煤礦礦井防治水防治措施

　　第一章 工程概況

　　1.1 簡述

　　近年來，隨著立井井筒施工機械化配套設施的逐漸完善，立井井筒施工速度得到較大提升。由於煤田開采逐步向地層深部延深，地層賦水情況越來越複雜，加上深井排水設施限製，嚴重製約立井井筒施工速度。井筒防治水工作不外乎強排疏幹和注漿堵水兩種方案。強排疏幹由於受到井筒斷麵限製，高揚程大功率的排水設備無法使用，造成強排疏幹法施工井筒困難很多。根據我處以往施工經驗，探水預注漿是立井井筒防治水不可或缺的施工工作。

　　我們根據郭家河礦井風井井筒設計特征及地層水賦存情況，結合我處以往施工經驗，特編製防治水施工方案，以指導和方便井筒掘砌施工。

　　1.2 井筒技術特征

　　風井井筒技術特征見下表1-1。

　　風井井筒技術特征 表1-1

第二章 井筒水文地質條件
　　　2.1井筒工程地質
　　　2.1.1區域地層
　　　礦區地層區劃屬華北地層區厄爾多斯盆地分區。根據地質填圖及鑽孔揭露，礦區地層由老到新有：三疊係、侏羅係、白堊係、第三係。
　　　2.1.2井田地層
　　　依據鑽孔揭露及地質資料，井田內地層由老到新依次:三疊係上統銅川組（T2t），侏羅係中統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊係下統宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、上第三係（N）。由老到新分述如下：
　　　2.1.2.1 三疊係中統銅川組（T2t）
　　下部灰綠~黃綠色塊狀~厚層狀中、細粒長石石英砂岩，夾灰綠色~灰色泥岩。上部灰綠色中厚層狀中、細粒長石石英砂岩與灰~灰綠色粉砂岩、泥岩互層，向上漸以泥岩為主，夾灰黑色頁岩與煤線，軟體動物及蕨類植物化石。
　　2.1.2.2侏羅係中統延安組（J2y）
　　延安組為含煤地層。岩性為灰~深灰色泥岩、砂質泥岩、粉細砂岩與灰白色中粗粒砂岩互層，中夾炭質泥岩及煤層。厚度0~94.84m（X6號孔），一般40~50m，與下伏富縣組成平行不整合接觸，或超覆於三疊係之上。
　　2.1.2.3侏羅係中統直羅組（J2z）
　　根據岩性、岩相旋回分為上下兩段：下段為泥質中~粗粒砂岩夾砂質泥岩、粉細砂岩。顏色以灰綠色為主，多帶黃綠色，底部為一層灰白色含礫中粗粒砂岩或細礫岩，特征顯著，比較穩定，是劃分直羅組與延安組界限的標誌層。上段為砂質泥岩、泥質粉砂岩夾細~中粒砂岩。顏色以灰綠色為主，常見雜色泥岩夾層，偶見泥質灰岩薄層，頂部較細，顏色較深。
　　2.1.2.4侏羅係中統安定組（J2a）
　　下部為暗紫紅色砂質泥岩，夾灰綠色各種粒級的砂岩，底部為一層厚度較大的灰紫色含礫粗砂岩及細砂岩與直羅組為界；上部為紫紅色泥岩、砂質泥岩，夾中~粗粒砂岩及粉紅色鈣質泥岩，富含鈣質結核。
　　2.1.2.5白堊係下統宜君組（K1y）
　　為氧化環境下洪積相與河流相沉積。岩性為灰紫~紫紅色巨厚層狀粗礫岩夾砂礫岩及粗砂岩薄層或透鏡體。礫石成分以花崗岩為主，變質岩次之，含少量石英岩與石灰岩。礫徑一般5~8cm，最大50cm以上，分選差，次圓狀，鈣質膠結，堅硬。
　　2.1.2.6白堊係下統洛河組（K1l）
　　分布於宜君組兩側，為幹旱氧化環境下的平原河流相沉積。岩性為棕紅色中~細砂岩，夾同色砂礫岩及礫岩層。砂岩成分為石英、長石，分選較好，膠結疏鬆。具板狀層理及大型交錯層理，夾暗棕紅色泥岩薄層，東北部的常村河見褐黃色與淡黃色砂岩。礫岩為巨厚層狀粗礫岩。礫石成分與宜君礫岩相同，礫徑較大，一般5~10cm以上，分選極差，以次圓狀為主，亦見次棱角~棱角狀者。礫石表麵因砂質泥岩充填呈紫紅色，膠結疏鬆。
