庙口煤矿风井井筒静水位防治水设计与施工

庙口煤矿风井井筒静水位防治水 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与施工 赵继忠 罗 元 刘友军 耿直 (河南煤业化工集团 河南永鑫煤业有限公司，河南 淇县456792) 摘 要:庙口煤矿风井井筒与井底连接处(马头门)施工刚结束，模板未拆除， 井筒井底水窝施工时遇水，涌水量由开始时10m3/h迅速增加至150m3/h，风井 排水能力仅有50m3/h，造成风井井筒淹井。为了避免重新掘砌施工风井井筒与 井底连接处及结合井筒涌水量和排水能力实际情况，采取溜灰管、排水管中套入 2吋胶管同时进行静水位浇筑素灰(水泥灰)止浆垫，素灰凝固7d后排水作业， 重新复浇筑商品混凝土止浆垫进行钻探注浆防治水。实践表明，静水位浇筑素灰 止浆垫强度能满足生产要求，缩短施工工期、降低投资，提高矿井经济效益。 关键词:井筒淹井;静水位;素灰;止浆垫;防治水 Entrance wind Wells coal mine shaft static water level pulp pad the prevention and control of water to design and construction Zhao Jizhong Luo Yuan Liu Youjun Geng Zhi (Henan Coal Chemical Industry Group Co.,Ltd， Henan Yongxin Coal Industry Co., Ltd., Henan, Qixian 456792) Abstract: Coal Mine Air Shaft temple and the bottom junction (Horsehead) construction just completed, the template is not removed, the borehole bottom Shui Wo construction of water, water inflow from the start of 10 m3/h rapidly increased to 150 m3/h, wind well drainage capacity is only 50 m3/h, resulting in air Shaft submergence. In order to avoid to dig build by laying bricks or stones wind Wells wellbore bottom and construction joints and combined with yield and drainage borehole ability actual situation, take gray tube, drains, had been slipped into two inches hose and static and water pouring grain ash (cement grey) stop pulp pad, after dust coagulation factors 7 days, drainage work, re-mixed concrete pouring only the pulp pad drilling water control. Practice shows that the static water level just pouring ash pulp mats prime strength to meet the production requirements, shorten the construction period, reduced investment, improve mine efficiency. Key Words:shaft submergence; static water level; su gray ;sealing pad; control of water 1 基本情况 河南永鑫煤业有限公司庙口煤矿位于393m;新回风井位于原振兴煤矿主、副 井河南省鹤壁市淇县庙口镇，该矿井为振兴工业广场北侧，井深180m(原设计 143m)。 