地面預(yù)注漿施工工藝

1、地面預(yù)注漿施工工藝1. 工程概況顧橋煤礦南區(qū)設(shè)計(jì)有進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井兩個(gè)立井井筒。其中進(jìn)風(fēng)井井筒地面預(yù)注漿工程委托唐山開灤建設(shè)(集團(tuán))有限公司地礦工程分公司第一項(xiàng)目部施工,進(jìn)風(fēng)井井筒凈直徑8. 6m,深度1034. 6m。2. 井筒地質(zhì)及水文地質(zhì)井筒穿過(guò)地層為新生界沖擊層和二疊石盒子組含煤地層新生界地層厚度為293. 9m,巖性主要以粘土、砂質(zhì)粘土、細(xì)砂組成,顆粒級(jí)別較細(xì)小。基巖段地層為24煤13 - 1煤底板層段,巖性主要以粘土巖、粉砂巖、細(xì)沙巖等組成,上部巖石破碎, 423. 9 603. 5m有7層破碎帶分布,巖石普氏硬度系數(shù)最高19,最低2。井筒水文地質(zhì)條件較復(fù)雜,整個(gè)井筒所穿過(guò)地層,上部

2、巖石破碎,裂隙發(fā)育,且多為垂向裂隙,含水豐富, 整個(gè)井筒共有含水層8 組, 涌水量310. 86m3 /h, 其中上部三層( 492 以上) , 為248. 4m3 /h,占總量的80%。3. 注漿技術(shù)方案為了盡快建井,采用“直孔+ S型孔”的地面預(yù)注漿方式。其特點(diǎn)為:基巖段地面預(yù)注漿采用直孔與井筒外定向斜孔“S”相結(jié)合,減少了井口占用時(shí)間,縮短建井工期。圖1:注漿鉆孔布置( a)平面; ( b)剖面兩組鉆孔的最后一孔均對(duì)基巖注漿段做壓水試驗(yàn),分階段檢驗(yàn)注漿堵水效果。4、井筒注漿設(shè)計(jì)及參數(shù)確定4. 1 注漿段高注漿上限定在基巖風(fēng)化帶中下部,深度327m,注漿下限應(yīng)超過(guò)井深10m左右,深度104

3、5m,注漿段總長(zhǎng)度718m。4. 2 注漿有效擴(kuò)散距離依據(jù)井筒基巖段的開鑿荒徑(9. 6m) ,爆破影響帶厚度( 2. 5m)和隔水帷幕厚度不小于6m 的要求,注漿漿液擴(kuò)散距離為不小于13. 3m,確定為14m。4. 3 注漿漿液品種的選擇確定巖帽是整個(gè)注漿施工的基礎(chǔ),是限制漿液上串的屏障,且施工工期短,必須選擇強(qiáng)度高、終凝時(shí)間短的漿液,才能符合施工的要求,故巖帽段注漿采用單液水泥漿;其他注漿段采用成本低、抗水稀釋性強(qiáng)、有良好的流性,所形成的結(jié)石體塑性大,抗震性好的粘土水泥漿(CL - C)作為注漿材料。單液水泥漿:由水泥、食鹽、三乙醇胺和水組成,選用32. 5級(jí)普通硅酸鹽水泥。粘土水泥漿:由

4、粘土、水泥、水玻璃和水組成,選用施工場(chǎng)地附近耕植土下的粘土和32. 5 級(jí)普通硅酸鹽水泥,粘土塑料指數(shù)18. 5,水玻璃模數(shù)2. 42.8,濃度3542波美度。4. 4 注漿終壓終量的要求注漿終壓依據(jù)巖石性質(zhì)、水文特征及本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值,巖帽段為1. 52. 0倍靜水壓,上部直孔段328500m為2. 53. 0倍靜水壓,外圍“S”孔5001045m為22. 5倍靜水壓。注漿壓力是使?jié){液在巖石裂隙中充填,擴(kuò)散的動(dòng)力。它是了解漿液是否充滿被注層裂隙的一個(gè)重要指標(biāo),注漿壓力在注漿過(guò)程中同時(shí)又受諸多因素的影響,在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要合理的調(diào)整,來(lái)滿足注漿質(zhì)量的要求。設(shè)計(jì)終量:粘土水泥漿Q 2