　　2.1.2.7上第三係（N）
　　全區廣泛出露。岩性為淺棕紅色亞粘土、粉砂質粘土，含鈣質結核及石英小礫石、夾多層鈣質結核層，底部有厚度不穩定的底礫岩沉積。區內無完整剖麵，最大厚度大於150m，一般80m左右。下與各組呈不整合接觸。
　　2.2井筒水文地質
　　本井筒共穿過3個主要含水層，分別為：
1）白堊係下統洛河組砂岩-宜君組礫岩孔隙~裂隙含水層；
鑽孔揭露厚度為158.49m，洛河組以中~粗砂岩為主要含水層段；宜君組以礫岩為主要含水層段。兩組之間無明顯隔水層，屬中等富水性含水層，預計用水量163m3/h。在該段含水層中有局部膠結鬆散的砂岩，岩芯破碎，該含水層是井筒防治水工作之重點。
2) 侏羅係中統安定組泥岩層、直羅組砂岩、延安組砂岩裂隙含水層；
鑽孔揭露厚度171.6m，該段岩性以砂岩與粉砂岩、泥質粉砂岩、泥岩互層狀產出，根據水文地質報告，該段含水層湧水量19.5 m3/h，屬弱富水性含水層。
3）三疊係上統銅川組砂岩裂隙含水層；
本次鑽孔未揭露見底，岩性上部為紫色泥岩，淺紫色粉~細砂岩，灰白色細砂岩與中砂岩互層，中夾灰綠色中~粗砂岩，為微弱富水性含水層。
第三章 防治水方案
　　　根據《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》和《郭家河礦井風井井筒檢查孔地質報告》，我們在建設郭家河風井井筒時，立足打幹井的原則，確保井筒建井及井筒建成後湧水量符合驗收規範規定，特編製此防治水方案。
　　　3.1防治水方案
　　　風井井筒共穿過3個含水層，垂深95.51~425.6m，含水層累厚330.09m。根據預測計算的含水層湧水量，我們認為風井井筒施工過程前要提前做好地質超前預報工作，製定詳細的防治水方案。必須堅持“有疑必探，先探後掘”的原則，實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點，適時進行工作麵探水注漿。
　　　具體方案如下：
　　　1、侏羅係中統安定組泥岩層、直羅組砂岩、延安組砂岩裂隙含水層、三疊係上統銅川組砂岩裂隙含水層采用先探後注的方式。根據公式計算出注漿孔數，施工時，先在井筒周圈布置4個鑽孔進行探水（兼注漿孔），若單孔湧水量小於2m3/h，則注漿封孔，施工井筒。若單孔水量超過2m3/h，則要嚴格按照布孔要求施工全部鑽孔。
　　　2、白堊係洛河組、宜君組含水層是富水性含水層，在掘進至距該含水層10m時停止施工，進行工作麵預注漿。
　　　3、注漿段技術方案見下表3-3。
　　　注漿段技術方案 表3-3

3.1.1注漿段高的確定
　　　　工作麵探水注漿分段原則：結合含水層位置、含水層頂底板岩石情況，基岩段岩芯破碎帶位置以及隔水層的厚度，設計注漿段高為65m。考慮第二、三段富水性弱，該段暫不設計工作麵預注漿，按“先探後掘”的原則，單孔水量超過2 m3/h，則嚴格按照布孔要求施工全部鑽孔；單孔水量小於2 m3/h，則帶水掘進。 3.1.2止漿墊鋪設
　　　　3.1.2.1止漿墊厚度計算
　　　　本次工作麵預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 kg/cm2
　　 r--井筒荒半徑
　　 [a]-- kg/cm2
　　 [a]=R/k
　　 K--安全係數。 K=2
　　說明：1、井筒荒半徑為3.7m。
　　　　　　2、砼墊用C60混凝土砌旋，[a]=R/k=600×2/3÷2=200 kg/cm2
　　　　　　　　　　　各注漿段止漿墊厚度經計算如下表

