加入水泥的质量比为0.5-1.5:1;食盐的加入量为水泥加入量的0.05%,三乙醇 胺的加入量为水泥加入量的0.005%;
所述单液水泥浆的制备方法为:将清水加入一级搅拌池后,利用自动上料及计 量系统将散装水泥罐中的水泥定量加入一级搅拌池,充分搅拌后,下放到二级搅拌 池;在地下注浆硐室内的搅拌池(2-9)中利用计量系统将食盐、三乙醇胺定量加入, 充分搅拌后,即得单液水泥浆;
黏土水泥浆,选择参数和要求如图13所示。1黏土材料的选择
由于黏土水泥浆堵水性能明显好于单液水泥浆浆,其表现为可注性好、析水率低、析水速率小,结石率高,黏土水泥浆的24h析水率一般小于2%。据不完全统 计,自煤炭科学研究总院建井研究分院在20世纪90年代年从前苏联引进黏土水泥 浆后,黏土水泥浆在国内109个立井井筒预注浆中得到了成功的应用。根据对112 线盲竖井所在区域的地质和水文分析,基岩注浆段主要采用黏土水泥浆,固管及岩 帽注浆段、破碎带加固主要采用单液水泥浆。根据需要,局部破碎带、不稳定地层 采用黏土水泥浆+单液水泥浆的综合注浆法。黏土水泥浆为CL-C型黏土水泥浆,其 是以黏土浆为主要组分,掺加少量的水泥和水玻璃配制而成的多相悬浮体。为达到 预期堵水目标,需要选择新型注浆材料,本着注浆材料因地制宜、经济适用的施工 原则,我公司在矿山周边进行了大量的调研,寻找可能作为浆液材料的土类物质并 勘察其赋存量。如红粘土、昭通灰褐色粘土、煤泥等土类物质。如表8所示。
表8
Figure BDA0001867947010000151
通过以往经验的总结,黏土的要求为:所述黏土浆中的黏土的粒度为小于0.005mm的颗粒的黏土大于等于黏土总质量的25wt%;黏土的砂的粒度为大于 0.075mm且小于20.0mm的砂的含量小于等于黏土总质量的5%;黏土的塑性指数大 于10;黏土中有机物含量小于黏土总质量的3wt%。通过对黏土1号至黏土8号的 样品的黏土粒度、含砂量、塑性指数和黏土中有机物的含量的分析,最终确定黏土 1号和黏土2号为112线盲竖井井筒实施预注浆治水的黏土材料。所述黏土1号的 粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%,粒度大于等于 0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于等于0.005mm 且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于0.050mm且小于 0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指数为26.8;所 述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%。所述黏土2号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于0.002mm且小于 0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm 的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土 占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所述黏土2号中的 有机物含量小于黏土总质量的3wt%。
2.黏土浆的制备:如图14所示。利用高压水喷射黏土,形成初步的黏土浆液, 再将初步的黏土浆液除砂,通过制浆机进行磨细,得到黏土浆,放入储浆池内存放。 所得到的黏土浆的密度为1.12×103~1.24×103kg/m3。所得到的黏土浆的黏度为 17.76~18.34s。
3.黏土水泥浆的制备:所述颗粒性注浆堵水材料为CL-C型黏土水泥浆,所示颗 粒性注浆堵水材料由黏土浆、水泥和添加剂组成。所述添加剂为水玻璃,所述水玻 璃的模数为2.8-3.4,所述水玻璃的浓度为38-42波美度。所述水泥的强度大于等 于42.5,水泥粒度大于80μm的水泥含量小于等于5%。颗粒性注浆堵水材料:CL-C 型黏土水泥浆液的配比,以1m3浆液中各组分的含量表示,组分参数范围如下:黏 土浆密度:1.12×103~1.24×103kg/m3;水泥加入量:50~300kg/m3;水玻璃加入量: 2~40L/m3。颗粒性注浆堵水材料的制备方法为:利用泥浆泵将制备的黏土浆泵送至 一级搅拌池,充分搅拌,并调节至所需密度;利用自动上料及计量系统将散装水泥 罐中的水泥定量加入一级搅拌池,充分搅拌后,下放到二级搅拌池;利用计量系统 将添加剂定量加入二级搅拌池,充分搅拌后,即得颗粒性注浆堵水材料。
黏土水泥浆性能讨论:(a)密度:密度与浆液中固体物含量有关,悬浊液中物料 体积及其质量具有相加性,即水泥、黏土浆、水玻璃体积之和为黏土水泥浆体积。 黏土水泥浆的密度如下式:
Figure BDA0001867947010000161
式中:ρ——型黏土水泥浆密度,t/m3;ρn——黏土浆密度,t/m3;Wc——水 泥质量,t;ρc——水泥的密度,t/m3;Vs——水玻璃体积,m3,现场计算时因Vs值 较小,可以忽略不计;ρs——水玻璃密度,t/m3;V——黏土水泥浆体积,m3
通过计算和实际测量黏土水泥浆的密度为1.15×103~1.33×103kg/m3
(b)稳定性:CL-C型黏土水泥浆是一种悬浊液,黏土颗粒较小,具有较高的 分散度,加上水玻璃与水泥的水化作用,悬浊液中的细粒占较大比例,使黏土水泥 浆的稳定性明显优于单液水泥浆,表现为析水率低、析水速率小,黏土水泥浆的24h 析水率均小于3%,符合要求如表9所示。
表9黏土水泥浆的析水率
Figure BDA0001867947010000162
Figure BDA0001867947010000171
(c)塑性强度:塑性强度是表征浆液在凝固过程中塑性凝结体的抗剪切能力, 一般多用于评价堵水注浆材料。在水压力作用下,如果浆液抗剪切能力不够,则易 被水冲走或挤出,造成浆液流失,对注浆效果与成本都会产生不好的影响,所以塑 性强度这一指标对堵水工程十分重要。研究塑性强度变化规律,可以间接了解浆液 的流变性能。在注浆施工中,由于CL-C型黏土水泥浆液固化速度不同,所以常通过 塑性强度的测定,了解CL-C浆的流变性能,并根据注浆压力、流量、岩层情况等因 素,选择不同配比的浆液。表10为黏土水泥浆塑性强度的影响因素列表,由表10 可知,影响塑性强度的因素,主要有水玻璃用量、水泥用量、黏土浆密度及环境温 度等,一般以水玻璃的影响最大,在进行浆液配方试验时,可以通过正交试验,分 析各个因素的影响情况,在调整浆液配比时有的放矢,更科学合理。
表10黏土水泥浆塑性强度的影响因素
因素 影响情况
浆液密度 黏土浆密度越大,塑性强度越高
水泥用量 水泥用量越大,塑性强度越高
水玻璃掺量 水玻璃掺量越大,前期(1~3d)塑性强度越高
水泥品种及等级 水泥强度等级越高,塑性强度越大。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥优于其它水泥。
温度 温度越高,塑性强度增长越快
搅拌时间 配制黏土水泥浆的搅拌时间应控制在30min,超过将降低塑性强度
我们分别研究了黏土浆密度、水泥用量和水玻璃用量对黏土水泥浆塑性强度的影响。黏土密度的影响:在黏土塑性指数为36.5,水泥用量为1m3浆100kg,水玻 璃加入量为1m3浆20L时,如图15和表11所示,随着黏土密度的增加,黏土水泥 浆的的塑性强度逐渐增强
表11黏土浆密度对黏土水泥浆塑性强度的影响
Figure BDA0001867947010000172
水泥用量的影响:在黏土塑性指数为36.5,黏土密度为1.15×103kg/m3,水玻 璃加入量为1m3浆20L时,如表12和图16所示,随着水泥用量的增加,黏土水泥 浆的的塑性强度逐渐增强,特别是当水泥加入量为1m3黏土水泥浆200kg时,黏土 水泥浆的的塑性强度显著增强。
表12水泥用量对黏土水泥浆塑性强度的影响
Figure BDA0001867947010000173
Figure BDA0001867947010000181
水玻璃用量的影响:在黏土塑性指数为36.5,黏土密度为1.15×103kg/m3,水 泥的加入量为1m3浆100kg时,如表13和图17所示,随着水玻璃的加入量增加, 黏土水泥浆的的塑性强度逐渐增强。
表13水玻璃掺量对黏土水泥浆塑性强度的影响
Figure BDA0001867947010000182
(d)黏度:黏土水泥浆中的黏土、水泥和结构添加剂水玻璃搅拌混合后开始 发生化学反应,黏土水泥浆浆液的黏度随着时间变大,一般测量其初始黏度,黏度 的大小影响浆液扩散距离。黏土水泥浆的黏度用漏斗黏度计测量。利用黏土配成的 黏土水泥浆,其密度、黏度测定见表14。
表14黏土水泥浆密度、黏度测定结果表
Figure BDA0001867947010000183
(e)结实率:在大气压下,黏土水泥浆固结过程中的析水率较小,但在注浆 过程中浆液在较大注浆压力下会发生一定的脱水作用,这在室内试验和现场试样检 测中已经证明。浆液的脱水对裂隙的充填和结石体的强度是有好处的。
表15是对112线盲竖井矿地面预注浆结石体取芯试样的密度测试分析结果。
黏土水泥浆的密度为1.343g/cm3,常压状态下结石率按95%计算,结石体密度应为1.414g/cm3(计算方法为1.343/95%=1.414g/cm3)。但由表可以看出,地下实际 结石体的密度最高达1.765g/cm3,最低为1.646g/cm3,明显高于常压状态下的密度 (1.414g/cm3),结实率为黏土水泥浆在地下固结过程中存在明显的脱水密实现象。
表15地面预注浆结石体密度测试分析表
Figure BDA0001867947010000191
化学浆:所述化学浆由水玻璃和胶凝剂组成,所述水玻璃与胶凝剂的体积比 为3.89-4:1。
(B-2)先进行注浆前压水测试,然后调整注浆材料,进行分段注浆,达到各段 的注浆压力,完成注浆防水工作;每一注浆段内,当一次注浆不能达到设计要求时 应复注,复注间隔时间应大于等于12h。如表16所示,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、 钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6各段的设计注浆压力为:在岩帽段的注浆终压为 7.6-10.1MPa,在第一注浆段的注浆终压为11.2-16.8MPa,在第二注浆段的注浆终 压为12.7-19.1MPa,在第三注浆段的注浆终压为14.1-21.1MPa,在第四注浆段的注 浆终压为15.6-23.4MPa,在第五注浆段的注浆终压为17.2-25.7MPa,在第六注浆段 的注浆终压为18.8-28.2MPa,在第七注浆段的注浆终压为19.7-29.55MPa。
表16钻孔注浆段高划分及注浆终压值一览表
Figure BDA0001867947010000192
如图18和图19为单液水泥浆和黏土水泥浆的注浆流程图。钻孔K1、钻孔K2、 钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6各段具体注浆量和注浆压力见表17至表22。
固管段注浆:套管段施工时,钻孔至254m后,改用Φ133mm钻头继续向下钻进 1.0~2.0m,以沉积孔内岩、土粉屑;然后下Φ168×7mm无缝钢管,待套管下至254m 后,在套管内下止浆塞,止浆塞下至套管底部,距底部3~4m处,先用注浆泵压清 水,检查止浆效果,孔内若有返水现象,应起塞重新下塞,直至不返水为止;压水 过程中,套管外缘孔壁发生返水现象,待返水至澄清后注入单液水泥浆,待套管外 缘返出单液水泥浆后,即停止注浆,再定量压入清水;6~8小时起塞,12小时后扫 出套管内距底1.0~1.5m上的水泥浆,继续养护24~36小时,套管内压水试验大于 2MPa,套管外不返水,固管结束;钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5 和钻孔K6在固管段均入单液水泥浆的体积均为10m3的,其中水泥的加入量10.91t, 食盐的加入量为54.6kg,三乙醇胺的加入量为5.4kg;
