煤礦礦井防治水防治措施

　　第一章 工程概況

　　1.1 簡(jiǎn)述

　　近年來(lái)，隨著立井井筒施工機(jī)械化配套設(shè)施的逐漸完善，立井井筒施工速度得到較大提升。由于煤田開采逐步向地層深部延深，地層賦水情況越來(lái)越復(fù)雜，加上深井排水設(shè)施限制，嚴(yán)重制約立井井筒施工速度。井筒防治水工作不外乎強(qiáng)排疏干和注漿堵水兩種方案。強(qiáng)排疏干由于受到井筒斷面限制，高揚(yáng)程大功率的排水設(shè)備無(wú)法使用，造成強(qiáng)排疏干法施工井筒困難很多。根據(jù)我處以往施工經(jīng)驗(yàn)，探水預(yù)注漿是立井井筒防治水不可或缺的施工工作。

　　我們根據(jù)郭家河礦井風(fēng)井井筒設(shè)計(jì)特征及地層水賦存情況，結(jié)合我處以往施工經(jīng)驗(yàn)，特編制防治水施工方案，以指導(dǎo)和方便井筒掘砌施工。

　　1.2 井筒技術(shù)特征

　　風(fēng)井井筒技術(shù)特征見(jiàn)下表1-1。

　　風(fēng)井井筒技術(shù)特征 表1-1

第二章 井筒水文地質(zhì)條件
　　　2.1井筒工程地質(zhì)
　　　2.1.1區(qū)域地層
　　　礦區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)厄爾多斯盆地分區(qū)。根據(jù)地質(zhì)填圖及鉆孔揭露，礦區(qū)地層由老到新有：三疊系、侏羅系、白堊系、第三系。
　　　2.1.2井田地層
　　　依據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)資料，井田內(nèi)地層由老到新依次:三疊系上統(tǒng)銅川組（T2t），侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊系下統(tǒng)宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、上第三系（N）。由老到新分述如下：
　　　2.1.2.1 三疊系中統(tǒng)銅川組（T2t）
　　下部灰綠~黃綠色塊狀~厚層狀中、細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖，夾灰綠色~灰色泥巖。上部灰綠色中厚層狀中、細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖與灰~灰綠色粉砂巖、泥巖互層，向上漸以泥巖為主，夾灰黑色頁(yè)巖與煤線，軟體動(dòng)物及蕨類植物化石。
　　2.1.2.2侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）
　　延安組為含煤地層。巖性為灰~深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖與灰白色中粗粒砂巖互層，中夾炭質(zhì)泥巖及煤層。厚度0~94.84m（X6號(hào)孔），一般40~50m，與下伏富縣組成平行不整合接觸，或超覆于三疊系之上。
　　2.1.2.3侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2z）
　　根據(jù)巖性、巖相旋回分為上下兩段：下段為泥質(zhì)中~粗粒砂巖夾砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖。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巖或細(xì)礫巖，特征顯著，比較穩(wěn)定，是劃分直羅組與延安組界限的標(biāo)志層。上段為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)~中粒砂巖。顏色以灰綠色為主，常見(jiàn)雜色泥巖夾層，偶見(jiàn)泥質(zhì)灰?guī)r薄層，頂部較細(xì)，顏色較深。
　　2.1.2.4侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）
　　下部為暗紫紅色砂質(zhì)泥巖，夾灰綠色各種粒級(jí)的砂巖，底部為一層厚度較大的灰紫色含礫粗砂巖及細(xì)砂巖與直羅組為界；上部為紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，夾中~粗粒砂巖及粉紅色鈣質(zhì)泥巖，富含鈣質(zhì)結(jié)核。
　　2.1.2.5白堊系下統(tǒng)宜君組（K1y）