　　 D--井筒淨直徑 D=6.5m
　　 E—井壁厚度 E=0.45m
　　 P--注漿壓力 取第6段注漿壓力P=9MPa
　　 h--球麵高 h=0
　　與止漿墊連接處井壁混凝土標號提高為C60，混凝土中添加高效減水劑，7天養護期的允許抗壓強度為60×0.9=54MPa﹥39.6MPa，滿足注漿要求。
　　　　3.1.2.2止漿墊澆築施工
　　　澆注混凝土前，嚴格按照設計要求孔位預埋Φ127×6mm無縫鋼管，上焊高壓法蘭，做打鑽注漿孔口管。上端高出止漿墊0.5m；管壁外用16#螺紋鋼筋纏繞並焊牢（見附圖）。
　　　止漿墊混凝土采用C60砼，澆築砼時要保持連續不得中斷，工作麵要分片用震搗捧震搗，同時應防止孔口管位移或偏斜，且在止漿墊上部泵位附近預留一個0.5m3的水窩，以便注漿施工時排水。
　　　止漿墊凝固後，要連同預埋的孔口管進行耐壓試驗，耐壓試驗壓力要求達到設計終壓，若達不到，則進行止漿墊加固注漿。
　　　3.1.3注漿參數設計
　　　3.1.3.1注漿孔布置
　　　工作麵探水注漿設計注漿孔數利用公式如下：
　　　N=π（D-2A）/L=8個
　　　N-注漿孔數，個
　　　D-井筒淨直徑，6.5m，
　　　A-注漿孔與井壁距離，取0.7m，
　　　L-注漿孔間距，取2.0m。
　　　另外設計檢驗鑽孔1個，每段共9個孔。注漿孔布置一圈，要求注漿孔與井壁距離為0.7m，注漿孔間距為2.0m，均勻布置。檢驗孔布置在井筒中心線位置，垂直施工。止漿墊耐壓試驗合格後，在注漿孔上安裝高壓閘閥方可鑽進施工。鑽注順序為對稱開孔注漿，切忌亂鑽不注。
　　　3.1.3.2注漿壓力
　　　考慮到改進型脲醛樹脂在較低壓力下即可滲入裂隙，設計初始壓力為4MPa，注漿終壓為P下=P上+1 MPa。各注漿段注漿終壓如下表：

　　3.1.4探水注漿前的準備工作

　　3.1.4.1排水係統形成

　　探水注漿前應形成不低於100m3/h的排水能力。井筒安裝一趟Φ108mm無縫鋼管作為排水管路，並進行試運轉。

　　排水方案及排水設備詳見《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》。

　　3.1.4.2攪拌站設置

　　在地麵井口房一側設置攪拌站，同時在地麵挖三個池，分別存放配製的水泥漿液，化學漿液和清水。池旁邊布置注漿設備和攪拌罐。

　　3.1.4.3輸漿管路的安裝

　　利用傘鑽繩捆紮兩路Φ25mm高壓膠管，從地麵輸送漿液到工作麵作為輸漿管路，高壓膠管的耐壓強度不少於25MPa。

　　3.1.4.4井下操作平台的搭設

　　利用井筒懸掛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。

　　3.1.5鑽探施工

　　采用SGZ-150型液壓鑽機，鑽杆采用Φ50×6mm地質鑽杆，鑽頭采用Φ75mmPDC複合片無芯鑽頭或Φ75mm潛孔錘頭成孔。

　　3.1.5.1鑽孔施工順序為對稱開孔。為防止鑽孔偏斜，預埋孔口管時，鑽孔的方位角、傾角要由專業技術人員進行操作，預埋過程中要及時準確校對。鑽進時使用平頂鑽頭或PDC金剛石複合片鑽頭並帶同徑具長度不小於3m的扶正器。

　　3.1.5.2禁止彎曲鑽杆下井，提高對中度，過硬岩時，不應加壓過量。帶閥清水鑽進，地麵連續供水，一旦水量變小或中斷應立即停鑽或提鑽，檢查原因，恢複正常供水後，再繼續鑽進。

　　3.1.5.3定時檢查鑽具，發現不合格者應及時更換，鑽具加工要規格，出刃一致，焊結實，加壓、鑽速適當。為防掉物入孔，鑽進時孔口鑽杆套厚皮膠板。

　　3.1.5.4每孔終孔停鑽後，應加大水量衝孔，衝孔時間一般為30min左右，直到孔內岩粉基本排除為止。

　　3.1.5.5要認真做好鑽進記錄與鑽機維修工作。

　　3.1.6注漿施工

　　注漿泵采用HFV-C型注漿泵，一台工作，一台備用。

　　3.1.6.1工藝流量：單液水泥漿(化學漿)經二次攪拌—注漿泵—輸漿管—控製閥—孔口管—岩層裂隙。

　　3.1.6.2壓水試驗

　　每孔終孔測水後接通輸漿管路進行壓水試驗，壓力由小到大逐步升壓到最大注漿終壓，測定各不同壓力參數時的吸水量並繪製吸水量曲線，壓水時間可為20～30分鍾。並根據壓水結果，確定起始漿液配比。

　　3.1.6.3壓力調整：注漿壓力變化有時漸變，有時呈波狀，調整壓力應與孔內情況、漿液濃度等密切配合，當漿液濃度確定後，用人為的方法控製泵量，使壓力達到終壓。

　　3.1.6.4漿液調整：漿液在岩層裂隙充填階段中，如壓力和進漿量穩定不變時，應逐級加大濃度，如壓力上升快，進漿量很快減小，應依次降低漿液濃度，每改變一次漿液濃度可持續20分鍾。

　　3.1.6.5注漿結束前，應壓注清水，使管路大部分漿液注入岩層裂隙中去。但要防止清水壓入地層，當壓清水時需及時通知井下準備閉閥泄漿，然後清洗整個注漿係統。

　　3.1.6.6養護、掃孔和複注：每孔首次注漿結束後，養護2～3小時，用鑽機掃孔到底，衝孔測水後進行複注。複注次數可為一至多次，複注時采用稀漿。

　　3.1.7注漿結束標準

　　單孔注漿結束標準：注漿壓力達到設計終壓，泵量<30L/min，穩定20～30min，即可結束注漿。

　　工作麵探水注漿結束標準：施工最後檢查孔的湧水量來計算井筒開挖的最大湧水量，若水量超過6m3/h，應補打注漿孔，繼續注漿。

　　注漿結束後，由技術員整理各孔鑽注全部數據資料。填製繪圖上報、存檔。

　　3.2壁後注漿

　　待井筒施工結束後，為進一步減少井筒湧水量，則考慮實施下行式壁後注漿。壁後注漿以堵水為主，形成注漿帷幕，切斷水源達到注漿堵水及壁後充填加固的目的。井筒無明顯出水點，井筒湧水量達到驗收標準，結束壁後注漿。實施壁後注漿時專門編寫壁後注漿設計。

　　第四章 工期和勞動組織

　　4.1工期

　　每段工期包括：施工前籌備(1天)，止漿墊澆注養護(7天)，止漿墊加固(3天)，探水施工(4天)，洛河組-宜君組段注漿施工(4天)，合計19天。

　　總工期約133天。

　　4.2勞動組織

　　實行鑽注合一，探水人員終孔後參加注漿工作，見表如下：

　　鑽注勞動組織表

說明：1、井上信號把鉤打點工未列入；2、施工隊長未計算在內。
建議
　　　5.1成立郭家河風井井筒防治水領導小組，全麵係統的領導指揮實施防治水工作。
　　　5.2施工前形成臨時排水係統，並試運轉，保證設備專業人員充足。
　　　5.3必須堅持“有疑必探，先探後掘”的原則，實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點，適時進行工作麵探水注漿，每段工作麵探水注漿前必須編製安全技術措施，審批後全體施工人員學習。
　　　5.4為進一步減少井筒湧水量，井筒施工到底後，考慮實施壁後注漿。
　　　參考文獻：
　　　1、《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》
　　　2、郭家河礦井風井檢查孔資料
　　　附圖：
　　　1、孔口管示意圖
　　　2、注漿孔布置示意圖
　　　附表：
　　　1、主要設備材料使用表
　　　2、注漿工藝示意圖