在岩帽段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入单 液水泥浆;钻孔K1在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为9.12m3,其中水泥的加入 量为4.94t,食盐的加入量为24.38kg,三乙醇胺的加入量为2.442kg,经过2次注 浆,使注浆压力达到7.3MPa,完成钻孔K1在岩帽段的注浆;钻孔K2在岩帽段的注 入单液水泥浆的体积为3.465m3,其中水泥的加入量为2.63t,食盐的加入量为 13.167kg,三乙醇胺的加入量为1.386kg,经过1次注浆,使注浆压力达到15.2MPa, 完成钻孔K2在岩帽段的注浆;钻孔K3在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为4.06m3, 其中水泥的加入量为3.157t,食盐的加入量为15.98kg,三乙醇胺的加入量为 1.689kg,经过1次注浆,使注浆压力达到10.3MPa,完成钻孔K3在岩帽段的注浆;
钻孔K4在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为3.96m3,其中水泥的加入量为3.006t,食盐的加入量为15.048kg,三乙醇胺的加入量为1.584kg,经过1次注浆, 使注浆压力达到13.8MPa,完成钻孔K4在岩帽段的注浆;钻孔K5在岩帽段的注入 单液水泥浆的体积为9.13m3,其中水泥的加入量为5.6t,食盐的加入量为27.796kg, 三乙醇胺的加入量为2.842kg,经过2次注浆,使注浆压力达到10.0MPa,完成钻孔 K5在岩帽段的注浆;钻孔K6在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为3.069m3,其中 水泥的加入量为2.329t,食盐的加入量为11.662kg,三乙醇胺的加入量为1.228kg 经过1次注浆,使注浆压力达到12.7MPa,完成钻孔K6在岩帽段的注浆;在第一注 浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为143.46m3,其中水泥的加入 量为14.346t,水玻璃的加入量为1434.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa, 完成钻孔K1在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为14.59m3,其中水泥的加入量 为2.189t,水玻璃的加入量为87.54L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.2MPa, 完成钻孔K2在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为59.77m3,其中水泥的加入量 为5.977t,水玻璃的加入量为597.7L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa, 完成钻孔K3在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为17.36m3,其中水泥的加入量 为2.604t,水玻璃的加入量为104.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.6MPa, 完成钻孔K4在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为140.11m3,其中水泥的加入 量为16.52t,水玻璃的加入量为1401.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa, 完成钻孔K4在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为10.86m3,其中水泥的加入量 为1.629t,水玻璃的加入量为65.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.5MPa, 完成钻孔K6在第一注浆段的注浆工作;
在第二注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为9.05m3,其中水泥的加入量 为0.91t,水玻璃的加入量为27.15L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.5MPa, 完成钻孔K1在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为22.26m3,其中水泥的加入量 为3.34t,水玻璃的加入量为133.56L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.6MPa, 完成钻孔K2在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为30.13m3,其中水泥的加入量 为3.014t,水玻璃的加入量为90.39L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.5MPa, 完成钻孔K3在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为18.59m3,其中水泥的加入量 为2.789t,水玻璃的加入量为111.54L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.7MPa, 完成钻孔K4在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为25.07m3,其中水泥的加入量 为2.507t,水玻璃的加入量为180.35L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa, 完成钻孔K5在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为14.33m3,其中水泥的加入量 为2.15t,水玻璃的加入量为85.98L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.8MPa, 完成钻孔K6在第二注浆段的注浆工作;
在第三注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为484.38m3,其中水泥的加入 量为66.137t,水玻璃的加入量为3025.79L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.6MPa, 完成钻孔K1在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为36.32m3,其中水泥的加入量 为5.448t,水玻璃的加入量为217.92L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.7MPa, 完成钻孔K2在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为311.48m3,其中水泥的加入 量为37.499t,水玻璃的加入量为1496.24L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.8MPa, 完成钻孔K3在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为40.32m3,其中水泥的加入量 为6.048t,水玻璃的加入量为241.92L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.2MPa, 完成钻孔K4在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为695.48m3,其中水泥的加入 量为89.993t,水玻璃的加入量为4471.12L,经过4次注浆,使注浆压力达到17.3MPa, 完成钻孔K5在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为21.94m3,其中水泥的加入量 为3.291t,水玻璃的加入量为131.46L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.1MPa, 完成钻孔K6在第三注浆段的注浆工作;
在第四注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为115.05m3,其中水泥的加入 量为7.02t,水玻璃的加入量为230.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到21.2MPa, 完成钻孔K1在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为39.94m3,其中水泥的加入量 为5.991t,水玻璃的加入量为239.64L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.3MPa, 完成钻孔K2在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为100.78m3,其中水泥的加入 量为7.796t,水玻璃的加入量为264.03L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa, 完成钻孔K3在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为42.39m3,其中水泥的加入量 为6.36t,水玻璃的加入量为254.34L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.3MPa, 完成钻孔K4在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为126.48m3,其中水泥的加入 量为10.096t,水玻璃的加入量为308.24L,经过3次注浆,使注浆压力达到21.5MPa, 完成钻孔K5在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为86.12m3,其中水泥的加入量 为14.966t,水玻璃的加入量为680.56L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.2MPa, 完成钻孔K6在第四注浆段的注浆工作;
在第五注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为38.92m3,其中水泥的加入量 为1.946t,水玻璃的加入量为77.84L,经过2次注浆,使注浆压力达到24.0MPa, 完成钻孔K1在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为29.57m3,其中水泥的加入量 为5.751t,水玻璃的加入量为282.66L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.0MPa, 完成钻孔K2在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为19.91m3,其中水泥的加入量 为0.996t,水玻璃的加入量为39.82L,经过2次注浆,使注浆压力达到22.8MPa, 完成钻孔K3在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为25.67m3,其中水泥的加入量 为3.85t,水玻璃的加入量为154.02L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.2MPa, 完成钻孔K4在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为40.73m3,其中水泥的加入量 为4.616t,水玻璃的加入量为81.46L,经过3次注浆,使注浆压力达到24.0MPa, 完成钻孔K5在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为125.53m3,其中水泥的加入 量为20.943t,水玻璃的加入量为922.54L,经过4次注浆,使注浆压力达到25.2MPa, 完成钻孔K6在第五注浆段的注浆工作;
