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北京消防|榮康回風(fēng)立井工作面預(yù)注漿安全技術(shù)措施|消防檢測|電氣檢測
發(fā)布日期：2019-02-02 12:47:53
一、工程概況
根據(jù)榮康回風(fēng)井工作面現(xiàn)場涌水量16m%uB3/h以及預(yù)計最大涌水量25m%uB3/h，我項目部與礦方共同研究決定對榮康回風(fēng)立井工作面進行注漿施工，為了保證井筒175m至235m安全施工特制定本措施。
（1）含水層
根據(jù)井田地層巖性的組合特征、含水介質(zhì)的巖性、地下水賦存條件及水力特征，井田內(nèi)地下水類型包括碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、碎屑巖類裂隙水及松散巖類孔隙水。其相應(yīng)的含水層主要有：
1、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水
井田內(nèi)碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水層主要為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組與峰峰組灰?guī)r。其中，峰峰組及馬家溝組石灰?guī)r是本井田煤系地層下伏的主要含水層，且本井田煤層屬帶壓開采，是本井田礦井生產(chǎn)的主要威脅。奧陶系石灰?guī)r出露于井田外東南部，露頭所見溶洞，裂隙比較發(fā)育，所見奧灰?guī)r性為致密塊狀質(zhì)較純，裂隙被方解石充填。據(jù)1996年9月至1997年1月由144隊在辛置煤礦井下施工的307號水文鉆孔O2f抽水試驗，單位涌水量1.1028-1.4236L/s%uB7m，水質(zhì)類型SO4-K+%uB7Na%uB7Mg型，富水性強。水位標(biāo)高518.75m。ZK203號鉆孔抽水試驗單位涌水量1.015L/s%uB7m，水位標(biāo)高516.29m，由于推斷本井田水位標(biāo)高約為515-525m左右。因此，井田內(nèi)該類型地下水屬富水性強的溶隙含水層。
2、碎屑巖夾碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層
井田內(nèi)碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水層主要指石炭系上統(tǒng)太原組砂巖與灰?guī)r含水層，其中K3、K2灰?guī)r為主要含水層。巖性為深灰色致密堅硬石灰?guī)r，其中K2石灰?guī)r為主要含水層，為9號煤層直接充水含水層，裂隙溶隙較發(fā)育，據(jù)1996年9月至1997年1月由144隊辛置煤礦井下施工的307號水文鉆孔，太原組抽水試驗單位涌水量為0.5769-0.6801L/s%uB7m，水位標(biāo)高500m，水質(zhì)類型SO4%uB7HCO3-K+%uB7Na?%uB7Mg型，富水性中等。2010年施工的ZK203號鉆孔太原組抽水試驗單位涌水量為0.041L/s%uB7m，富水性弱。因此，井田內(nèi)該類型地下水為富水性弱-中等的溶隙含水層。
3、碎屑巖類裂隙水含水層
井田內(nèi)碎屑巖類裂隙水含水層主要包括二疊系上石??子組、下石盒子組及山西組地層中的砂巖含水層，其中，這些地層中分布的厚度較大的上石盒子組K12、K10，下石盒子組K9、K8砂巖及山西組中的K7砂巖為最主要的含水層。
（1）山西組(K7)砂巖裂隙含水層
細粒砂巖、細粒石英砂巖為主，灰白色、灰色，裂隙不甚發(fā)育，富水性弱，裂隙含水組淺部一般以風(fēng)化裂隙潛水為主，K7砂巖含水層為2號煤層主要含水層，隨埋深的增加，裂隙發(fā)育減弱。ZK203號鉆孔抽水試驗單位涌水量為0.024L/s%uB7m，因此，該層屬弱富水裂隙含水層。