　　為氧化環(huán)境下洪積相與河流相沉積。巖性為灰紫~紫紅色巨厚層狀粗礫巖夾砂礫巖及粗砂巖薄層或透鏡體。礫石成分以花崗巖為主，變質(zhì)巖次之，含少量石英巖與石灰?guī)r。礫徑一般5~8cm，最大50cm以上，分選差，次圓狀，鈣質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬。
　　2.1.2.6白堊系下統(tǒng)洛河組（K1l）
　　分布于宜君組兩側(cè)，為干旱氧化環(huán)境下的平原河流相沉積。巖性為棕紅色中~細(xì)砂巖，夾同色砂礫巖及礫巖層。砂巖成分為石英、長(zhǎng)石，分選較好，膠結(jié)疏松。具板狀層理及大型交錯(cuò)層理，夾暗棕紅色泥巖薄層，東北部的常村河見(jiàn)褐黃色與淡黃色砂巖。礫巖為巨厚層狀粗礫巖。礫石成分與宜君礫巖相同，礫徑較大，一般5~10cm以上，分選極差，以次圓狀為主，亦見(jiàn)次棱角~棱角狀者。礫石表面因砂質(zhì)泥巖充填呈紫紅色，膠結(jié)疏松。
　　2.1.2.7上第三系（N）
　　全區(qū)廣泛出露。巖性為淺棕紅色亞粘土、粉砂質(zhì)粘土，含鈣質(zhì)結(jié)核及石英小礫石、夾多層鈣質(zhì)結(jié)核層，底部有厚度不穩(wěn)定的底礫巖沉積。區(qū)內(nèi)無(wú)完整剖面，最大厚度大于150m，一般80m左右。下與各組呈不整合接觸。
　　2.2井筒水文地質(zhì)
　　本井筒共穿過(guò)3個(gè)主要含水層，分別為：
1）白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖-宜君組礫巖孔隙~裂隙含水層；
鉆孔揭露厚度為158.49m，洛河組以中~粗砂巖為主要含水層段；宜君組以礫巖為主要含水層段。兩組之間無(wú)明顯隔水層，屬中等富水性含水層，預(yù)計(jì)用水量163m3/h。在該段含水層中有局部膠結(jié)松散的砂巖，巖芯破碎，該含水層是井筒防治水工作之重點(diǎn)。
2) 侏羅系中統(tǒng)安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層；
鉆孔揭露厚度171.6m，該段巖性以砂巖與粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層狀產(chǎn)出，根據(jù)水文地質(zhì)報(bào)告，該段含水層涌水量19.5 m3/h，屬弱富水性含水層。
3）三疊系上統(tǒng)銅川組砂巖裂隙含水層；
本次鉆孔未揭露見(jiàn)底，巖性上部為紫色泥巖，淺紫色粉~細(xì)砂巖，灰白色細(xì)砂巖與中砂巖互層，中夾灰綠色中~粗砂巖，為微弱富水性含水層。
第三章 防治水方案
　　　根據(jù)《郭家河礦井風(fēng)井井筒施工組織設(shè)計(jì)》和《郭家河礦井風(fēng)井井筒檢查孔地質(zhì)報(bào)告》，我們?cè)诮ㄔO(shè)郭家河風(fēng)井井筒時(shí)，立足打干井的原則，確保井筒建井及井筒建成后涌水量符合驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，特編制此防治水方案。
　　　3.1防治水方案
　　　風(fēng)井井筒共穿過(guò)3個(gè)含水層，垂深95.51~425.6m，含水層累厚330.09m。根據(jù)預(yù)測(cè)計(jì)算的含水層涌水量，我們認(rèn)為風(fēng)井井筒施工過(guò)程前要提前做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，制定詳細(xì)的防治水方案。必須堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，實(shí)施“截、導(dǎo)、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時(shí)針對(duì)風(fēng)井井筒通過(guò)的含水層厚度大的特點(diǎn)，適時(shí)進(jìn)行工作面探水注漿。
　　　具體方案如下：
　　　1、侏羅系中統(tǒng)安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層、三疊系上統(tǒng)銅川組砂巖裂隙含水層采用先探后注的方式。根據(jù)公式計(jì)算出注漿孔數(shù)，施工時(shí)，先在井筒周圈布置4個(gè)鉆孔進(jìn)行探水（兼注漿孔），若單孔涌水量小于2m3/h，則注漿封孔，施工井筒。若單孔水量超過(guò)2m3/h，則要嚴(yán)格按照布孔要求施工全部鉆孔。
　　　2、白堊系洛河組、宜君組含水層是富水性含水層，在掘進(jìn)至距該含水層10m時(shí)停止施工，進(jìn)行工作面預(yù)注漿。
　　　3、注漿段技術(shù)方案見(jiàn)下表3-3。
　　　注漿段技術(shù)方案 表3-3