在第六注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为3555.86m3,其中水泥的加入 量为695.891t,水玻璃的加入量为33669.69L,经过9次注浆,使注浆压力达到 22.6MPa,完成钻孔K1在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为121.91m3,其中水泥的加入 量为18.282t,水玻璃的加入量为731.46L,经过2次注浆,使注浆压力达到25.2MPa, 完成钻孔K2在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为4281.26m3,其中水泥的加入 量为709.958t,水玻璃的加入量为26533.015L,经过9次注浆,使注浆压力达到 22.4MPa,完成钻孔K3在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为109.45m3,其中水泥的加入 量为16.414t,水玻璃的加入量为656.7L,经过2次注浆,使注浆压力达到24.0MPa, 完成钻孔K4在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为1589.61m3,其中水泥的加入 量为335.489t,水玻璃的加入量为27803.9L,经过3次注浆,使注浆压力达到 21.8MPa,完成钻孔K5在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为42.07m3,其中水泥的加入量 为6.31t,水玻璃的加入量为252.42L,经过1次注浆,使注浆压力达到25.4MPa, 完成钻孔K6在第六注浆段的注浆工作;
在第七注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注 入黏土水泥浆:
钻孔K1在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为66.579m3,其中水泥的加入 量为9.988t,水玻璃的加入量为399.45L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.4MPa, 完成钻孔K1在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为122.87m3,其中水泥的加入 量为18.432t,水玻璃的加入量为737.22L,经过2次注浆,使注浆压力达到27.1MPa, 完成钻孔K2在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为102.259m3,其中水泥的加入 量为15.339t,水玻璃的加入量为613.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.2MPa, 完成钻孔K3在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为76.79m3,其中水泥的加入量 为8.946t,水玻璃的加入量为372.54L,经过2次注浆,使注浆压力达到26.3MPa, 完成钻孔K4在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为1912.215m3,其中水泥的加 入量为485.955t,水玻璃的加入量为29561.5L,经过3次注浆,使注浆压力达到 24.0MPa,完成钻孔K5在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为39.36m3,其中水泥的加入量 为5.904t,水玻璃的加入量为236.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到26.7MPa, 完成钻孔K6在第七注浆段的注浆工作;
然后对钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6进行复注,复 注注入均为黏土水泥浆:
钻孔K1复注注入黏土水泥浆的体积为24.5m3,其中水泥的加入量为3.675t, 水玻璃的加入量为147L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.0MPa,完成钻孔K1 的注浆工作;
钻孔K2复注注入黏土水泥浆的体积为54.013m3,其中水泥的加入量为10.808t,水玻璃的加入量为540.2L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.1MPa,完成钻孔K2 的注浆工作;
钻孔K3复注注入黏土水泥浆的体积为39.419m3,其中水泥的加入量为5.913t, 水玻璃的加入量为236.5L,经过1次注浆,使注浆压力达到19.1MPa,完成钻孔K3 的注浆工作;
钻孔K4在复注注入黏土水泥浆的体积为72.055m3,其中水泥的加入量为14.411t,水玻璃的加入量为720.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到18.2MPa,完 成钻孔K4的注浆工作;
钻孔K5复注的注入黏土水泥浆的体积为34.574m3,其中水泥的加入量为 5.186t,水玻璃的加入量为207.4L,经过1次注浆,使注浆压力达到19.8MPa,完 成钻孔K5的注浆工作;
钻孔K6复注注入黏土水泥浆的体积为58.008m3,其中水泥的加入量为11.601t,水玻璃的加入量为580.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到18.4MPa,完成钻孔K6 的注浆工作;
最后对钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6进行封孔,封 孔注入均为单液水泥浆:
钻孔K1封孔注入单液水泥浆的体积为14.7m3,其中水泥的加入量为11.157t, 食盐的加入量为55.86kg,三乙醇胺的加入量为5.88kg,完成钻孔K1的封孔工作;
钻孔K2封孔注入单液水泥浆的体积为14.5m3,其中水泥的加入量为11.01t, 食盐的加入量为55.1kg,三乙醇胺的加入量为5.8kg,完成钻孔K2的封孔工作;
钻孔K3封孔注入单液水泥浆的体积为14.21m3,其中水泥的加入量为10.785t, 食盐的加入量为53.998kg,三乙醇胺的加入量为5.684kg,完成钻孔K3的封孔工作;
钻孔K4封孔注入单液水泥浆的体积为14.1m3,其中水泥的加入量为10.71t, 食盐的加入量为53.62kg,三乙醇胺的加入量为5.64kg,完成钻孔K4的封孔工作;
钻孔K5封孔注入单液水泥浆的体积为14.4m3,其中水泥的加入量为10.93t, 食盐的加入量为54.72kg,三乙醇胺的加入量为5.76kg,完成钻孔K5的封孔工作;
钻孔K6封孔注入单液水泥浆的体积为14.6m3,其中水泥的加入量为11.08t, 食盐的加入量为55.48kg,三乙醇胺的加入量为5.48kg,完成钻孔K6的封孔工作。
表17 K1孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000251
表18 K2孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000252
表19 K3孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000253
表20 K4孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000261
表21 K5孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000262
表22 K6孔注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000271
由于112盲竖井地下水异常丰富,且水文地质条件非常复杂,在钻孔勘察过程 中多个钻孔揭露承压水,发生钻孔涌水事故。在钻进至第六注浆段时,涌水量突然 增大或逐渐增大至10m3/h以上,因此在注浆段钻进中调整了钻具、钻探泥浆和各孔 间的钻进速度以及不同钻孔交替注浆的方式实现穿越。
在钻进至第六注浆段时,遇到高承压水地层,涌水量突然增大或逐渐增大至10m3/h以上,通过调整钻具、调整钻探泥浆、错开钻孔进度以及不同钻孔交替注浆的方 式实现穿越,需要采用如下方法:
调整钻具:采用加重的钻具组合,加重钻具组合总质量超过10t,所述加重的钻 具组合包括钻杆和钻铤;所述钻杆由2根73加重钻杆、下部的35根73钻杆和上部 的1根89钻杆组成,所述钻铤为2根73钻铤;
调整钻探泥浆:采用较高浓度的黏土原浆做钻井泥浆,同时加入重晶石成分, 达到增大泥浆比重,平衡地下水水压的作用,控制钻孔涌水量;所述钻井泥浆的相 对密度根据式(Ⅱ)得到:
Figure BDA0001867947010000272
式中:H为孔内涌水点到孔口的高度,m;P为孔口涌水压力,MPa;P0为从涌水点到孔口冲洗液沿环状间隙上返的压力损失,MPa;ρ为水的密度,取1000kg/m3
取-50m标高为计算基准,井筒勘察孔开孔位置位于+670m标高,因此H=720m, 原井筒勘察孔孔口压力P=1.93MPa,取压力损失P0=0.5MPa,由(Ⅱ)式计算可得ρ =1.338×103kg/m3,为实现平衡涌水压力,防止大涌水事故,同时观察孔内涌水情况, 钻井泥浆按密度1.30×103kg/m3配制;所述钻井泥浆的制备方法为:在钻探用黏土浆 中,加入重晶石粉,得到所述钻井泥浆;所需加入重晶石粉的量,根据式(Ⅲ)得 到:
W1=ρ1V020)/(ρ12) (Ⅲ)
式中:W1为重晶石加入质量,kg;ρ1为重晶石密度,kg/m3,取4000kg/m3;V0为 加重晶石前的泥浆体积,m3;ρ2为加重晶石后的泥浆密度,kg/m3;所述钻探用黏土 浆的密度为1.10×103kg/m3,所述重晶石粉的加入量为296.3kg;所述钻探用黏土浆 由水、黏土1号和黏土2号组成,所述黏土1号和所述黏土2号的质量比为1:1.2; 所述黏土1号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%, 粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于 等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于 0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指 数为26.8;所述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;所述黏土2号的 粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于 0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm 且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于 0.075mm的黏土占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所 述黏土2号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