（2）下石盒子組砂巖裂隙含水層
巖性為灰白色、淺黃灰色，厚層狀，局部變?yōu)楸訝?，裂隙發(fā)育較差。K8砂巖為2號煤層的頂板，成為煤層直接充水含水層，該層受地形影響，受大氣降水及地表水補給差異性較大，泉流量在0.02－0.05L/s，該層屬富水性中等的裂隙含水層。
（3）上石盒子組砂巖裂隙含水層
巖性為黃綠色，厚層狀，中、細粒砂巖，裂隙不發(fā)育，為較弱含水層。
（4）基巖風(fēng)化殼含水層
由于風(fēng)化水蝕作用的強弱，裂隙的深度因地而異，風(fēng)化深度30-50m，含水性變化大，據(jù)鄰近水井的調(diào)查資料，水量不大，能滿足居民和牲畜飲用。水位標(biāo)高變化較大，水質(zhì)類型：重碳酸氯化—鈣鎂型水，為較弱含水層。
4、松散巖類孔隙水含水層
井田內(nèi)松散巖類孔隙水含水層主要是黃土梁峁區(qū)的第四系中上更新統(tǒng)孔隙含水層及分布在部分較大溝谷中的第四系全新統(tǒng)含水層。
（1）第四系中上更新統(tǒng)松散含水層
主要分布在山間溝谷地帶，第四系松散層最大厚度約為100m，其中下部分布的砂礫石層為其主要含水層，其中的亞砂土層也有一定的含水性。其下部的第三系粘土層或二疊系上石盒子組泥巖為主要隔水層。井田內(nèi)該類型地下水多為上層滯水，地下水位變化較大，在溝谷邊往往出露成泉。
（2）隔水層
井田內(nèi)主要的隔水層有石炭系本溪組隔水層和石炭系太原組、二疊系山西組隔水層，現(xiàn)分述如下：
1、石炭系中統(tǒng)本溪組隔水層
井田內(nèi)最下部11號煤層至奧灰水含水層之間的隔水層，是由鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖、石英砂巖等致密巖層組成，厚度約28.03m，具有良好的隔水性能，系奧陶系中統(tǒng)巖溶水與太原組砂巖裂隙水間的良好隔水層。其分布穩(wěn)定，延續(xù)性好，具區(qū)域隔水作用。通常情況下，垂直方向使11號煤層以上含水層與奧灰?guī)r溶水不發(fā)生水力聯(lián)系。
2、石炭系太原組、二疊系山西組隔水層
由石炭系太原組、二疊系山西組泥巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖及煤層等組成隔水層，分布于各層砂巖和石灰?guī)r含水層之間，構(gòu)成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起層間隔水作用，單層厚度為數(shù)米至數(shù)十米。該隔水層的存在是相鄰含水層間水力聯(lián)系程度弱的主要因素，也是含水層垂向上的隔水邊界。井田內(nèi)太原組隔水層一般厚80m左右，在無斷層貫通情況下，太原組石灰?guī)r溶隙將不會影響上組煤的開采；下石盒子組泥巖、粉砂巖隔水層一般厚90m左右，致密巖層對地表水及潛水起隔水作用。
回風(fēng)井175m至235m含水層列表
深度（m） | 厚度（m） | 巖性 |
176 | 6 | 中粒砂巖 |
192.3——199.5 | 7.2 | 粉砂巖 |
199.5——204.9 | 5.3 | 粉砂巖 |
205.4——208.3 | 2.9 | 粉砂巖 |
209.1—???214.8 | 5.7 | 粉砂巖 |
214.8——217.6 | 2.8 | 中粒砂巖 |
217.6——228 | 10.4 | 粉砂巖 |
228——230.5 | 2.5 | 中粒砂巖 |
233.8——234.6 | 0.8 | 中粒砂巖 |
回風(fēng)立井175m至235m共計9層含水層。
三、施工方案：