5、50L /min 為合格標(biāo)準(zhǔn); 單液水泥漿Q 100L /min為合格標(biāo)準(zhǔn),穩(wěn)定時(shí)間不小于20min。4. 5 漿液注入量設(shè)計(jì)巖帽注漿段注入單液水泥漿511m3 ,井筒單位注入量50m3 /m; 其他注漿段注入粘土水泥漿26300m3 ,井筒單位注入量37. 2m3 /m。設(shè)計(jì)漿液注入總量為26182m3 ,井筒單位平均注入量37m3 /m。5. 注漿鉆孔結(jié)構(gòu)及施工工藝5. 1 鉆孔結(jié)構(gòu)5. 1. 1 直孔直孔結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1表1直孔結(jié)構(gòu)表孔深(m) 孔徑(mm) 套管(mm) 備注0328 190 (244) 146 (219) 水泥固管327500 不小于118 裸孔注漿段5. 1. 2“S”型

6、定向孔“S”型定向孔結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2表2“S”型定向孔結(jié)構(gòu)表孔深(m) 孔徑(mm) 套管(mm) 備注0355 190 (244) 168 (219)348480 不小于118 裸孔4801045 裸孔5. 2 孔斜要求直孔段,偏斜率小于5?！癝”型孔段:鉆孔軌跡偏差范圍,向井筒中心方向偏斜不得大于5m,背離井心方向偏率5,且鉆孔大體均布。5. 3 成孔工藝直孔開孔口徑為244、190mm,鉆進(jìn)到預(yù)定深度327m,下入219 +146mm套管,水泥全孔固管,達(dá)到固管強(qiáng)度后采用118mm鉆頭造孔,至終孔注漿結(jié)束?！癝”型定向孔開孔口徑為244mm鉆進(jìn)20m,改用190mm口徑鉆頭(變徑處加導(dǎo)向)鉆進(jìn)

7、到堅(jiān)硬基巖后, 355mm下入219 +168套管,水泥全孔固管,待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后,開始定向鉆進(jìn)鉆至480m 完成直孔段、增斜段、降斜段,進(jìn)入設(shè)計(jì)靶域。5. 4 鉆孔機(jī)具根據(jù)注漿深度、孔位、孔徑確定造孔設(shè)備為: TSJ- 1000型水源鉆機(jī)、TBW - 850 /50 泥漿泵;鉆具采用73mm鉆桿+105mm鉆鋌+牙輪鉆頭。5. 5 鉆孔測(cè)斜與防斜、糾偏直孔偏斜率以注漿圈徑為標(biāo)準(zhǔn)位置不大于8,“S”型定向孔段進(jìn)入靶域(注漿圈徑上靶點(diǎn)的5,且8個(gè)孔軌跡均勻分布)為標(biāo)準(zhǔn)。為防止鉆孔過(guò)度偏斜,在鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格遵守技術(shù)操作規(guī)程,并且及時(shí)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè),采用陀螺測(cè)斜儀,每20m一個(gè)測(cè)斜點(diǎn),必要時(shí)進(jìn)行加密

8、觀測(cè),“S”孔段用陀螺進(jìn)行監(jiān)測(cè), 50m 一個(gè)測(cè)點(diǎn),并且把數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確計(jì)算后,繪制到鉆孔偏斜平面圖上,以便根據(jù)鉆孔偏斜情況及時(shí)采取糾偏措施,沖積層套管下入前、每個(gè)注漿段注漿前必須有準(zhǔn)確的測(cè)斜記錄,符合設(shè)計(jì)要求后,方可下管或轉(zhuǎn)入注漿施工,保證注漿質(zhì)量。5. 6 鉆孔定向鉆進(jìn)方法基巖深部5001045m注漿由“S”型定向注漿鉆孔完成,布孔圈徑40m,由30m開始定向,為保證整個(gè)井筒的注漿質(zhì)量,定向鉆孔在直孔段重合20m的指定深度(480m)進(jìn)入靶域,持續(xù)井筒注漿施工。4801045m穩(wěn)斜鉆進(jìn)。鉆孔軌跡光滑平緩確?？變?nèi)順利下放套管、止?jié){塞及鉆具等?！癝”孔開孔口徑為244mm,鉆進(jìn)至下套管深度(3

9、48m)下入168mm套管,固管之后開始定向鉆進(jìn),鉆進(jìn)至480m完成增斜段、降斜段、直孔段,并進(jìn)入設(shè)計(jì)靶域、穩(wěn)斜鉆進(jìn)至1045m。定向注漿孔鉆具組合:造孔鉆頭+螺桿鉆具+斜向器+鉆桿注漿垂直段鉆具組合:鉆頭+扶正器+鉆鋌+鉆桿。5. 7 巖芯采取地質(zhì)及水文地質(zhì)工作是注漿堵水施工重要的原始依據(jù),關(guān)系到整個(gè)注漿施工的質(zhì)量的好壞,故注漿先行孔部分孔段進(jìn)行取芯,直孔段327500m取芯,為節(jié)省工期,根據(jù)各孔進(jìn)度情況可交替取芯。6. 注漿施工技術(shù)6. 1 建立制漿站及注漿站,穩(wěn)固注漿設(shè)備。6. 2 制備粘土漿將采集到的粘土運(yùn)至堆土場(chǎng)地,然后用TBW850 /50泥漿泵高壓射流造漿,存于儲(chǔ)漿池內(nèi)備用,在使