在钻进至第六注浆段时,错开钻孔进度:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、 钻孔K5和钻孔K6钻进深度相互错开,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔 K5和钻孔K6钻进深度错开的竖直距离为8~10m;
采用不同钻孔交替注浆,再小距离钻进,通过大涌水量地层,包括如下步骤:
(B-4-1)根据提取勘探的涌水情况,在钻进第六注浆段过程中,实时观察测量 钻孔涌水情况;
(B-4-2)当钻孔K1、钻孔K3和钻孔K5内涌水量突然增大或逐渐增大至10m3/h 以上,立即提钻,下止浆塞;对该钻孔注入综合型黏土水泥浆,当注浆压力达到要 求后,停止注浆;通过多次注浆,使裂隙充填更密实,堵塞和减少周围水流通道, 使深部涌水量减少,使大涌水量变为为中小涌水量;涌水量明显减少后再向下钻进, 直至穿过大涌水地层;所述综合型黏土水泥浆由注浆用黏土浆、水泥和添加剂组成; 所述添加剂为水玻璃,所述水玻璃的模数为2.8-3.4,所述水玻璃的浓度为38-42 波美度;所述注浆用黏土浆的密度为1.12×103~1.24×103kg/m3,所述水泥的加入 量为50~300kg/m3,所述水玻璃的加入量为2~40L/m3;所述注浆用黏土浆由水、黏 土1号和黏土2号组成,所述黏土1号和所述黏土2号的质量比为1:0.8;所述黏 土1号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%,粒度大 于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于等于 0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于0.050mm 且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指数为26.8; 所述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;所述黏土2号的粒度级配为: 粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于0.002mm且小于 0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm 的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土 占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所述黏土2号中的 有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
(B-4-3)然后对其他需要注浆的钻孔,按照步骤(B-4-2)中的注浆方法和注浆 要求注综合型黏土水泥浆;
(B-4-4)各钻孔交替钻进、不同钻孔交替注综合型黏土水泥浆,直至达到注浆 压力达到要求,各钻孔分别穿过大涌水地层。
为防止淹钻窝的现象发生,选定K1钻孔及K3钻孔超前探水注浆。为了使黏土 水泥浆液扩散均匀,更充分更有效的充填大涌水地层裂隙,在根据各钻孔涌水情况 决定是否注浆的基础上,实行各钻孔小距离钻进交替注浆,以便浆液均匀扩散形成 帷幕,实现井筒区域裂隙的整体有效充填。现场施工的注浆情况(按照注浆日期进 行排序)见表23。
表23深部大涌水地层注浆情况表
Figure BDA0001867947010000291
由表23可以看出,钻孔K3率先揭露大涌水地层,钻孔K3在2017年4月26 日钻进至孔深688m时,遇孔内涌水突然增大至8m3/h,为防止继续钻进涌水急剧增 大导致钻窝被淹,随即起钻下塞注浆,注黏土水泥浆1794.96m3后,压力上升至 18.4MPa,孔内涌水量减小至1.8m3/h,注浆压力达到要求18.8-28.2MPa,停止对K3 钻孔注浆。
然后对K1钻孔,注入黏土水泥浆,达到注浆压力18.0MPa,停止对K1钻孔注浆。
如表23所示,重复小距离钻进、不同钻孔交替注黏土水泥浆,直至达到注浆压 力达到要求,通过不断的交替注黏土水泥浆,裂隙不断被封堵,涌水量不断减少, 注浆的压力不断增大,通过长达一个多月的注浆,大涌水地层大裂隙被顺利封堵, 注浆效果明显,K3和K1钻孔的注浆压力均超过22MPa,注后的钻孔涌水量为零,钻 孔成功穿越大涌水地层。
注浆质量分析:彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒附近地层 水文地质及工程地质条件较为复杂,为保证注浆效果,在整个注浆施工过程中对每 个环节都进行了质量控制,现从以下几个方面对副井注浆质量进行分析。
1.注浆孔偏斜情况分析:注浆孔的分布及落点是保证注浆质量的前提条件,根 据设计要求,钻孔偏斜率不大于3‰,且每个层面落点大体均布。实际的偏斜率均 符合设计要求,并且钻孔在注浆圈径上分布大体均匀,在不同深度的落点也大体均 布,从而保证了注浆工程的质量。具体的钻孔偏斜情况表17至表22。
2.注浆压力分析:注浆压力是克服浆液流动阻力、驱使浆液在岩层裂隙(以及 层界面、破碎带)中流动、扩散、充填、压密的动力,是最重要的注浆参数之一。 注浆过程中岩帽段注浆终压为静水压力1.5~2.0倍;其它注浆段注浆终压为静水压 力的2.0~2.5倍。注浆工程中可以根据实际情况进行适当调节。
各注浆段注浆终压与设计终压值对比如表24所示,各孔各段注浆终压值均达到或超过了设计要求。
表24各孔段注浆终压与设计终压值对比表
Figure BDA0001867947010000301
3.浆液注入量分析:足够的浆液注入量是井筒地面预注浆形成有效隔水帷幕的物质保证,是决定注浆堵水质量的基础,各孔段注浆量(不含破碎带加固和封孔单 液浆)情况汇总见表25。由表25可知井筒各段注浆量分布不均匀,这是由于地层 所赋存裂隙分布不均一造成的,岩帽段最小32.804m3,第6段最大,达到9700.16m 3。第6段为深部大涌水地层,裂隙极其发育,沟通性好,根据工勘孔相关资料,本 段地层涌水量大,涌水水压较高,为本注浆治理工程的重点、难点所在。通过24 次注浆,成功控制住了大涌水地层的涌水,顺利穿过深部大涌水地层并最终施工至 设计深度。整个井筒共注浆112次,注浆总量15314.246m3,为原设计注浆总量18633 m3的82.19%,最终平均注入量为每米井筒注入约30.88m3
表25各段注浆情况汇总表
Figure BDA0001867947010000302
4.注浆前压水分析:压水段单位吸水量反映了受注地层的裂隙发育情况及富水性,单位吸水量越小,反映富水性越低。注浆过程中常用注浆前后压水段单位吸水 量的变化评价注浆堵水效果和评价所注岩层水文地质改善的程度。
压水段单位吸水量通过以下公式进行计算:
Figure BDA0001867947010000311
式中W----压水段单位吸水量,L/(min·m·m);Q----压水流量,L/min;P---- 压水压力(换算成水柱高度),m;L----压水段长度,m。
通过单孔单段多次注浆前后的压水段单位吸水量变化对比可以定性地分析受注含水地层的水文条件改善情况。如图20所示:K1孔第三段2017年3月19日第一 次注前单位吸水量为0.0083L/(min·m·m),注后单位吸水量为0.0021L/(min·m·m), 2017年3月29日第二次注前单位吸水量为0.0032L/(min·m·m),注后单位吸水量为 0.0015L/(min·m·m)。前后两次注浆,对地层水文条件的改善均很显著。
而通过一序孔、二序孔之间各孔单段多次注浆前的压水段单位吸水量变化对比也可以定性地分析受注含水地层的水文条件改善情况。
如图21所示:一序孔K1第三注浆段第一次注浆前压水单位吸水量为0.0083L/(min·m·m),一序孔K3第三注浆段第一次注浆前压水单位吸水量降为0.0072L/ (min·m·m),一序孔K5第三注浆段第一次注浆前压水单位吸水量降为0.0044L/(min ·m·m)。K6第三段第一次注浆前压水单位吸水量为0.0022L/(min·m·m),K2第三 段第一次注浆前压水单位吸水量为0.0027L/(min·m·m),K4第三段第一次注浆前 压水单位吸水量为0.0025L/(min·m·m)。体现了同一层位二序孔注浆的孔注前单 位吸水量比一序孔注浆的孔注前单位吸水量有减小的趋势。也说明了通过一序孔的 注浆,含水地层裂隙得到有效填充,二序孔的注前压水单位吸水量比一序孔显著降 低,体现了良好的注浆效果。
5.终检孔压水试验检查
根据施工组织设计,对竖井注浆钻孔进行压水试验,计算井筒剩余涌水量,作 为检查整个井筒基岩注浆段注浆施工质量的参考标准。按照稳定流理论计算公式如 下:
1)计算渗透系数公式:
①W=Q/(P·L)
②K=0.52704Wlg(0.66L/r)
式中:P—压水压力,换算成水柱高度(m);Q—压水流量(L/min)W—压水段单位 吸水量[L/(m·m·min)];L—压水段高(m);r—钻孔半径(m);K—渗透系数(m/d)。
2)压水试验的井筒涌水量预计计算公式:
③R=10Sw k1/2
④Q=1.366K M(2H0-M)/(lgR-lgr)
式中:Q—预计井筒涌水量(m3/d);Sw—含水层最大降深(m);K—渗透系 数(m/d);H0—含水层静水位至含水层底板的高度(m);M—含水层厚度(m);R—水 位降至含水层底板时的影响半径(m);r—井筒荒半径(m)。
2017年9月13日对K2孔516~757.28m段、254~516m段进行压水试验,将相 关数据代入上述计算公式,可计算井筒剩余涌水量为:4.83m3/h。
总之,通过以上各个方面综合分析,本工程质量是有保证的,可以达到设计要 求。
6.注浆交圈图
根据全井筒的注浆量15314.246m3,可通过注浆量计算公式反算浆液扩散半径。由公式:Q=AπR2Hnβ/m,其中(R=r+L)可以得出:
Figure BDA0001867947010000321
其中:Q为注浆量(m3);A为浆液扩散消耗系数;R为浆液扩散半径(m);H为 注浆段高;n为岩石平均裂隙率;β为浆液充填系数;m为岩石结石率;r为钻孔半 径,L为浆液扩散距离。
经计算可知,浆液扩散距离L=9.062m。
7.浆液结石体
根据凿井单位实际揭露情况,岩帽段及第一注浆段岩层裂隙内充满浆液结石体,浆液及岩层较为完整的结合在一起。如图22和图23所示。
彝良驰宏矿业有限公司毛坪铅锌矿112线盲竖井井筒预注浆工程经自检钻孔质量良好,钻孔分布及偏斜率符合设计要求,注浆终压及注入量等注浆参数基本达到 设计标准,浆液堵水帷幕完整有效,经压水试验计算预计的井筒剩余涌水量为 4.83m3/h。

Claims (7)

1.一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,包括如下步骤:
(A)环绕金属岩盲斜竖井井筒(2-12)的注浆孔钻探;
(B)环绕金属岩盲斜竖井井筒(2-12)的注浆孔注浆;
在步骤(A)中,包括如下步骤:
(A-1)地面制浆站、地下注浆硐室和钻窝硐室的稳定性布置;
(A-2)大型钻探注浆设备输送至地下注浆硐室和钻窝硐室;
(A-3)固管段采用全S孔定向钻孔施工和注浆段钻探施工;
在步骤(B)中,包括如下步骤:
(B-1)注浆材料的制备;
(B-2)先进行注浆前压水测试,然后调整注浆材料,进行分段注浆,达到各段的注浆压力,完成注浆防水工作;遇到高承压水地层时:通过调整钻具、调整钻探泥浆、错开钻孔进度以及不同钻孔交替注浆的方式实现穿越;所述高承压水地层为涌水点处涌水量为120m3/h以上、孔口水压为1.90MPa以上的高承压裂隙水地层;
在步骤(A-1)中,在标高为901m的地面布置一座地面制浆站,在标高为670m的地下工作平台布置地下注浆硐室和钻窝硐室;