3.1.1注漿段高的確定
　　　　工作面探水注漿分段原則：結(jié)合含水層位置、含水層頂?shù)装鍘r石情況，基巖段巖芯破碎帶位置以及隔水層的厚度，設(shè)計(jì)注漿段高為65m?？紤]第二、三段富水性弱，該段暫不設(shè)計(jì)工作面預(yù)注漿，按“先探后掘”的原則，單孔水量超過(guò)2 m3/h，則嚴(yán)格按照布孔要求施工全部鉆孔；單孔水量小于2 m3/h，則帶水掘進(jìn)。 3.1.2止?jié){墊鋪設(shè)
　　　　3.1.2.1止?jié){墊厚度計(jì)算
　　　　本次工作面預(yù)注漿選用單液平底形混凝土止?jié){墊。
　　　　利用公式計(jì)算如下：
　　
　　 式中：B--止?jié){墊厚度 m
　　 P0--注漿終壓 kg/cm2
　　 r--井筒荒半徑
　　 [a]-- kg/cm2
　　 [a]=R/k
　　 K--安全系數(shù)。 K=2
　　說(shuō)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?jié){墊厚度經(jīng)計(jì)算如下表

　　 D--井筒凈直徑 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--球面高 h=0
　　與止?jié){墊連接處井壁混凝土標(biāo)號(hào)提高為C60，混凝土中添加高效減水劑，7天養(yǎng)護(hù)期的允許抗壓強(qiáng)度為60×0.9=54MPa﹥39.6MPa，滿足注漿要求。
　　　　3.1.2.2止?jié){墊澆筑施工
　　　澆注混凝土前，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求孔位預(yù)埋Φ127×6mm無(wú)縫鋼管，上焊高壓法蘭，做打鉆注漿孔口管。上端高出止?jié){墊0.5m；管壁外用16#螺紋鋼筋纏繞并焊牢（見(jiàn)附圖）。
　　　止?jié){墊混凝土采用C60砼，澆筑砼時(shí)要保持連續(xù)不得中斷，工作面要分片用震搗捧震搗，同時(shí)應(yīng)防止孔口管位移或偏斜，且在止?jié){墊上部泵位附近預(yù)留一個(gè)0.5m3的水窩，以便注漿施工時(shí)排水。
　　　止?jié){墊凝固后，要連同預(yù)埋的孔口管進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)壓力要求達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，若達(dá)不到，則進(jìn)行止?jié){墊加固注漿。
　　　3.1.3注漿參數(shù)設(shè)計(jì)
　　　3.1.3.1注漿孔布置
　　　工作面探水注漿設(shè)計(jì)注漿孔數(shù)利用公式如下：
　　　N=π（D-2A）/L=8個(gè)
　　　N-注漿孔數(shù)，個(gè)
　　　D-井筒凈直徑，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(shè)計(jì)檢驗(yàn)鉆孔1個(gè)，每段共9個(gè)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(yàn)孔布置在井筒中心線位置，垂直施工。止?jié){墊耐壓試驗(yàn)合格后，在注漿孔上安裝高壓閘閥方可鉆進(jìn)施工。鉆注順序?yàn)閷?duì)稱開孔注漿，切忌亂鉆不注。
　　　3.1.3.2注漿壓力
　　　考慮到改進(jìn)型脲醛樹脂在較低壓力下即可滲入裂隙，設(shè)計(jì)初始?jí)毫?MPa，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(zhǔn)備工作

