地面预注浆施工工艺

地面预注浆施工工艺

1. 工程概况

顾桥煤矿南区设计有进风井、回风井两个立井井筒。其中进风井井筒地面预注浆工程委托唐山开滦建设(集团)有限公司地矿工程分公司第一项目部施工,进风井井筒净直径8. 6m,深度1034. 6m。

2. 井筒地质及水文地质

井筒穿过地层为新生界冲击层和二叠石盒子组含煤地层新生界地层厚度为293. 9m,岩性主要以粘土、砂质粘土、细砂组成,颗粒级别较细小。基岩段地层为24煤～13 - 1煤底板层段,岩性主要以粘土岩、粉砂岩、细沙岩等组成,上部岩石破碎, 423. 9 ～603. 5m有7层破碎带分布,岩石普氏硬度系数最高19,最低2。井筒水文地质条件较复杂,整个井筒所穿过地层,上部岩石破碎,裂隙发育,且多为垂向裂隙,含水丰富, 整个井筒共有含水层8 组, 涌水量310. 86m3 /h, 其中上部三层( 492 以上) , 为248. 4m3 /h,占总量的80%。

3. 注浆技术方案

为了尽快建井,采用“直孔+ S型孔”的地面预注浆方式。其特点为:基岩段地面预注浆采用直孔与井筒外定向斜孔“S”相结合,减少了井口占用时间,缩短建井工期。图1:注浆钻孔布置( a)平面; ( b)剖面

两组钻孔的最后一孔均对基岩注浆段做压水试验,分阶段检验注浆堵水效果。

4、井筒注浆设计及参数确定

4. 1 注浆段高

注浆上限定在基岩风化带中下部,深度327m,注浆下限应超过井深10m左右,深度1045m,注浆段总长度718m。

4. 2 注浆有效扩散距离

依据井筒基岩段的开凿荒径(φ9. 6m) ,爆破影响带厚度( 2. 5m)和隔水帷幕厚度不小于6m 的要求,注浆浆液扩散距离为不小于13. 3m,确定为

14m。

4. 3 注浆浆液品种的选择

确定岩帽是整个注浆施工的基础,是限制浆液上串的屏障,且施工工期短,必须选择强度高、终凝时间短的浆液,才能符合施工的要求,故岩帽段注浆采用单液水泥浆;其他注浆段采用成本低、抗水稀释性强、有良好的流性,所形成的结石体塑性大,抗震性好的粘土水泥浆(CL - C)作为注浆材料。单液水泥浆:由水泥、食盐、三乙醇胺和水组成,选用32. 5级普通硅酸盐水泥。粘土水泥浆:由粘土、水泥、水玻璃和水组成,选用施工场地附近耕植土下的粘土和32. 5 级普通硅酸盐水泥,粘土塑料指数18. 5,水玻璃模数2. 4～2.8,浓度35～42波美度。

4. 4 注浆终压终量的要求

注浆终压依据岩石性质、水文特征及本地区的经验值,岩帽段为1. 5～2. 0倍静水压,上部直孔段328～500m为2. 5～3. 0倍静水压,外围“S”孔500～1045m为2～2. 5倍静水压。注浆压力是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,在施工过程中

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20min。

4. 5 浆液注入量

设计岩帽注浆段注入单液水泥浆511m3 ,井筒单位注入量50m3 /m; 其他注浆段注入粘土水泥浆26300m3 ,井筒单位注入量37. 2m3 /m。设计浆液注入总量为26182m3 ,井筒单位平均注入量37m3 /m。

5. 注浆钻孔结构及施工工艺

5. 1 钻孔结构

5. 1. 1 直孔

直孔结构见表1

表1直孔结构表

孔深(m) 孔径(mm) 套管(mm) 备注

0～328 φ190 (244) φ146 (219) 水泥固管

327～500 不小于φ118 裸孔注浆段

5. 1. 2“S”型定向孔“S”型定向孔结构见表2

表2“S”型定向孔结构表

孔深(m) 孔径(mm) 套管(mm) 备注

0～355 φ190 (244) φ168 (219)

348～480 不小于φ118 裸孔

480～1045 裸孔

5. 2 孔斜要求

直孔段,偏斜率小于5‰。“S”型孔段:钻孔轨迹偏差范围,向井筒中心方

向偏斜不得大于5m,背离井心方向偏率≤5‰,且钻孔大体均布。5. 3 成孔工艺

直孔开孔口径为φ244、φ190mm,钻进到预定深度327m,下入φ219 +φ146mm套管,水泥全孔固管,达到固管强度后采用φ118mm钻头造孔,至终孔注浆结束。“S”型定向孔开孔口径为φ244mm钻进20m,改

用φ190mm口径钻头(变径处加导向)钻进到坚硬基岩后, 355mm下入φ219 +φ168套管,水泥全孔固管,待强度达标后,开始定向钻进钻至480m 完成直孔段、增斜段、降斜段,进入设计靶域。

5. 4 钻孔机具

根据注浆深度、孔位、孔径确定造孔设备为: TSJ- 1000型水源钻机、TBW - 850 /50 泥浆泵;钻具采用φ73mm钻杆+φ105mm钻铤+牙轮钻头。

5. 5 钻孔测斜与防斜、纠偏

直孔偏斜率以注浆圈径为标准位置不大于8‰,“S”型定向孔段进入靶域(注浆圈径上靶点的5‰,且8个孔轨迹均匀分布)为标准。为防止钻孔过度偏斜,在钻进过程中严格遵守技术操作规程,并且及时对钻孔轨迹进行监测,采用陀螺测斜仪,每20m一个测斜点,必要时进行加密观测,“S”孔段用陀螺进行监测, 50m 一个测点,并且把数据及

时、准确计算后,绘制到钻孔偏斜平面图上,以便根据钻孔偏斜情况及时采取纠偏措施,冲积层套管下入前、每个注浆段注浆前必须有准确的测斜记录,符合设计要求后,方可下管或转入注浆施工,保证注浆质量。

5. 6 钻孔定向钻进方法

基岩深部500～1045m注浆由“S”型定向注浆钻孔完成,布孔圈径40m,由30m 开始定向,为保证整个井筒的注浆质量,定向钻孔在直孔段重合20m的指定