10、用時(shí)充分循環(huán)粘土漿液,使其保持懸浮狀態(tài),并測(cè)定粘土、比重,調(diào)配成所需原漿,比重1. 131. 25。6. 3 注漿前的準(zhǔn)備工作及管路打壓試驗(yàn)注漿施工前準(zhǔn)備工作主要包括注漿站的建立、注漿管路系統(tǒng)的形成、水、電、材料來(lái)源的確定以及注漿管路系統(tǒng)的打壓試驗(yàn)。所有注漿系統(tǒng)形成后,應(yīng)進(jìn)行打壓試驗(yàn),注漿段管路打壓壓力應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)最大壓力35MPa,穩(wěn)定15min以后,無(wú)異常即可投入運(yùn)行。6. 4 止?jié){方法及止?jié){塞下入要求注漿鉆孔施工需要分段進(jìn)行注漿,本工程采用KWS系列止?jié){塞止?jié){,止?jié){位置依設(shè)計(jì)注漿段高、巖層巖性等要求來(lái)確定。止?jié){塞下入前要認(rèn)真檢查各絲扣是否緊密、完好、卡瓦是否靈活,拉筋是否平直、對(duì)稱,膠筒是

11、否完整、有彈性,內(nèi)管是否暢通等。有問(wèn)題的要及時(shí)修理,完好后方準(zhǔn)下入孔內(nèi)?？變?nèi)下入止?jié){塞時(shí),要均勻、慢速下入,遇到卡、阻現(xiàn)象時(shí),緩慢串動(dòng),不得生拉硬串,必要時(shí)拉出止?jié){塞,再次掃孔、趟孔后再下。6. 5 注漿方式注漿方式采用上、下行相結(jié)合的方式,巖帽段或破碎采用下行式注漿。大部分孔段采用下行式注漿,局部孔段也可上行,可根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整。巖帽段或破碎段必須采用下行式注漿。6. 6 注漿復(fù)注、掃灰時(shí)間要求不小于12h,最好在16h以上。6. 7 注漿前的壓水試驗(yàn)每次注漿前例行壓水1020min,為的是檢驗(yàn)注漿系統(tǒng)工作是否正常,同時(shí)把裂隙中的松散充填物推到注漿范圍之外,以保證漿液充填密實(shí)飽滿。并檢查

12、止?jié){塞止水效果,防止?jié){液上串埋塞而造成孔內(nèi)事故的發(fā)生。每段第一次注漿前要求做正式壓水試驗(yàn),獲得水文地質(zhì)參數(shù),了解含水層的滲透性、連通性、裂隙的發(fā)育程度,據(jù)此合理調(diào)整每一次的注漿參數(shù)。試驗(yàn)中要求記錄準(zhǔn)備、詳細(xì)、內(nèi)容真實(shí)。6. 8 注漿悶塞時(shí)間及止?jié){塞提拉注漿悶塞時(shí)間具體要求:單液水泥漿悶塞: 34h,粘土水泥漿悶塞: 46h。悶塞時(shí)間結(jié)束后,要馬上解塞、提塞,解塞時(shí)要認(rèn)真觀察拉力表的變化情況,細(xì)心操作,準(zhǔn)確判斷止?jié){塞是否解開,解開后要緩慢、平穩(wěn)提拉至孔口。7. 施工效果(1)工期與效率。在井筒表土段滑模套壁結(jié)束前完成,不影響基巖段正常掘進(jìn)。第1組注漿鉆孔按期完工后,即讓出井口位置,以便第2組注漿鉆孔與凍結(jié)鉆孔施工平行作業(yè)。單臺(tái)鉆機(jī)鉆注綜合施工效率平均為377m /月,最高達(dá)400m /月。(2)注漿質(zhì)量。注漿鉆孔設(shè)計(jì)合理,造孔質(zhì)量高。漿液性能好。注漿參數(shù)選取合理。漿液注入量充足。注漿形成的隔水帷幕體厚度大,漿液結(jié)石體強(qiáng)度高,裂隙充填飽滿密實(shí)。終檢孔壓水試驗(yàn)檢驗(yàn)顯示,預(yù)計(jì)井筒基巖注漿段注后剩余涌水量4m3 /h,達(dá)到了