煤矿技改 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ，地质储量1961万t，可采1.1 矿井地质条件 储量512.37万t，设计生产能力0.45Mt/a，庙口井田南北长4.3km，东西宽0.6, 服务年限8.1a，矿井为瓦斯矿井，采用立1.7km，井田面积4.22km2，井田范围 内有井单水平上、下山开拓方式，回采煤层为断层54条(不含隐伏断层)，其中: 落差二1煤层，煤质为优质无烟煤。矿井设计新大于等于100m的断层8条，落 差50,100m主、副、风井，新主、副井位于原庙口中的断层6条，落差30,50m 的断层5条，学内，主、副井设计井深分别为375m和落差20,30m的断层4 条，落差10,20m,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师， 1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。 的断层11条，落差5,10m的断层14条，落差小于5m的断层6条。井田范围矿井水文地质条件 庙口煤矿含水岩组在区域风井井筒淹井事故 2.1 风井工作面第三次探放水设计 风井井筒在井深163m处进行了工作面第三次探放水作业，探明了163,213m井深及南马头门含水情况(图1、表1)。 ## 表1:风井工作面第三次探放水1,3、##35钻孔无水，4钻孔于孔深38m处遇2m/h的涌水量。各钻孔单液浆注浆压力达4MPa后封孔(各钻孔注浆量均较少)，转入 图1:工作面探放水钻孔布置示意(单位:mm) 表1:工作面第三次探放水有关参数 孔号 1 2 3 4 5 0) 0 120 240 168 168 方位角 ( 倾角 (0) 90 90 90 66 78.4 孔深 (m) 50 50 50 44 41 涌水量 (m3/h) 0 0 0 2 0 注:4#钻孔出水位置在孔深38m处。 井筒掘砌施工。井深163,184m掘进时，L7,L8灰岩裂隙较发育，裂隙中充填泥岩。 2.2 井底水窝突水淹井 井底水窝岩性为L8灰岩，掘砌1段高需多次放炮且装药量较大，对围岩震动影响较大。井底水窝首个段高掘进完准备回模板时，工作面迎头西南侧出现突水，涌水量由开始时的10m3/h迅速增加至150m3/h，风井排水能力仅有50m3 )。 图2:井底水窝处巷道剖面示意(单位:mm) 表2:庙口煤矿各地点水源水离子对比表 SO4 HCO3 2-- 风井 36.5 248 8.86 55.7 25.3 突水 主井 63.4 237 13.5 70.7 23.5 奥灰 MK5 144 268 12.1 77.0 24.4 奥灰 246 14.5 79.0 29.1 水库 207 注:离子数值为每升水中含量(毫克)。 ,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师，1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。 Cl - Ca + Mg + 备注 表2中数据对比分析后，风井突水水源为奥灰水的可能性较大(Ca+数值超过30,40mg/L水源一般为奥灰水)。 3 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 结合调运大功率泵所需时间、资金，结合现场条件及以往井筒突水防治水经验，提出如下防治水方案。 方案一:商品混凝土止浆垫 利用溜灰管直接输送商品混凝土至井底浇筑止浆垫。优点:施工进度较快，止浆垫强度较大;缺点:溜灰管中易造成混凝土、水分层堵塞，影响止浆垫的整体性，需进行二次返工作业，井底淤泥影响止浆垫浇筑强度。 方案二:素灰止浆垫 利用溜灰管、压风管中套入2吋胶管，2趟管路同时进行浇筑素灰止浆垫(图3)。优点:施工工艺简单;缺点:施工进度较慢，止浆垫等凝时间较长，止浆垫厚度较大，整体强度低，抗压强度主要由止浆垫中间段提供，材料消耗较大。 方案三:强行排水后浇筑商品混凝土止浆垫。优点:止浆垫质量好，强度大。缺点:购买大排量水泵(需等待，影响工期)，重新敷设电缆，资金投入较大，井筒涌水量及水源补充变化不清晰，排水时间不宜控制。 方案选择以“经济上合理、技术上可行、安全上可靠”为原则。井底连接处落底井深180m，水窝井底井深184m，为避免重新掘砌施工井底连接处及防治水二次返工，加快井底水窝防治水及保证井底二期工程施工进度，确定方案二为本次防治水方案，方案三为备用方案。 