所述地面制浆站布置在南部帷幕巷道往南400m处的洛泽河东侧;所述地面制浆站,自北向南设置有:堆土场(1-1)、原浆池(1-2)、储浆池(1-3)、制浆车间(1-4)、制浆台(1-5)和库房(1-6);
所述注浆硐室(2-11)布置在原有巷道上;所述原有巷道为110线巷道(2-13),所述注浆硐室(2-11)的中心位置到盲竖井井筒(2-12)的中心处的距离为63m,所述注浆硐室(2-11)的布置数量为1个;所述注浆硐室(2-11)的长为17.2m,宽为7.5m,高为9m;在所述注浆硐室(2-11)内:在距离盲竖井井筒(2-12)较近的一侧沿长度方向依次设有1个水玻璃池(2-7),1个清水池(2-8)和1个搅拌池(2-9),在距离盲竖井井筒(2-12)较远的一侧沿长度方向依次安置有2台注浆泵(2-10);
所述钻窝硐室布置在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆周上;所述钻窝硐室为3个,均匀布置在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆周上;3个钻窝硐室分别为1号钻窝(2-14)、2号钻窝(2-15)和3号钻窝(2-16);每个钻窝硐室中设置有2个钻孔,即1号钻窝(2-14)有2个钻孔,分别为钻孔K5和钻孔K6,2号钻窝(2-15)有2个钻孔,分别为钻孔K3和钻孔K4,3号钻窝(2-16)有2个钻孔,分别为钻孔K1和钻孔K2;所述钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6布孔在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆上,盲竖井井筒(2-12)圆心到钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6的距离均为14m;
所述钻窝硐室的下部为长方体结构,长a和宽b均为9m,高h1为3m;所述钻窝硐室的上部为四棱台结构,所述四棱台的下底面的长a和宽b均为9m;四棱台的上底面为长方形,长c为7m、宽d为4m;所述四棱台的高h2为13m;沿上底面宽度方向,所述四棱台剖面为梯形,梯形的一个腰与下底面的夹角α为84°,梯形的另一个腰与下底面的夹角β为74°;
在每个钻窝硐室内:两个钻孔的圆心距f为3m,每个钻孔的半径均为0.64m;两个钻孔的圆心到四棱台上底面的长边的水平距离e均为2m,其中一个钻孔的圆心到四棱台上底面的一个短边的水平距离g为1.966m,另一个钻孔的圆心到四棱台上底面的另一个短边的水平距离k为2.034m;
所述钻窝硐室开口处与钻窝联络道(2-3)相连通,沿上底面长度方向,所述四棱台沿剖面为梯形,梯形的一个腰与下底面的夹角γ为83°,梯形的另一个腰与钻窝联络道(2-3)的顶部为弧面连接,弧面的半径为4m;
在每个所述钻窝硐室内:邻近钻窝联络道(2-3)且靠近长方体结构的长边的一侧,开凿有沉淀池(2-4),沉淀池的长为4m、宽为1.5m、深为1m;在每个钻窝硐室外侧且与所述钻窝联络道(2-3)相对的一侧开凿有电机硐室(2-5),所述电机硐室(2-5)的长、宽和高均为2m,所述电机硐室(2-5)的中心正对着两个钻孔的圆心;
所述钻窝联络道(2-3)的横截面下半部为长方形,长为4m、宽为1.8m、高为1.2m,所述钻窝联络道(2-3)的横截面上半部为三个扇环形组成,在两侧的扇环形的半径为0.894m,中间的扇环形的半径为3.044m,所述钻窝联络道(2-3)的一侧设置有水沟(2-6),水沟的宽和深均为0.3m;
在步骤(A-3)中,
在固管段施工,采用全S形孔定向钻进施工:将钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6分别引入钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’;所述钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’分别在以盲竖井井筒(2-12)为中心的圆上,以盲竖井井筒(2-12)圆心到钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’的距离均为4.75m;钻孔落点K1’、钻孔落点K2’、钻孔落点K3’、钻孔落点K4’、钻孔落点K5’和钻孔落点K6’之间各相邻钻孔落点的距离均为4.75m;
S形钻孔在地层中的轨迹是三维的,分为直孔段(AB)、增斜段(BC)、稳斜段(CD)、降斜段(DE);
S形钻孔轨迹公式如式(Ⅰ)所示:
θ=arctan{(R1+R2)/[(D1-D2)2-2(R1+R2)X+X2]1/2}-arctan[(R1+R2-X)/(D2-D1)]
(Ⅰ)
其中:
R1=57.3/Kc1;R2=57.3/Kc2;L1=30.48γ/Kc1;L2=30.48γ/Kc2;CD=[(D1-D2)2-2(R1+R2)X+X2]1/2
D1为增斜段(BC)起始点深度,即开始定向钻进时的深度,D2为降斜后成为直孔段时的深度,R1为增斜段(BC)的曲率半径,R2为降斜段(DE)的曲率半径,θ为稳斜段(CD)的顶角,X为目标点的水平偏距;Kc1、Kc2为增斜段(BC)和降斜段(DE)的造斜率,造斜率与造斜工具有关;L1为增斜段(BC)钻进弧长;L2为降斜段(DE)的钻进弧长;θ和CD是关键参数;
钻孔自工作平台开孔至50m处为直孔段(AB)钻进,自50m处至80m处为增斜段(BC),采用螺杆钻具实施定向钻进,目标方位X及顶角θ达到入靶要求,顶角θ增至3.5°,开始稳斜段(CD)自80m处至240m处钻进施工,稳斜段(CD)钻进20m至30m时,实施测斜,实时监控注浆孔固管段偏斜数据,自240m处至254m处为降斜段(DE)定向钻进,采用螺杆钻具实施降斜;
钻孔在固管段采用Φ133mm钻头钻进后用Φ215.9mm钻头扩孔,然后下Φ168×7mm无缝钢套管固管;在固管段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6从工作平台0m钻进至254m,钻进深度均为254m。
2.根据权利要求1所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,
在步骤(A-2)中,大型钻探注浆设备先拆解和分类,然后按照不同分类,选择不同运输方法,最后把运送到工作位置的大型钻探注浆设备组装;
所述钻探注浆设备包括钻机、注浆泵、泥浆泵、钻杆、钻铤和钻塔;所述钻机可拆解为钻机的3个底盘、钻机的岩心机和钻机的磨盘;所述注浆泵拆解为注浆泵的底盘、注浆泵电动机和注浆泵泵体;
把拆解为单件的设备,分为三类:
第一类设备为单件尺寸大的件,包括钻机的3个底盘和注浆泵的底盘;
第二类设备为单件体积小但质量大的件,包括泥浆泵、钻机的岩心机、钻机的磨盘、注浆泵电动机和注浆泵泵体;
第三类设备为单件为细长件,包括钻杆、钻铤和钻塔;
按照不同分类方法,在不同运输段选择不同运输方法:
(A-2-1)由材料堆场转运至盲竖井井口:
第一类设备的转运方法为:采用装载机铲斗前端铲运;第一类设备的一端置于装载机铲斗内,另一端的两角分别用钢丝绳绑定,将钢丝绳拉紧后将其另一端用卸扣固定在铲斗上部;装载机抬升铲斗后直接将设备铲运至盲竖井井口;
第二类设备的转运方法为:采用装载机铲斗挂运;第二类设备直接用一根长钢丝绳的两端分别绕设备两端一圈进行捆绑固定,再将钢丝绳中部挂在装载机铲斗上,调整好水平后,直接将设备挂运至盲竖井井口;
第三类设备的转运方法为:借助的爬犁,用装载机拖运;先用装载机将第三类设备挑运到爬犁上,再用钢丝绳将第三类设备与爬犁绑牢,为确保拖运过程中的平衡稳定,所有第三类设备的重心应在爬犁中部略靠前的位置;然后用一根长钢丝绳,从上面绕过第三类设备,将长钢丝绳的两头固定在爬犁前端两侧的专用固定点上,长钢丝绳中部挂在装载机尾部的挂钩上;然后由装载机拖运爬犁至盲竖井井口;所述爬犁由钢管焊接而成,制作方法为:爬犁两侧为大钢管,中间用小钢管与大钢管进行焊接固定,大钢管靠地的两端管口做成上翘的弧形;
(A-2-2)由盲竖井井口下放至670码头门:
第一类设备的下放方法为:用钢丝绳两头分别绑定第一类设备的短边的两角,将钢丝绳中部挂在提升系统的大挂钩上,直接下放至670马头门;
第二类设备的下放方法为:用一根长钢丝绳的两端分别绕第二类设备两端一圈进行捆绑固定,再将钢丝绳中部挂在提升系统的大挂钩上,直接下放至670马头门;
第三类设备的下放方法为:编制6根长11m的钢丝绳,6根钢丝绳分别穿过6根第三类设备的中心孔眼后,用卸扣将6根钢丝绳头串到一起,再用一根粗钢丝绳穿过6根钢丝绳的另一端绳头后挂在提升系统的大挂钩上,起大钩后提起第三类设备使之呈直立稳定状态,再直接下放至670马头门;
(A-2-3)通过670马头门运至各作业位置:
第一类设备、第二类设备和第三类设备运送方法:下放至670马头门处时,用电铲运机拖拽下放的设备底端,边拖拽边打信号,缓慢下放大钩,待设备重心完全处于670马头门内时,解除大钩钢丝绳;调整设备位置并整理钢丝绳后,用铲运机将设备转运至各作业位置;
由盲竖井井口下放至670码头门的下放顺序的原则为根据井下设备组装先后顺序及空间需求来安排;钻机的下放顺序为:先下放3个钻机的底盘,再下放钻机的岩心机和磨盘,最后下放钻塔;注浆泵的下放顺序为:先下放注浆泵的底盘,再下放注浆泵的电动机和泵体;
最后,转运至各作业位置的设备进行组装:
泥浆泵:泵体和电动机利用电铲运机直接转运作业位置后,进行组装;
注浆泵:注浆泵的底盘利用电铲运机直接转运作业位置后,直接安装连接螺栓;再将注浆泵的泵体和注浆泵的电动机,用电铲运机直接转运作业位置后,进行组装;
钻机:钻机的3个底盘利用电铲运机直接转运作业位置后,直接安装连接螺栓;钻机的磨盘和钻机的岩心机的组装利用钻窝顶部预先安装的16#工字钢起吊梁,在起吊梁挂上10t的滑轮,钻窝底部边帮打锚杆固定绞车,绞车钢丝绳穿过滑轮后与绑在设备上的钢丝绳连接进行提升,电铲运机进行辅助确保设备的平稳安全。
3.根据权利要求1所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,在步骤(A-3)中,
注浆段钻探施工,注浆段实施直孔段钻进施工,采用7LZ95螺杆钻具实施注浆段直孔纠斜工作;
错开钻孔进度:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6钻进深度相互错开,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6钻进深度错开的距离应大于8-10m;
在岩帽端,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高254m钻进至274m,钻进段长均为20m,
在第一注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高274m钻进至330m,钻进段长均为56m,
在第二注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高330m钻进至405m,钻进段长均为75m,
在第三注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高405m钻进至474m,钻进段长均为69m,
在第四注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高474m钻进至550m,钻进段长均为76m,
在第五注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高550m钻进至628m,钻进段长均为78m,
在第六注浆段,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均从标高628m钻进至710m,钻进段长均为82m,
在第七注浆段,钻孔K1从标高710m钻进至756.7m,钻进段长为46.7;钻孔K2从标高710m钻进至757.28m,钻进段长为47.28;钻孔K3从标高710m钻进至755.13m,钻进段长为45.13;钻孔K4从标高710m钻进至759.01m,钻进段长为49.01;钻孔K5从标高710m钻进至755.49m,钻进段长为45.49;钻孔K6从标高710m钻进至756.55m,钻进段长为46.55;