　　3.1.4.1排水系統(tǒng)形成

　　探水注漿前應(yīng)形成不低于100m3/h的排水能力。井筒安裝一趟Φ108mm無(wú)縫鋼管作為排水管路，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　排水方案及排水設(shè)備詳見(jiàn)《郭家河礦井風(fēng)井井筒施工組織設(shè)計(jì)》。

　　3.1.4.2攪拌站設(shè)置

　　在地面井口房一側(cè)設(shè)置攪拌站，同時(shí)在地面挖三個(gè)池，分別存放配制的水泥漿液，化學(xué)漿液和清水。池旁邊布置注漿設(shè)備和攪拌罐。

　　3.1.4.3輸漿管路的安裝

　　利用傘鉆繩捆扎兩路Φ25mm高壓膠管，從地面輸送漿液到工作面作為輸漿管路，高壓膠管的耐壓強(qiáng)度不少于25MPa。

　　3.1.4.4井下操作平臺(tái)的搭設(shè)

　　利用井筒懸掛吊盤作為打鉆工作平臺(tái)。在井壁的四個(gè)方位打入四根鐵道鍥，將四層吊盤固定在鐵道鍥上。工作臺(tái)固定要牢固穩(wěn)定。

　　3.1.5鉆探施工

　　采用SGZ-150型液壓鉆機(jī)，鉆桿采用Φ50×6mm地質(zhì)鉆桿，鉆頭采用Φ75mmPDC復(fù)合片無(wú)芯鉆頭或Φ75mm潛孔錘頭成孔。

　　3.1.5.1鉆孔施工順序?yàn)閷?duì)稱開孔。為防止鉆孔偏斜，預(yù)埋孔口管時(shí)，鉆孔的方位角、傾角要由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，預(yù)埋過(guò)程中要及時(shí)準(zhǔn)確校對(duì)。鉆進(jìn)時(shí)使用平頂鉆頭或PDC金剛石復(fù)合片鉆頭并帶同徑具長(zhǎng)度不小于3m的扶正器。

　　3.1.5.2禁止彎曲鉆桿下井，提高對(duì)中度，過(guò)硬巖時(shí)，不應(yīng)加壓過(guò)量。帶閥清水鉆進(jìn)，地面連續(xù)供水，一旦水量變小或中斷應(yīng)立即停鉆或提鉆，檢查原因，恢復(fù)正常供水后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。

　　3.1.5.3定時(shí)檢查鉆具，發(fā)現(xiàn)不合格者應(yīng)及時(shí)更換，鉆具加工要規(guī)格，出刃一致，焊結(jié)實(shí)，加壓、鉆速適當(dāng)。為防掉物入孔，鉆進(jìn)時(shí)孔口鉆桿套厚皮膠板。

　　3.1.5.4每孔終孔停鉆后，應(yīng)加大水量沖孔，沖孔時(shí)間一般為30min左右，直到孔內(nèi)巖粉基本排除為止。

　　3.1.5.5要認(rèn)真做好鉆進(jìn)記錄與鉆機(jī)維修工作。

　　3.1.6注漿施工

　　注漿泵采用HFV-C型注漿泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。

　　3.1.6.1工藝流量：?jiǎn)我核酀{(化學(xué)漿)經(jīng)二次攪拌—注漿泵—輸漿管—控制閥—孔口管—巖層裂隙。

　　3.1.6.2壓水試驗(yàn)

　　每孔終孔測(cè)水后接通輸漿管路進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓力由小到大逐步升壓到最大注漿終壓，測(cè)定各不同壓力參數(shù)時(shí)的吸水量并繪制吸水量曲線，壓水時(shí)間可為20～30分鐘。并根據(jù)壓水結(jié)果，確定起始漿液配比。

