安阳大众煤矿新副井地面预注浆技术研究

安阳大众煤矿新副井地面预注浆技术研究
摘要:大众煤矿新副井井筒注浆工程,造孔、注浆全程经过监理部门的监督、审查,孔深无误,钻孔偏斜均未超标,通过了孔深丈量、测斜等检查程序,钻孔质量全部达到设计标准。

各注浆段注浆参数均达到或超过设计标准,6个钻孔经过注浆,浆液扩散交圈完好,形成了有效的堵水帷幕。

关键词:注浆堵水技术研究
1 地理及工程概况
安阳大众煤业有限责任公司120万t矿井改扩建项目新副井地面预注浆工程位于河南省安阳县伦掌镇李辛庄境内,井田属于安阳煤田中北部的蔡村井田的一部分,该项目新增生产能力0.9Mt/a,服务年限40a,主要系统生产能力满足1.2Mt/a要求。

采用立井、两水平上下山开拓。

开采水平标高为-550m,新设计副井筒采用普通法施工。

本矿井为高瓦斯矿井,煤层无爆炸危险性,煤层无自然倾向性,井下无地温异常区,水文地质条件中等。

2 井筒地质条件概况
2.1 地层情况
根据井检孔所揭露的地层,自下而上有:石炭系上统太原组(C2t)二
叠系下统山西组(P1sh)、下石盒子组(P1x),上统上石盒子组(P2s),石千峰组(P2sh);新生界新近系、第四系(N+Q)。

2.2 构造情况
新副井检孔揭露地层正常,未发现明显断层等地质构造,仅在二1煤顶板孔深643.25m～643.80m、658.50m～659.40m及底板太原组泥岩岩芯有挤压揉皱现象。

另外在注浆造孔过程中,发现525m～598m、710m～725m岩心极破碎造成钻孔多次坍塌。

钻孔未见火成岩、未发现有害气体涌出。

区内构造展布方向为东西向和北北东向,断层以正断层为主。

3 注浆工程设计方案
3.1 工程质量要求及设计依据
(1)质量执行MT5009-94《煤矿井巷工程质量检验评定标准》、GBJ50213-2010《矿山井巷工程施工及验收规范》和《煤矿安全规程》。

(2)矿山井筒注浆效果应符合投标文件及合同文件规定:
注浆段剩余漏水量不大于10m3/h。

(3)设计依据主要根据井筒检查孔地质、水文地质及井筒设计技术参数确定。

3.2 总体方案设计
根据井筒检查孔所提供的地质及水文地质资料,本井筒地面预注浆采用全直孔的地面预注浆常规方法。

具体是以井筒中心为园点建立井筒注浆施工的简易灰土井盘,在其上用钻机施工注浆钻孔,并同时建立制浆站及注浆站,配制好浆液,通过注浆泵、注浆管路压送到受注地层。

注浆布置6个注浆孔,圈径为Ф=9.5m,注浆深度55m～760m。

注浆施工结束后,让出场地留给井架安装、开挖等工序施工作业。

3.3 注浆施工参数的确定
(1)段高的划分及注浆压力的确定。

注浆段高的划分是依据注浆工艺、含水层特征、岩性以及注浆设备、注浆材料品种等诸多因素综合确定。

注浆压力是使浆液克服各种阻力,使浆液在岩石裂隙中充填、扩散的动力。

它是了解浆液是否充满被注层裂隙的一个重要指标。

注浆压力在注浆过程中同时又受诸多因素的影响,依据岩石性质、水文特征及本地区的经验值设计,在施工过程中应根据实际情况进行必要合理的调整,来满足注浆质量的要求。

设计终量:粘土水泥浆Q≤250L/min为合格标准。

单液水泥浆Q≤100L/min为合格标准,稳定时间不小于30min。

(2)注浆钻孔数量的确定。

注浆钻孔数量的确定是依据井筒规格、岩层裂隙发育形态及浆液品种等参数来确定,该井筒设计为6个(孔间距4.75m)以满足注浆堵水的要求。

(3)注浆有效扩散距离确定。

依据井筒基岩注浆段的最大开凿荒径(Φ7.7m)、爆破影响带厚度(2.5m)左右和隔水帷幕厚度9m的要求,注浆浆液扩散距离(半径)为不小于15.35m。

(4)浆液注入量预计。

浆液注入量是分析、评价注浆质量的重要指标,是保证堵水帷幕质量的关键。

要获得高质量堵水效果,必须有足够的防水帷幕体。

扩散半径的大小主要是受注入量所控制,注入量过大会造成不必要的浪费,注入量过小对帷幕的强度会造成危害,所以注入量的多少对防水堵水的效果及提高经济效益等方面都有十分重要的影响。

用公式Q=A·π·R2·H·n·B/m确定。

A为不均匀扩散损失系数,取1.5、1.8;
R为以井筒中心为基点的浆液扩散半径15.35m;
H为注浆段长,岩帽段:10m;直孔段695m;
n为岩层裂隙率,岩帽段(风化岩石)5%;基岩3%;
B为浆液充填系数0.85;
m为浆液结石率:0.80;
岩帽水泥单液浆Q岩帽=1.5×π×13.852×0.05×0.85/0.80×10=479m3;
粘土水泥浆Q=1.8×π×15.352×0.03×0.85/0.80×695
=42.47×695m
=29517m3
浆液总量:29996m3。

(5)钻孔偏斜及水平分布要求为如下。

在固管段不大于5‰,注浆段采用受控定向钻进工艺,其钻孔轨迹应顺畅,轨迹应保持各孔围绕井中心线大体均匀分布,钻孔不应超出设计靶域范围(靶域半径5m)。

4 注浆施工工艺
4.1 注浆施工顺序及注浆方式
施工顺序为分组施工。

直孔6个孔分两组,1#、3#、5#及2#、4#、6#孔,每组同时施工3个孔。

注浆方式采取分段下行及上行相互配合的方式,根据施工的实际情况进行合理安排。

4.2 注浆工艺流程
采集粘土→制浆→搅拌加入水泥、水玻璃等→注浆泵→输浆管路→孔口装置→钻杆→止浆塞→地层→扫孔→下一段或复注为
4.3 成孔工艺
造孔工艺流程如下。

直孔开孔口径为Ф244mm,钻进到预定深度55m下入Ф168mm套管,水泥全孔固管,达到固管强度后采用Ф130mm钻头造孔,至终孔注浆结束。

4.4 注浆站及制浆池的布置
注浆站的布置要求应靠近井筒附近,一般距井盘50m左右,站内安装注浆设备。

5 结语
5.1 压水试验
在6个注浆孔各注浆段注浆结束后,选第Z1#注浆钻孔。

对孔511m～760ｍ、270m～511ｍ和55m～270ｍ注浆段分别进行了压水试验。

钻孔钻进至预定深度后用TBW850/50泵冲洗孔30min排净孔内泥浆及岩粉。

下入止浆塞接好管路,要求所有管路接头用铅油缠麻上紧,防止管路漏水影响试验结果的准确性,先松塞开泵灌孔,检查管路并排净管路内的空气,待孔口返水5min之后停泵,拉紧止浆塞压水5min,选取三种泵量压水,稳定时间20min以上。

5.2 结语
大众煤矿新副井井筒注浆工程,造孔、注浆全程经过监理部门的监督、审查,孔深无误,钻孔偏斜均未超标,通过了孔深丈量、测斜等检查程序,钻孔质量全部达到设计标准。

各注浆段注浆参数均达到或超过设计标准,6个钻孔经过注浆,浆液扩散交圈完好,形成了有效的堵水帷幕。