钻孔K1、钻孔K3和钻孔K5为一序孔,K2、K4和K6为二序孔。
4.根据权利要求1所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,在步骤(B-1)中,所述注浆材料包括单液水泥浆、黏土水泥浆和化学浆;
所述单液水泥浆为水泥浆中加入食盐和三乙醇胺;所述水泥浆的加入清水的体积与加入水泥的质量比为0.5-1.5:1;食盐的加入量为水泥加入量的0.05%,三乙醇胺的加入量为水泥加入量的0.005%;
所述单液水泥浆的制备方法为:将清水加入一级搅拌池后,利用自动上料及计量系统将散装水泥罐中的水泥定量加入一级搅拌池,充分搅拌后,下放到二级搅拌池;在地下注浆硐室内的搅拌池(2-9)中利用计量系统将食盐、三乙醇胺定量加入,充分搅拌后,即得单液水泥浆;
所述黏土水泥浆由黏土浆、水泥和添加剂组成;所述黏土水泥浆密度为1.15×103~1.33×103kg/m3;所述黏土浆的密度为1.12×103~1.24×103kg/m3,所述水泥的加入量为50~300kg/m3,所述添加剂为水玻璃,所述水玻璃的加入量为2~40L/m3;所述水玻璃的模数为2.8-3.4,所述水玻璃的浓度为38-42波美度;所述水泥的规格如下:强度大于等于42.5,水泥粒度大于80μm的水泥含量小于等于5%;
所述黏土水泥浆制备方法为:利用自动上料及计量系统将散装水泥罐中的水泥按照每立方米黏土浆加入水泥50~300kg定量加入一级搅拌池,充分搅拌后,下放到二级搅拌池;利用计量系统将添加剂按照每立方米黏土浆加入水玻璃2~40L定量加入二级搅拌池,充分搅拌后,即得黏土水泥浆;
所述黏土浆中的黏土的粒度为小于0.005mm的颗粒的黏土大于等于黏土总质量的25wt%;黏土的砂的粒度为大于0.075mm且小于20.0mm的砂的含量小于等于黏土总质量的5%;黏土的塑性指数大于10;黏土中有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
所述黏土浆的制备方法为:利用高压水喷射黏土,形成初步的黏土浆液,再将初步的黏土浆液除砂,通过制浆机进行磨细,得到黏土浆,放入储浆池内存放;
所述黏土浆中的黏土由黏土1号和黏土2号一种或两种组成;所述黏土1号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指数为26.8;所述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
所述黏土2号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所述黏土2号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
所述化学浆由水玻璃和胶凝剂组成,所述水玻璃与胶凝剂的体积比为3.89-4:1。
5.根据权利要求1所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,在步骤(B-2)中,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6各段的设计注浆压力为:在岩帽段的注浆终压为7.6-10.1MPa,在第一注浆段的注浆终压为11.2-16.8MPa,在第二注浆段的注浆终压为12.7-19.1MPa,在第三注浆段的注浆终压为14.1-21.1MPa,在第四注浆段的注浆终压为15.6-23.4MPa,在第五注浆段的注浆终压为17.2-25.7MPa,在第六注浆段的注浆终压为18.8-28.2MPa,在第七注浆段的注浆终压为19.7-29.55MPa。
6.根据权利要求1所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,先进行注浆前压水测试,然后调整注浆材料,进行分段注浆,达到各段的注浆压力,完成注浆防水工作;每一注浆段内,当一次注浆不能达到设计要求时应复注,复注间隔时间应大于等于12h;
在固管段注浆:套管段施工时,钻孔至254m后,改用Φ133mm钻头继续向下钻进1.0~2.0m,以沉积孔内岩、土粉屑;然后下Φ168×7mm无缝钢管,待套管下至254m后,在套管内下止浆塞,止浆塞下至套管底部,距底部3~4m处,先用注浆泵压清水,检查止浆效果,孔内若有返水现象,应起塞重新下塞,直至不返水为止;压水过程中,套管外缘孔壁发生返水现象,待返水至澄清后注入单液水泥浆,待套管外缘返出单液水泥浆后,即停止注浆,再定量压入清水;6~8小时起塞,12小时后扫出套管内距底1.0~1.5m上的水泥浆,继续养护24~36小时,套管内压水试验大于2MPa,套管外不返水,固管结束;钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6在固管段均入单液水泥浆的体积均为10m3的,其中水泥的加入量10.91t,食盐的加入量为54.6kg,三乙醇胺的加入量为5.4kg;
在岩帽段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入单液水泥浆,
钻孔K1在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为9.12m3,其中水泥的加入量为4.94t,食盐的加入量为24.38kg,三乙醇胺的加入量为2.442kg,经过2次注浆,使注浆压力达到7.3MPa,完成钻孔K1在岩帽段的注浆;
钻孔K2在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为3.465m3,其中水泥的加入量为2.63t,食盐的加入量为13.167kg,三乙醇胺的加入量为1.386kg,经过1次注浆,使注浆压力达到15.2MPa,完成钻孔K2在岩帽段的注浆;
钻孔K3在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为4.06m3,其中水泥的加入量为3.157t,食盐的加入量为15.98kg,三乙醇胺的加入量为1.689kg,经过1次注浆,使注浆压力达到10.3MPa,完成钻孔K3在岩帽段的注浆;
钻孔K4在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为3.96m3,其中水泥的加入量为3.006t,食盐的加入量为15.048kg,三乙醇胺的加入量为1.584kg,经过1次注浆,使注浆压力达到13.8MPa,完成钻孔K4在岩帽段的注浆;
钻孔K5在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为9.13m3,其中水泥的加入量为5.6t,食盐的加入量为27.796kg,三乙醇胺的加入量为2.842kg,经过2次注浆,使注浆压力达到10.0MPa,完成钻孔K5在岩帽段的注浆;
钻孔K6在岩帽段的注入单液水泥浆的体积为3.069m3,其中水泥的加入量为2.329t,食盐的加入量为11.662kg,三乙醇胺的加入量为1.228kg经过1次注浆,使注浆压力达到12.7MPa,完成钻孔K6在岩帽段的注浆;
在第一注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为143.46m3,其中水泥的加入量为14.346t,水玻璃的加入量为1434.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa,完成钻孔K1在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为14.59m3,其中水泥的加入量为2.189t,水玻璃的加入量为87.54L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.2MPa,完成钻孔K2在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为59.77m3,其中水泥的加入量为5.977t,水玻璃的加入量为597.7L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa,完成钻孔K3在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为17.36m3,其中水泥的加入量为2.604t,水玻璃的加入量为104.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.6MPa,完成钻孔K4在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为140.11m3,其中水泥的加入量为16.52t,水玻璃的加入量为1401.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa,完成钻孔K4在第一注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第一注浆段的注入黏土水泥浆的体积为10.86m3,其中水泥的加入量为1.629t,水玻璃的加入量为65.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.5MPa,完成钻孔K6在第一注浆段的注浆工作;
在第二注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为9.05m3,其中水泥的加入量为0.91t,水玻璃的加入量为27.15L,经过1次注浆,使注浆压力达到17.5MPa,完成钻孔K1在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为22.26m3,其中水泥的加入量为3.34t,水玻璃的加入量为133.56L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.6MPa,完成钻孔K2在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为30.13m3,其中水泥的加入量为3.014t,水玻璃的加入量为90.39L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.5MPa,完成钻孔K3在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为18.59m3,其中水泥的加入量为2.789t,水玻璃的加入量为111.54L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.7MPa,完成钻孔K4在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为25.07m3,其中水泥的加入量为2.507t,水玻璃的加入量为180.35L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa,完成钻孔K5在第二注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第二注浆段的注入黏土水泥浆的体积为14.33m3,其中水泥的加入量为2.15t,水玻璃的加入量为85.98L,经过1次注浆,使注浆压力达到18.8MPa,完成钻孔K6在第二注浆段的注浆工作;