根據(jù)含水層的賦存特點，該井筒計劃分1個注漿段進行工作面預(yù)注漿堵水。含水層采用1米混凝土止?jié){帽，防止含水層涌水在水頭壓力作用下從底部巖石裂隙涌出，造成淹井事故。
立井工作面預(yù)注漿的段高，主要考慮鉆機能力和含水層厚度。此次注漿段高，經(jīng)綜合考慮確定如下：
1、注漿段高劃分
注漿段垂深175m至235m，段高60m；
合計工作面注漿總長度60m。
2．布孔方式
為使注漿孔更多地揭露裂隙，提高注漿效果，決定將鉆孔布置為徑向斜孔，鉆機應(yīng)盡量靠近井壁，開孔中心到井壁距離為500mm，終孔位置在井筒掘進半徑外2m處，采用同心圓等距布孔，一圈布孔6個，孔間距2.1m，終孔半徑4.9m。（見附圖）。
3．注漿孔角度
主要根據(jù)裂隙的方向及其分布情況來確定，要保證注漿孔與裂隙相交。要有足夠的漿液擴散半徑???保證止水效果。為此，應(yīng)布置徑向斜孔超出井幫一定距離，傾斜孔在徑向的傾角a可用下式計算：
a= arctan[(S+A)/H]=arctan(3/60)=2.9%uB0
式中：S—孔底超出井筒荒徑的距離，取2米。
H—注漿段高。
A—孔口距井筒荒徑的距離，1米。
此時，每個注漿孔均按兩種角度布置。一是切線角，一般為110～1300，二是徑向傾角。
4．注漿方式
采用下行壓入式注漿的方法。一次鉆孔，鉆孔成型后進行注漿。第一個鉆孔注漿的同時按鉆孔順序施工下一個鉆孔。
1、漿液擴散半徑
實際上，漿液的擴散是不規(guī)則的。由于在注漿施工過程中，對注漿壓力、注入量、漿液濃度等參數(shù)可以加以人為控制、調(diào)整，對漿液的擴散范圍，可以起到一定的控制作用。一般在含水層砂巖裂隙開度在0.5-40mm時，有效擴散半徑為6-8m，結(jié)合多年井筒工作面預(yù)注漿的施工經(jīng)驗，單液水泥漿，擴散半徑可按8m計算。如果是微裂隙或孔隙水，注漿難度較大，顆粒性材料可注性差，此時應(yīng)選擇化學(xué)漿液注漿，漿液有效擴散半徑按4m計算，適當(dāng)加密注漿孔的間距，增加注漿孔個數(shù)。
2、注漿壓力
注漿終壓為靜水壓力的的2.0～2.5倍。本次工作面預(yù)注漿，揭露砂巖含水層承壓水，靜水壓沒實測數(shù)據(jù)，臨時確定注漿終壓為10～12Mpa。待含水層揭露后，實測到靜水壓數(shù)據(jù)，再定實際注漿終壓。
3、漿液注入量
漿液注入量可根據(jù)擴散半徑（8m）及巖石裂隙率進行粗略計算，僅能作為施工參考。
（1）含水層注入量
總注漿段高按60m計算，巖石裂隙率取5%（一般為1～5%）。
Q=A%u3C0R2H%u3B7%u3B2/m式中：
Q—總注入量；
R—擴散半徑，取8m；
H—注漿段高，按60m計；
%u3B7—由于實際揭露巖性裂隙較發(fā)育，巖層裂（孔）隙率，取5%
%u3B2—漿液充填系數(shù)，取0.85；
m—結(jié)石率，取0.85；
A—漿液損失系數(shù)，取1.5，（一般A=1.2～1.5）
Q=1.5%uD73.14%uD782%uD760%uD75%%uD70.85/0.85=904.3(m3)
以上巖石裂隙率為估計值，施工中應(yīng)按實際情況調(diào)整漿液注入量。
4、漿液配比
注漿首選單液水泥漿，單液漿起始濃度先稀后濃。當(dāng)涌水量大需要及時封堵時，可采用水泥—水玻璃雙液漿。漿液起始濃度的確定，通常根據(jù)注漿前壓水試驗時鉆孔的最大吸水量來選擇，漿液的起始濃度可根據(jù)下表一來確定。
表一漿液起始濃度
鉆孔最大吸水量（L/min） | 漿液濃度（水：灰） |
60～80 | 2:1 |
80～150 | 1.5:1 |
150～200 | 1.25:1或1:1 |
＞200 | 1:1或雙液 |
表二漿液配比表
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