4 止浆垫 4.1 素灰止浆垫 4.1.1 素灰止浆垫结构 止浆垫的结构形式为平底型，其有效厚度计算公式: B = 式中 B——止浆垫厚度; p0——注浆最大终压，5MPa; ,σ,——混凝土7天允许抗压强度，按2.5MPa考虑(尽量取小值); h——球面矢度，0.3; r——井筒径半径，2.75m。 考虑素灰止浆垫顶部止浆垫受井筒水浸泡(按2m考虑);底部止浆垫素灰与淤泥参杂胶结凝固(按3m考虑)，整体强度较低，为无效止浆垫。本次浇筑素灰 止浆垫总体厚度为12m。 4.1.2 素灰止浆垫材料选择及消耗 预计井底水窝充满淤泥，马头门及信号硐室净体积151.4m3，12m井筒体积为190.9m3，井底水窝106.9m3，本次浇筑素灰体积为449.2m3，折算为水泥用量预计为400t。 炉渣水泥水化热较低，有利于止浆垫的浇筑质量，但市场最高标号为325#，不能满足静水位浇筑素灰止浆垫强度要求;高标号硅酸盐、普通硅酸盐水泥素灰水泥浆凝固期间水化热较高，影响止浆垫凝固时间、质量和强度(水泥水化热使素灰体积内的热量分布不均匀及大体积浇筑素灰止浆垫易导致混凝土体积变形)。综合分析，浇筑素灰止浆垫水泥为PO.42.5普通硅酸盐水泥。 4.1.3 素灰止浆垫浇筑 胶管下放至预定位置后，开始下灰，素灰开始时水灰比为2:1，待水泥用量达1t后，逐渐增大水灰比至1:1。控制好下灰速度，避免堵管，保证素灰止浆垫浇筑的连续性和整体性。素灰搅拌时添加5‰的食盐和0.5‰的三乙醇胺，作为速凝早强剂。 为避免下灰对止浆垫的冲击，影响素灰沉淀、凝固速度和止浆垫强度，胶管出口前段3m加工成花管(底端封闭)，采用侧向出灰的方式。 浆液搅拌器具为自行加工，容器为1t翻斗矿车，在矿车底部铺设条状花管(普通矿车底部可铺设环形花管)，花管通过胶管与压风管路连接，采用压风风动搅拌水 ,1, = 6.325m，取7m。 ,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师，1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。 泥灰，污水泵吸浆。水灰搅拌与吸浆不平行作业，防止污水泵中进风停止吸浆。该搅拌方式注浆量水泥消耗量达到10t/h，极大地提高了素灰止浆垫施工速度，320t水泥浇筑止浆垫用时2.5d。 4.2 混凝土止浆垫 排水后，素灰止浆垫为近似平面，位置为井深161m处。清理素灰止浆垫上部淤泥及凝固胶结较差段(1m)，井壁预埋锚杆，锚杆规格φ18mm，长度1000mm，深入井壁长度0.5m，锚杆预埋后及时浇筑强度为C40商品混凝土止浆垫2m，止浆垫养护期7d。 5 井底水窝防治水 5.1 孔口管及注浆钻孔 5.1.1 注浆钻孔 马头门拱基线以上(含井壁)为锚网混凝土支护(马头门掘进宽度为2.5m，局部超挖较严重，支护锚杆长度为1.8m)。为保证钻头的安全，钻孔布置需避开该区域，根据现场实际条件，设计6个钻孔(图3)。 本次探放水钻探范围为井深160,208m。3#、4#、6#钻孔为垂直孔布置，目的为检验井筒孔口管 孔口管规格为φ108mm×12mm，长度8m的无缝钢管，上部焊接法兰连接注浆阀，并安设φ100mm高压球阀，以防钻进时含 面0.5m。商品混凝土止浆垫初凝3d后，在混凝土上方搭设钻机工作平台，埋设孔口管作业。孔口管埋设好后，钻孔钻进10m注清水对孔口管压力试验，孔 口管及止浆垫试验压力达6MPa后方可正常钻进作业，否则重新加固。 5.2 注浆材料及注浆量 单液浆水泥浆预计注入量(单孔)按下列公式计算: ,, Q = A HπR2βη1 =69.22 m3 式中:A——注浆消耗系数，取1.2; H——注浆段高，48m; R——浆液有效扩散半径，3m; β——浆液充填系数，取0.85; η——裂隙率，取5%。 单孔实际注浆量以孔口管压力表达设计值为准。 本次注浆以单液浆为主，双液浆为辅，单液浆注浆压力达设计值后双液浆封孔。浆液浓度为W:C(水灰比)=2:1,1:1.5，C:S(体积比)=1:0.4,1:1，根据钻孔吸浆量调整注浆浓度，先稀后稠，注浆终压为4,5MPa。注浆水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.4,2.6 45Bè和模数2.8以上40Bè。 5.3 注浆施工设备及顺序 5.3.1 施工设备 注浆钻孔采用SGZL-3B型钻机，配节长为φ50mm×1.5m钻杆，钻头φ75mm，用清水作循环液，注浆采用BW-250型泥浆泵注浆。 