在第三注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为484.38m3,其中水泥的加入量为66.137t,水玻璃的加入量为3025.79L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.6MPa,完成钻孔K1在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为36.32m3,其中水泥的加入量为5.448t,水玻璃的加入量为217.92L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.7MPa,完成钻孔K2在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为311.48m3,其中水泥的加入量为37.499t,水玻璃的加入量为1496.24L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.8MPa,完成钻孔K3在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为40.32m3,其中水泥的加入量为6.048t,水玻璃的加入量为241.92L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.2MPa,完成钻孔K4在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为695.48m3,其中水泥的加入量为89.993t,水玻璃的加入量为4471.12L,经过4次注浆,使注浆压力达到17.3MPa,完成钻孔K5在第三注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第三注浆段的注入黏土水泥浆的体积为21.94m3,其中水泥的加入量为3.291t,水玻璃的加入量为131.46L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.1MPa,完成钻孔K6在第三注浆段的注浆工作;
在第四注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为115.05m3,其中水泥的加入量为7.02t,水玻璃的加入量为230.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到21.2MPa,完成钻孔K1在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为39.94m3,其中水泥的加入量为5.991t,水玻璃的加入量为239.64L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.3MPa,完成钻孔K2在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为100.78m3,其中水泥的加入量为7.796t,水玻璃的加入量为264.03L,经过2次注浆,使注浆压力达到20.0MPa,完成钻孔K3在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为42.39m3,其中水泥的加入量为6.36t,水玻璃的加入量为254.34L,经过1次注浆,使注浆压力达到23.3MPa,完成钻孔K4在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为126.48m3,其中水泥的加入量为10.096t,水玻璃的加入量为308.24L,经过3次注浆,使注浆压力达到21.5MPa,完成钻孔K5在第四注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第四注浆段的注入黏土水泥浆的体积为86.12m3,其中水泥的加入量为14.966t,水玻璃的加入量为680.56L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.2MPa,完成钻孔K6在第四注浆段的注浆工作;
在第五注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为38.92m3,其中水泥的加入量为1.946t,水玻璃的加入量为77.84L,经过2次注浆,使注浆压力达到24.0MPa,完成钻孔K1在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为29.57m3,其中水泥的加入量为5.751t,水玻璃的加入量为282.66L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.0MPa,完成钻孔K2在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为19.91m3,其中水泥的加入量为0.996t,水玻璃的加入量为39.82L,经过2次注浆,使注浆压力达到22.8MPa,完成钻孔K3在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为25.67m3,其中水泥的加入量为3.85t,水玻璃的加入量为154.02L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.2MPa,完成钻孔K4在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为40.73m3,其中水泥的加入量为4.616t,水玻璃的加入量为81.46L,经过3次注浆,使注浆压力达到24.0MPa,完成钻孔K5在第五注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第五注浆段的注入黏土水泥浆的体积为125.53m3,其中水泥的加入量为20.943t,水玻璃的加入量为922.54L,经过4次注浆,使注浆压力达到25.2MPa,完成钻孔K6在第五注浆段的注浆工作;
在第六注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为3555.86m3,其中水泥的加入量为695.891t,水玻璃的加入量为33669.69L,经过9次注浆,使注浆压力达到22.6MPa,完成钻孔K1在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为121.91m3,其中水泥的加入量为18.282t,水玻璃的加入量为731.46L,经过2次注浆,使注浆压力达到25.2MPa,完成钻孔K2在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为4281.26m3,其中水泥的加入量为709.958t,水玻璃的加入量为26533.015L,经过9次注浆,使注浆压力达到22.4MPa,完成钻孔K3在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为109.45m3,其中水泥的加入量为16.414t,水玻璃的加入量为656.7L,经过2次注浆,使注浆压力达到24.0MPa,完成钻孔K4在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为1589.61m3,其中水泥的加入量为335.489t,水玻璃的加入量为27803.9L,经过3次注浆,使注浆压力达到21.8MPa,完成钻孔K5在第六注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第六注浆段的注入黏土水泥浆的体积为42.07m3,其中水泥的加入量为6.31t,水玻璃的加入量为252.42L,经过1次注浆,使注浆压力达到25.4MPa,完成钻孔K6在第六注浆段的注浆工作;
在第七注浆段:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6均注入黏土水泥浆:
钻孔K1在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为66.579m3,其中水泥的加入量为9.988t,水玻璃的加入量为399.45L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.4MPa,完成钻孔K1在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K2在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为122.87m3,其中水泥的加入量为18.432t,水玻璃的加入量为737.22L,经过2次注浆,使注浆压力达到27.1MPa,完成钻孔K2在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K3在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为102.259m3,其中水泥的加入量为15.339t,水玻璃的加入量为613.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到23.2MPa,完成钻孔K3在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K4在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为76.79m3,其中水泥的加入量为8.946t,水玻璃的加入量为372.54L,经过2次注浆,使注浆压力达到26.3MPa,完成钻孔K4在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K5在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为1912.215m3,其中水泥的加入量为485.955t,水玻璃的加入量为29561.5L,经过3次注浆,使注浆压力达到24.0MPa,完成钻孔K5在第七注浆段的注浆工作;
钻孔K6在第七注浆段的注入黏土水泥浆的体积为39.36m3,其中水泥的加入量为5.904t,水玻璃的加入量为236.16L,经过1次注浆,使注浆压力达到26.7MPa,完成钻孔K6在第七注浆段的注浆工作;
然后对钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6进行复注,复注注入均为黏土水泥浆:
钻孔K1复注注入黏土水泥浆的体积为24.5m3,其中水泥的加入量为3.675t,水玻璃的加入量为147L,经过1次注浆,使注浆压力达到21.0MPa,完成钻孔K1的注浆工作;
钻孔K2复注注入黏土水泥浆的体积为54.013m3,其中水泥的加入量为10.808t,水玻璃的加入量为540.2L,经过2次注浆,使注浆压力达到17.1MPa,完成钻孔K2的注浆工作;
钻孔K3复注注入黏土水泥浆的体积为39.419m3,其中水泥的加入量为5.913t,水玻璃的加入量为236.5L,经过1次注浆,使注浆压力达到19.1MPa,完成钻孔K3的注浆工作;
钻孔K4在复注注入黏土水泥浆的体积为72.055m3,其中水泥的加入量为14.411t,水玻璃的加入量为720.6L,经过2次注浆,使注浆压力达到18.2MPa,完成钻孔K4的注浆工作;
钻孔K5复注的注入黏土水泥浆的体积为34.574m3,其中水泥的加入量为5.186t,水玻璃的加入量为207.4L,经过1次注浆,使注浆压力达到19.8MPa,完成钻孔K5的注浆工作;
钻孔K6复注注入黏土水泥浆的体积为58.008m3,其中水泥的加入量为11.601t,水玻璃的加入量为580.1L,经过2次注浆,使注浆压力达到18.4MPa,完成钻孔K6的注浆工作;
最后对钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6进行封孔,封孔注入均为单液水泥浆:
钻孔K1封孔注入单液水泥浆的体积为14.7m3,其中水泥的加入量为11.157t,食盐的加入量为55.86kg,三乙醇胺的加入量为5.88kg,完成钻孔K1的封孔工作;
钻孔K2封孔注入单液水泥浆的体积为14.5m3,其中水泥的加入量为11.01t,食盐的加入量为55.1kg,三乙醇胺的加入量为5.8kg,完成钻孔K2的封孔工作;