　　3.1.6.3壓力調(diào)整：注漿壓力變化有時(shí)漸變，有時(shí)呈波狀，調(diào)整壓力應(yīng)與孔內(nèi)情況、漿液濃度等密切配合，當(dāng)漿液濃度確定后，用人為的方法控制泵量，使壓力達(dá)到終壓。

　　3.1.6.4漿液調(diào)整：漿液在巖層裂隙充填階段中，如壓力和進(jìn)漿量穩(wěn)定不變時(shí)，應(yīng)逐級(jí)加大濃度，如壓力上升快，進(jìn)漿量很快減小，應(yīng)依次降低漿液濃度，每改變一次漿液濃度可持續(xù)20分鐘。

　　3.1.6.5注漿結(jié)束前，應(yīng)壓注清水，使管路大部分漿液注入巖層裂隙中去。但要防止清水壓入地層，當(dāng)壓清水時(shí)需及時(shí)通知井下準(zhǔn)備閉閥泄?jié){，然后清洗整個(gè)注漿系統(tǒng)。

　　3.1.6.6養(yǎng)護(hù)、掃孔和復(fù)注：每孔首次注漿結(jié)束后，養(yǎng)護(hù)2～3小時(shí)，用鉆機(jī)掃孔到底，沖孔測(cè)水后進(jìn)行復(fù)注。復(fù)注次數(shù)可為一至多次，復(fù)注時(shí)采用稀漿。

　　3.1.7注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

　　單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，泵量<30L/min，穩(wěn)定20～30min，即可結(jié)束注漿。

　　工作面探水注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：施工最后檢查孔的涌水量來(lái)計(jì)算井筒開挖的最大涌水量，若水量超過(guò)6m3/h，應(yīng)補(bǔ)打注漿孔，繼續(xù)注漿。

　　注漿結(jié)束后，由技術(shù)員整理各孔鉆注全部數(shù)據(jù)資料。填制繪圖上報(bào)、存檔。

　　3.2壁后注漿

　　待井筒施工結(jié)束后，為進(jìn)一步減少井筒涌水量，則考慮實(shí)施下行式壁后注漿。壁后注漿以堵水為主，形成注漿帷幕，切斷水源達(dá)到注漿堵水及壁后充填加固的目的。井筒無(wú)明顯出水點(diǎn)，井筒涌水量達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束壁后注漿。實(shí)施壁后注漿時(shí)專門編寫壁后注漿設(shè)計(jì)。

　　第四章 工期和勞動(dòng)組織

　　4.1工期

　　每段工期包括：施工前籌備(1天)，止?jié){墊澆注養(yǎng)護(hù)(7天)，止?jié){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(jì)19天。

　　總工期約133天。

　　4.2勞動(dòng)組織

　　實(shí)行鉆注合一，探水人員終孔后參加注漿工作，見(jiàn)表如下：

　　鉆注勞動(dòng)組織表

說(shuō)明：1、井上信號(hào)把鉤打點(diǎn)工未列入；2、施工隊(duì)長(zhǎng)未計(jì)算在內(nèi)。
建議
　　　5.1成立郭家河風(fēng)井井筒防治水領(lǐng)導(dǎo)小組，全面系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)指揮實(shí)施防治水工作。
　　　5.2施工前形成臨時(shí)排水系統(tǒng)，并試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備專業(yè)人員充足。
　　　5.3必須堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，實(shí)施“截、導(dǎo)、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時(shí)針對(duì)風(fēng)井井筒通過(guò)的含水層厚度大的特點(diǎn)，適時(shí)進(jìn)行工作面探水注漿，每段工作面探水注漿前必須編制安全技術(shù)措施，審批后全體施工人員學(xué)習(xí)。
　　　5.4為進(jìn)一步減少井筒涌水量，井筒施工到底后，考慮實(shí)施壁后注漿。
　　　參考文獻(xiàn)：
　　　1、《郭家河礦井風(fēng)井井筒施工組織設(shè)計(jì)》
　　　2、郭家河礦井風(fēng)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(shè)備材料使用表
　　　2、注漿工藝示意圖