5.3.2 钻注施工 ,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师，1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。 :井底水窝工作面预注浆钻孔布置示意 图3 钻注施工顺序:?施工西南方向的4#、6#钻孔，明确淤泥位置;?施工南部2#、5#;?施工北部1#、7#;?对南部单孔涌水量较 # 大的钻孔，对4、6#钻孔交替复钻、注浆。 为保证注浆效果，按施工顺序依次单孔钻进，遇水即提钻注浆、复钻、复注施工。钻探过程中出水钻孔均需复钻检验注浆效果。 5.4 注浆效果 # 本次探防水主要以4钻孔复钻，钻探涌水位置见表4，其它钻孔钻探工程量及材料消耗较小。 表4 4孔钻钻注注情况汇总表 序号 1 2 3 4 涌水位置 /m 20 26 26 30 涌水量 /m?h 7 50 30 1 3 -1 # SGZL-3B型钻机未配备自动卸钻杆装置，单一球形阀门防喷装置需拆离钻杆且将钻杆完全顶入钻孔中方可完全关闭，操作工序多且影响因素较多，结合风井淹井涌水量和排水能力，钻探过程中存在突水淹井风险。 备注 喷砂后变小 本次探放水共施工有效钻孔6个，总工程量539m(钻探288m，复钻251m)，材料消耗计314.6水泥，工期临时近3个月。经钻注后，清理素灰止浆垫过程中涌水量为零，取得了理想的注浆效果。 6 主要存在问题及对策 6.1孔口管、止浆垫加固难 素灰、商品混凝土止浆垫未采用嵌式结构，止浆垫主要由止浆垫自重、止浆垫与井壁之间摩擦力支撑。素灰止浆垫与商品混凝土止浆垫止浆存在平面接缝，孔 ”现象，口管注浆加固时，浆液主要充填平面接缝处，商品混凝土止浆垫存在“活塞致使商品混凝土止浆垫累计上移300mm(锚杆未采用锚固剂端头固定)，注浆压力为1.5,3.0MPa，未能达到孔口管设计压力6MPa。 长度2.5m的无缝钢管孔口管未能将商品砼止浆垫、素灰止浆垫固定成一整体，其余孔口管埋设长度均为8m，孔口管表面焊接钢筋条(增加阻力)，双液浆注浆加固后，孔口管压力试验很快达到6MPa。 6.2 突水淹井威胁 (b) (a) 改装前 (b)改装后 图4:防喷装置成套装置示意图 为避免庙口煤矿探放水期间钻孔出水 淹井或其它水害事故，对老式防喷装置进行了改装，新型防喷装置由球形阀门和紧固阀门组成(图4)。钻孔涌水时，首先关闭紧固阀门，紧固阀门橡胶圈垫层与钻杆致密接触，控制钻孔涌水量(只有钻杆孔出水，实测涌水量控制在10m3/h以下)，同时可继续拔取钻杆，待钻杆全部拔取完后关闭球形阀门，连接注浆管进入注浆程序。 7 结 语 1、静水位浇筑素灰止浆垫，避免了强排水排水量及涌水量不确定因素和二次施工止浆垫,强度亦能满足探放水要求。根据素灰止浆垫清理量统计，单位素灰止浆垫消耗水泥量约为0.7t。长孔口管将混凝土止浆垫、素灰止浆垫加固为一整体，克服了商品混凝土止浆垫“活塞”现象;新型防喷装置的应用，实现了拔取钻杆时亦能控制钻孔涌水量，保证了探放水安全。单孔钻进避免了注浆串孔现象，保证了注浆质量。钻孔复钻、复注增加了裂隙受注浆的 ,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师，1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。 机会，提高了注浆效果。 2、 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 的选择及调整直接影响探放水施工进度，施工方案的制定应全面考虑各因素。探放水方案设计应充分分析施工地点周围地质构造和水文地质条 件，探放水结束后应对探放水进行注浆效果评价。 3、庙口煤矿地质条件、水文地质条件均为复杂型，奥灰水是矿井防治水的难点及重点， L7,L8灰岩裂隙及断层带中夹杂泥岩是影响注浆量及防治水效果主要影响因素，井巷施工坚持“预测预报、有掘必 探、先探后掘”防治水原则和物探、钻探、实验室化学分析(钻孔出水即取样分析，确定涌水是否为奥灰水)相结合的方式，甚至物探(如直流电测法)作为巷道掘进期间的常态工序，动态对比、分析前后参数，避免涌水通道“活化”，造成巷道滞后突水。 参考文献 ,1,王国际 主编 《注浆技术理论与实践》 徐州:中国矿业大学出版社 2000年8月。 ,作者简介,赵继忠(1969—)，男，河南孟津人，工程师，1994年毕业于焦作工学院采矿工程，本科学 历，学士学位，现任河南永鑫煤业有限公司总工程师。