钻孔K3封孔注入单液水泥浆的体积为14.21m3,其中水泥的加入量为10.785t,食盐的加入量为53.998kg,三乙醇胺的加入量为5.684kg,完成钻孔K3的封孔工作;
钻孔K4封孔注入单液水泥浆的体积为14.1m3,其中水泥的加入量为10.71t,食盐的加入量为53.62kg,三乙醇胺的加入量为5.64kg,完成钻孔K4的封孔工作;
钻孔K5封孔注入单液水泥浆的体积为14.4m3,其中水泥的加入量为10.93t,食盐的加入量为54.72kg,三乙醇胺的加入量为5.76kg,完成钻孔K5的封孔工作;
钻孔K6封孔注入单液水泥浆的体积为14.6m3,其中水泥的加入量为11.08t,食盐的加入量为55.48kg,三乙醇胺的加入量为5.48kg,完成钻孔K6的封孔工作。
7.根据权利要求6所述的一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法,其特征在于,在钻进至第六注浆段时,遇到高承压水地层,涌水量突然增大或逐渐增大至10m3/h以上,通过调整钻具、调整钻探泥浆、错开钻孔进度以及不同钻孔交替注浆的方式实现穿越,需要采用如下方法:
调整钻具:采用加重的钻具组合,加重钻具组合总质量超过10t,所述加重的钻具组合包括钻杆和钻铤;所述钻杆由2根73加重钻杆、下部的35根73钻杆和上部的1根89钻杆组成,所述钻铤为2根73钻铤;
调整钻探泥浆:采用较高浓度的黏土原浆做钻井泥浆,同时加入重晶石成分,达到增大泥浆比重,平衡地下水水压的作用,控制钻孔涌水量;所述钻井泥浆的相对密度根据式(Ⅱ)得到:
Figure FDA0002412402560000161
式中:H为孔内涌水点到孔口的高度,m;P为孔口涌水压力,MPa;P0为从涌水点到孔口冲洗液沿环状间隙上返的压力损失,MPa;ρ为水的密度,取1000kg/m3
取-50m标高为计算基准,井筒勘察孔开孔位置位于+670m标高,因此H=720m,原井筒勘察孔孔口压力P=1.93MPa,取压力损失P0=0.5MPa,由(Ⅱ)式计算可得ρ=1.338×103kg/m3,为实现平衡涌水压力,防止大涌水事故,同时观察孔内涌水情况,钻井泥浆按密度1.30×103kg/m3配制;所述钻井泥浆的制备方法为:在钻探用黏土浆中,加入重晶石粉,得到所述钻井泥浆;所需加入重晶石粉的量,根据式(Ⅲ)得到:
W1=ρ1V020)/(ρ12) (Ⅲ)
式中:W1为重晶石加入质量,kg;ρ1为重晶石密度,kg/m3,取4000kg/m3;V0为加重晶石前的泥浆体积,m3;ρ2为加重晶石后的泥浆密度,kg/m3;所述钻探用黏土浆的密度为1.10×103kg/m3,所述重晶石粉的加入量为296.3kg;所述钻探用黏土浆由水、黏土1号和黏土2号组成,所述黏土1号和所述黏土2号的质量比为1:1.2-1.5;所述黏土1号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指数为26.8;所述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;所述黏土2号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所述黏土2号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
在钻进至第六注浆段时,错开钻孔进度:钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6钻进深度相互错开,钻孔K1、钻孔K2、钻孔K3、钻孔K4、钻孔K5和钻孔K6钻进深度错开的竖直距离为8~10m;
采用不同钻孔交替注浆,再小距离钻进,通过大涌水量地层,包括如下步骤:
(B-4-1)根据提取勘探的涌水情况,在钻进第六注浆段过程中,实时观察测量钻孔涌水情况;
(B-4-2)当钻孔K1、钻孔K3和钻孔K5内涌水量突然增大或逐渐增大至10m3/h以上,立即提钻,下止浆塞;对该钻孔注入综合型黏土水泥浆,当注浆压力达到要求后,停止注浆;通过多次注浆,使裂隙充填更密实,堵塞和减少周围水流通道,使深部涌水量减少,使大涌水量变为为中小涌水量;涌水量明显减少后再向下钻进,直至穿过大涌水地层;所述综合型黏土水泥浆由注浆用黏土浆、水泥和添加剂组成;所述添加剂为水玻璃,所述水玻璃的模数为2.8-3.4,所述水玻璃的浓度为38-42波美度;所述注浆用黏土浆的密度为1.12×103~1.24×103kg/m3,所述水泥的加入量为50~300kg/m3,所述水玻璃的加入量为2~40L/m3;所述注浆用黏土浆由水、黏土1号和黏土2号组成,所述黏土1号和所述黏土2号的质量比为1:0.8-1.2;所述黏土1号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量25.8%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的4.9%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的17.2%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的52.1%;所述黏土1号的塑性指数为26.8;所述黏土1号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;所述黏土2号的粒度级配为:粒度小于0.002mm的黏土占黏土1号总质量17.7%,粒度大于等于0.002mm且小于0.005mm的黏土占黏土1号总质量的11.2%,粒度大于等于0.005mm且小于0.050mm的黏土占黏土1号总质量的48.4%,粒度大于等于0.050mm且小于0.075mm的黏土占黏土1号总质量的22.7%;所述黏土2号的塑性指数为42.5;所述黏土2号中的有机物含量小于黏土总质量的3wt%;
(B-4-3)然后对其他需要注浆的钻孔,按照步骤(B-4-2)中的注浆方法和注浆要求注综合型黏土水泥浆;
(B-4-4)各钻孔交替钻进、不同钻孔交替注综合型黏土水泥浆,直至达到注浆压力达到要求,各钻孔分别穿过大涌水地层。
CN201811363748.2A 2018-11-16 2018-11-16 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法 Active CN109555559B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811363748.2A CN109555559B (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811363748.2A CN109555559B (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109555559A CN109555559A (zh) 2019-04-02
CN109555559B true CN109555559B (zh) 2020-06-16

Family

ID=65866550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811363748.2A Active CN109555559B (zh) 2018-11-16 2018-11-16 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109555559B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110284886B (zh) * 2019-06-28 2020-12-22 山东新巨龙能源有限责任公司 深立井井壁破裂安全防控方法
CN112240165B (zh) * 2020-06-09 2022-10-25 冀中能源峰峰集团有限公司 一种用于煤矿水害区域探查治理的目标层层位追踪方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103089301B (zh) * 2011-11-01 2015-02-04 北京市政建设集团有限责任公司 一种竖井内地下水疏堵结合的注浆加固施工工艺
CN103089280B (zh) * 2011-11-01 2015-02-04 北京市政建设集团有限责任公司 一种隧道内地下水疏堵结合的注浆止水加固施工工艺
CN103835723B (zh) * 2013-11-11 2016-08-17 北京中煤矿山工程有限公司 井筒穿越采空区地层的综合预治理方法
CN103898873B (zh) * 2014-03-25 2015-12-30 安徽水安建设集团股份有限公司 高水头下竖井施工缝渗水堵漏施工方法
CN104453913B (zh) * 2014-12-19 2016-08-03 玉溪大红山矿业有限公司 一种竖井工作面超前预注浆方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109555559A (zh) 2019-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105422170B (zh) 一种建筑基础下中深采空区注浆加固处理方法
Zhao et al. Tunnelling through a frequently changing and mixed ground: a case history in Singapore
CN110924967B (zh) 富水砂卵石地层盾构近接敏感建筑物精细化控制施工方法
CN110130936B (zh) 一种盾构掘进过程中突遇未处理溶洞或裂隙的施工方法
CN103835661B (zh) 一种局部开挖预支护反井钻井工艺
CN109577988B (zh) 一种金属矿山盲斜竖井井筒平行施工方法
CN102561950B (zh) 一种对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺及喷射钻头
CN104295239A (zh) 一种旋挖钻机硬岩地层成孔的方法
CN103628912A (zh) 一种采空区处理充填灌浆的施工方法
CN103437339A (zh) 岩溶地层地下连续墙槽壁附近溶洞封闭的施工方法
CN114233385B (zh) 一种斜井井筒突泥涌水的治理方法
CN111075478A (zh) 采掘工作面构造破碎带地面施工预注浆加固工艺
CN106979012A (zh) 立井井筒冻结孔内隐蔽导水通道综合处治方法
CN108590706A (zh) 一种用于特长单线铁路隧道多臂凿岩台车帷幕注浆施工技术
CN112983456B (zh) 一种富水砂层多排顶管地表变形控制方法
CN109555559B (zh) 一种金属矿山千米级盲竖井防治水技术方法
CN106837382A (zh) 一种地铁隧道围岩地面预注浆加固工艺
CN112576265A (zh) 一种盾构下穿老旧村庄沉降控制方法
CN115419384A (zh) 一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法
Emad et al. Backfill practices for sublevel stoping system
CN114412550A (zh) 一种用于特厚煤层老空区复采的采空区注浆治理方法
CN103147435A (zh) 采空区建筑工程地基处理方法
CN103046568A (zh) 长螺旋潜孔锤振动旋喷水泥土帷幕桩施工工艺
CN105926626B (zh) 超长风动潜孔锤振动旋喷桩施工工艺
Pellegrini et al. Sao Paulo Metro Project–Control of Settlements in variable soil conditions through EPB pressure and bicomponent backfill grout

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant