立井井筒穿过含水岩层或破碎带,采用地面或工作面预注浆法进行堵水或加团时,应遵守下列规定:
立井井筒穿过含水岩层或破碎带,采用地面或工作面预注浆法进行堵水或加团时,应遵守下列规定:
(一)注浆祷,工前,必须编制注浆工程设计。
(二)注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度,并深入不透水岩层或硬岩层5~10m。井底的设计位置在注浆的含水岩层内时,注浆深度必须大于井深10m。
(三)地面预注浆的钻孔,每钻进40m必须测斜1次,钻孔偏斜率不得超过0.5%。
(四)注浆前,必须进行注浆泵和输送管路系统的耐压试验。试验压力必须达到最大注浆压力的15倍,试验时间不得小于15m,无异常情况后,方可使用。
(五)注浆过程中,注浆压力突然上升时,必须停止注浆泵运转,卸压后方可处理。
(六)每次注浆后,应至少停歇3m,方可提拔止浆塞,以防高压浆顶出钻杆。
(七)冬季注浆施工时,注浆站和地面输浆管路,必须采取防冻措施。
(八)井筒工作面预注浆前,在注浆的含水岩层上方,必须按设计要求设置止浆岩帽或混凝土止浆垫。含水岩层厚度大,需采用分段注浆和掘砌时,对每一注浆段,必须按设计要求设置止浆岩帽或混凝土止浆垫。岩帽和混凝土止浆垫的结构形式和厚度应根据最大注浆压力、岩石性质和工作条件确定。混凝土止浆垫由井壁支承时,应对井壁强度进行验算。
(九)孔口管必须按设计孔位埋设牢固,并安设高压阀门。注浆前,必须对止浆垫和孔口管进行耐压试验,试验压力必须大于注浆压力1MPa。
(十)钻注浆孔时,钻机必须安设牢固。取芯钻进时,应使用能够防止顶出钻具的钻头;无芯钻进时,可使用三翼钻头,以防承压水顶出钻具。
(十一)井内应设吊泵,及时排除井底积水。当钻进注浆孔时,如井筒涌水量接近吊泵额定排水能力,必须停止钻进,提取钻具,关闭高压阀门,及时注浆。
(十二)注浆站设在地面时,井上、下必须有可靠的通信联系。
(十三)制浆和注浆的工作人员,应佩戴防护眼镜和口罩,水泥搅拌房内应采取防尘措施。
(十四)注浆结束后,必须检查注浆效果,合格后,方可开凿井筒。
【解读】本条是关于立井井筒施工中采用地面或工作面预注浆法进行堵水或加固时应遵守的规定。
注浆法是把有充塞胶结性能的浆液,通过注浆孔(或注浆管)注入含水地层中,浆液封堵岩石裂隙、隔绝水源。或将松散岩层胶结成不透水的整体,从而起到永久性的堵水与加固作用,然后进行井巷挖掘工作。
按注浆施工时间的不同可分为:预注浆和后注浆两种。预注浆又有地面预注浆和工作面预注浆两种。
注浆施工前,必须编制注浆工程设计,以指导施工,编制注浆工程设计必须具备下列资料:
1.地质和工程地质资料
(1)工程地质说明书;
(2)地质勘查报告;
(3)井筒检查孔必须取得的资料,应按《矿山井巷工程施工及验收规范》中有关的规定执行;
(4)检查孔岩芯实地调查资料。
2.水文地质资料
(1)工程水文孔的简易水文资料;
(2)水文地质报告书及计算书;
(3)水质分析资料。
3.井筒施工图及施工组织设计
(1)矿井设计及图纸;
(2)立井施工组织设计及图纸。
注浆工程设计的内容应包括:
(1)注浆深度及段高的划分。
(2)注浆参数的确定。注浆参数包括注浆压力、注浆量、浆液扩散半径和注浆孔数等。
(3)施工顺序及注浆方式。
(4)施工组织及管理。
(5)注浆工期及工程投资预算。
注浆段长度即注浆孔的终孔深度的确定,主要取决于含水层的埋藏条件,要符合本条
(二)款规定,以保证能有效地封隔含水层(图2-1-4)。
钻孔偏斜率不得超过0.5%。若偏斜率过高,则浆液达不到充填和渗透的有效范围,失去封堵和隔绝作用。此时,应停止钻进,进行纠偏。每钻进4m,必须测斜1次。注浆前,必须对注浆泵和输送管路系统进行耐压试验,试验压力必须达到最大注浆压力的1.5倍,试验时间不得小于15min。若设备无异常响声,管路不漏水,调节注浆泵流量的装置、测试仪表及除尘装置等使用可靠,无异常情况后,方可使用。
(a)含水层埋藏深度小于井筒设计深度;(b)含水层埋藏深度不大于井筒设计深度;
1——冲积层;2——井筒轮廊线;3——含水层;4——注浆孔;5——不透水岩层;6——隔水层
注浆过程中,必须注意观察注浆压力(泵压及孔口压力表)和吸浆量的变化情况。当泵压突降,吸浆量迅减或不吸浆时,一般是泵的吸水笼头或泵吸浆口球阀堵塞;如果泵压突增,而注浆孔口压力上升是很慢或不升压,一般是输浆管路堵塞,当泵压及孔口压力均均突然上升,而吸浆能力下降或不吸浆,则多为混合器或钻孔发生堵塞。出现上述情况时,必须停泵,进行检查处理。当注浆压力突然下降,增大流量仍不回升,属跑浆或超扩散,则可采用缩短凝固胶时间、增大浆液浓度或低压、间歇注浆的方法来解决。
为了防止高压浆液顶出钻杆伤人,每次注浆后,应至少停歇30min,方可提拨止浆塞。
冬季注浆施工时,注浆站和地面输浆管路,必须采取防冻措施。
工作面预注浆是井筒掘进到含水层上方一定距离时停止掘进,预留止浆岩帽或浇筑混凝土止浆垫,然后从工作面钻孔注浆,形成帷幕,再进行井筒施工。
井筒工作面预注浆前,为了使浆液在注浆压力下沿着含水层中裂隙有效地渗透扩散,防止向工作面跑浆、漏浆,按规定必须在注浆的含水层上方预留能承受最大注浆压力的岩柱,即止浆岩帽或用混凝土构筑的上浆垫。
止浆岩帽或混凝土止浆垫,应按下列条件选用:
(1)在含水岩层上方具有足够强度和百度的致密的不透水层时,可采用工作面预留止浆岩帽;
(2)在含水岩层上方无良好隔水层,不具备预留止浆岩帽的条件时,可采用砌筑混凝土止浆垫;
止浆岩帽应符合下列要求:⑴止浆岩帽必须能承受最大注浆压力,其厚度可参照下列公式计算:
式中 B——预留止浆岩帽的厚度,m;
D——井筒净直径,m;
P0——注浆终压,MPa;
【r】——岩石允许抗剪强度。
⑵对预留止浆岩帽必须进行钻孔和耐压试验。当钻进距离含水层2~3m时,用清水试压;注水压力达到设计注浆终压,并持续10min,止浆岩帽无跑水现象,即证明该止浆岩帽合格;如果止浆岩帽有少量跑水时,应进行局部加固或在止浆岩帽上部浇注1m厚的混凝土垫层。
⑶利用已注浆的岩层作为止浆岩帽时,也必须进行耐压试验。
混凝土止浆垫应符合下列要求:
⑴结构简单,施工方便,止浆可靠;
⑵混凝土强度等级不低于C23;
⑶能够承受注浆终压。
混凝土止浆垫的结构形式,应根据施工条件和经济合理性选定,可采用单极球面型或平底型,如图2-1-5所示。
预留止浆岩帽或混凝土止浆垫的设置情况如图2-1-6所示。
混凝土止浆垫由井壁支撑时,庆对井壁强度进行验算。当井壁实际承受压力超过井壁材料允许抗压强度时,应提高与混凝土止浆垫连接处的井壁材料的设计抗压强度或增加该处井壁的厚度,
孔口管必须埋设牢固(图2-1-7)。
固定孔口管,应符合下列要求:
⑴在止浆岩帽内埋设孔口管时,可用浓水泥浆或水泥—水玻璃浆,必须使其固结牢靠;
⑵采用混凝土止浆垫时,孔口管必须按照设计孔位预埋在混凝土内,并牢固可靠;
⑶孔口管长度必须大于混凝土总厚度(包括滤水层)300~500mm,并使其外露。
孔口管上应安设高压阀门。注浆前,对止浆垫和孔口管进行耐压试验,试验压力必须大于注浆压力1MPa。
当工作面涌水较大时,可在止浆垫之下铺设碎石滤水层,如图2-1-8所示。
钻注浆孔的钻机必须安设牢固。取芯钻进时,应使用能防止顶出钻具的钻头,无芯钻进时,可使用三翼钻头,以防承压水顶出钻具。
为保证打钻和注浆安全施工,井内应设吊泵,及时排除井底积水。当井筒涌水量接近吊泵额定排水能力时,必须停止钻进,提取钻具,关闭高压阀门,及时注浆。注浆站设在地面时,井上、下必须有畅通无阻的信号通讯联系。制浆和注浆的工作人员,应佩戴防护眼镜和口罩,水泥搅拌房内应采取防尘措施。
注浆结束后,必须检查注浆结果,合格后,方可开凿井筒。
注浆结束标准,应符合下列要求:
⑴每孔注浆时应达到注浆的终压和终量。单液水泥水浆的终量为50~60L/min,并稳定20~30min时,即可结束该孔的注浆;双液水泥—水玻璃注浆的终量为100~120L/min,并稳定10min时,即可结束该孔注浆;粘土—水泥注浆,井深为200~300m时,终压为8~12MPa,大于300m时,终压为12~18MPa。
⑵终检孔经过注浆后,在最大注浆压力下注浆段内实测的吸水量不超过0.5~1.0L/min,浆液注入量等于或大于设计要求的注入量时,即为注浆孔注浆合格,必要时可进行一次抽水试验。
⑶当测得注浆段的井筒涌水量小于3m3/h,水中不含砂、且立井井筒的全部漏水量不超过10m3/h,即为井筒注浆效果合格。