專利名稱：深井工作面注漿工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦井的開采時深井工作面的注漿防滲水技術(shù)，具體地涉及一種深井 工作面注漿工藝。
背景技術(shù)：
隨著礦山地下工程開采規(guī)模的擴(kuò)大，越來越多的工程常常遇到裂隙含水層、砂 巖孔隙水、灰?guī)r溶洞水、斷層破碎帶水、巖溶陷落柱水等復(fù)雜地層，這些地層往往水源 豐富，涌水量大，可能引起突水、坍塌、冒落等事故，甚至造成淹井和人員傷亡等安全 事故。地層注漿堵水施工技術(shù)，是治理這些復(fù)雜地層消除可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生水害的有 效技術(shù)方法之一。地層注漿堵水技術(shù)具有設(shè)備和工藝簡便、靈活和適用范圍廣等優(yōu)點，已成為地 下工程建設(shè)不可缺少的卓有成效的技術(shù)之一。但由于地下條件復(fù)雜多變，注漿治水又是 隱蔽工程，施工中往往由于理論和經(jīng)驗不足，帶有盲目性和隨意性，致使有些注漿工程 尤其是深(600m以深)立井工作面預(yù)注漿，花了很大代價，但未達(dá)到預(yù)期效果，因此， 在地層注漿施工中，要不斷認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，努力提高科學(xué)性，減少盲目性，最終達(dá)到預(yù) 期效果。就深立井施工而言，如何采用科學(xué)的方法解決深立井工作面預(yù)注漿問題，是施 工中的技術(shù)重點和難點。借鑒已有的成熟的淺立井工作面預(yù)注漿施工經(jīng)驗，結(jié)合深立井 地質(zhì)特點，采用科學(xué)的方法，最終解決深立井井筒工作面預(yù)注漿施工難題，則可以大大 提高立井施工速度，將帶來十分顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，同時也是對立井工作面預(yù)注漿 施工技術(shù)一個重要補(bǔ)充。工作面預(yù)注漿是立井井筒防治水的一種常用方法，該方法工藝成熟，可靠性也 較高，幾十年來在我國的眾多立井井筒防治水施工中得到了成功應(yīng)用。但是，在這之前 的多數(shù)立井工作面預(yù)注漿的成功實例，其所對應(yīng)的多為淺井注漿，即多為600米以內(nèi)的 深度。近幾年，隨著立井井筒深度的增加，越來越多的深部工作面預(yù)注漿任務(wù)擺在了我 們面前，對于深井注漿(600米以深)工程而言，我們使用原來的注漿技術(shù)，遇到了很多 難題因為含水層埋藏深，水壓和地壓大，對鉆、注機(jī)具、管路抗壓性和注漿壓力等都 有更高的要求，深井注漿技術(shù)有很多問題沒能解決，導(dǎo)致這兩年國內(nèi)深井注漿工程失敗 的例子較多，這充分說明了深井注漿與淺井注漿有很大的差別。針對深井注漿工程，探 討和尋求與以往不同的注漿方案，解決存在的問題，必將給深立井施工帶來重大的技術(shù) 進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種施工合理，能夠具有普適性的深井工作面注漿工藝，其能夠 提高深立井工作面預(yù)注漿工作的工作效率，確保井筒防水施工的順利落底，注漿工期 短，施工成本低。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
—種深井工作面注漿工藝，包括造孔和注漿工藝，其特征在于所述深井工作面 注漿工藝包括首先，在止?jié){墊掘進(jìn)段高達(dá)到要求后，用傘鉆對下部巖層進(jìn)行鉆孔探水；其次，在止?jié){墊掘進(jìn)段設(shè)置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭設(shè)鉆井平臺；再者，埋設(shè)孔口管、濾水桶和濾水層，澆筑混凝土；最后，在止?jié){墊上打出瀉壓孔，進(jìn)行鉆孔和注漿作業(yè)。具體的講，所述深井工作面注漿工藝進(jìn)一步包括鉆機(jī)固定設(shè)置在砌壁大模板上；在濾水桶和濾水層外澆筑混凝土后，對止?jié){墊 上部的井壁進(jìn)行壁后注漿加固。在一實施例中，所述鉆機(jī)采用液壓鉆機(jī)，所述注漿采用注漿機(jī)進(jìn)行，該注漿機(jī) 的注漿終壓為注漿機(jī)表壓力和注漿漿液柱壓力之和的三分之二。在另一具體實施方式
中，所述注漿所采用的漿液采用攪拌機(jī)設(shè)置一二級攪拌站 方式，深井的井筒內(nèi)設(shè)置的注漿管路為無縫鋼管。又一具體實施方式
中，所述在止?jié){墊上開設(shè)多個鉆孔，間隔按單雙號分布進(jìn)行 鉆孔的注漿。一具體實施方式
中，對地層孔隙水進(jìn)行封堵的注漿采用改性尿醛樹脂漿液，該 改性尿醛樹脂漿液包括甲液和乙液，其中甲液為尿醛樹脂、雙氮丙稀酰胺和丙稀酰胺， 所述乙液為水、草酸、過硫酸胺的配制液。深井工作面注漿工藝結(jié)合煤礦實際施工中工作面預(yù)注漿的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對注漿 設(shè)計重新進(jìn)行優(yōu)化，重點解決深立井工作面預(yù)注漿出現(xiàn)的一系列問題。對于基巖段裂 隙、孔隙水地層，可采取工作面預(yù)注漿的方法，首先對含水層進(jìn)行分析，確定注漿段 高，然后對注漿孔布置、止?jié){墊及注漿參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，對注漿工藝進(jìn)行不斷改進(jìn)。在工 作面造孔，通過地面注漿系統(tǒng)，利用井筒內(nèi)吊掛的注漿管路，將在地面攪拌好的漿液注 入地層，最終達(dá)到堵水目的。實現(xiàn)了 100%的堵水率。本發(fā)明的有益效果在于，該深井工作面注漿工藝的施工合理，能夠具有普適 性，其能夠提高深立井工作面預(yù)注漿工作的工作效率，確保井筒防水施工的順利落底， 注漿工期短，施工成本低。下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
具體實施例方式利用該深井工作面注漿工藝對鄆城煤礦主井進(jìn)行井筒注漿施工，具體工藝如 下對煤礦主井檢查鉆孔地質(zhì)及水文地質(zhì)情況如下該井筒穿過的地層有第四系、上第三系、二疊系上石盒組。表土段深度 534.30m, 二疊系上石盒組(534.30 976.48m未穿透)厚442.18m，主要由雜色粉砂 巖、泥巖及灰色細(xì)砂巖、灰白 淺綠灰中砂巖、粗砂巖組成，上部受風(fēng)化，巖石帶黃褐 色，裂隙較發(fā)育，多被充填方解石，地層傾角4° 6°，檢查鉆孔未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶和 溶洞。基巖段主要含水層為上石盒子組砂巖含水層，是以孔隙為主的含水層，埋深為 742.71 867.37m，含水層厚53.07m，含粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖8層，泥質(zhì)膠結(jié)，硬度中等，局部發(fā)育孔隙及裂隙。根據(jù)流量測井把上石盒子組砂巖含水層分成三個含水段， 凍結(jié)段以下的砂巖含水層無抽水資料，可能含水。根據(jù)檢查孔地質(zhì)柱狀及地質(zhì)成果分析，將基巖段共分成5個注漿段高。第一注 漿段實施過程如下(1)施工概況鄆城煤礦主井井筒于2007年6月1日凍結(jié)段施工結(jié)束，成井576.2m，并于6月 2 10日完成下落吊盤、延接管路和井筒內(nèi)壁驗收等工作，于6月11日按照甲方、監(jiān) 理、施工單位共同協(xié)商的施工方案，確定在下段井筒施工前對基巖段進(jìn)行長段探水(注 漿)工作，此次探水(注漿)作業(yè)是為探明基巖段含水層位置及涌水量大小、預(yù)防井筒基 巖段掘砌時造成突水淹井事故。根據(jù)檢查孔地質(zhì)報告，此段無涌水量資料，由于基巖段裂隙發(fā)育有不均勻性， 因此，此段裂隙水實際涌水量難以確定，根據(jù)“有疑必探，先探后掘”的施工原則，決 定對576.2 651.2m段的基巖進(jìn)行探水、注漿施工。首先，進(jìn)行止?jié){巖帽注漿加固，巖帽起止深度576.2 586.2m，段高10m ；注 漿孔布置圈徑65m，共均勻布置8個注漿孔；注漿孔采用風(fēng)動鑿巖機(jī)打眼，鉆頭直徑 小42mm，注漿孔內(nèi)安裝直徑1.2寸、長度1.0m纏有麻絲的無縫鋼管作為注漿管，注漿管 上端安裝D32高壓球閥，采用電動注漿機(jī)在工作面注漿加固巖帽。巖帽加固采用0.5 1 單液水泥漿，共注漿33m3，水泥用量39.6T，終量50L/min，終壓5MPa。其次，注漿鉆孔施工中，探水及注漿鉆孔采用2臺MZ120-II型潛孔鉆機(jī)進(jìn)行施 工，配 60mm鉆桿、DHD3.5沖擊器、 90mm鉆頭，用清水作循環(huán)液，后采用MK_3 型全液壓坑道鉆機(jī)2臺、配 50mm鉆桿、 75mm鉆頭。打鉆前，在 108mm孔口管 上安設(shè)6108mm高壓球閥，防止鉆孔時含水層突水造成淹井事故。將8個注漿孔基本均 勻布置，最大開孔間距3.5m，最小開孔間距3.3m。注漿孔分兩組施工，先施工7#、6#、 8#、4#孔，后施工2#、5#、3#、1#孔。施工過程中，除6#孔鉆進(jìn)至44m因水量較大(鉆 孔涌水量42.7m3/h)停鉆注漿外，其余鉆孔均因水量較小采用一次鉆進(jìn)到終孔全段高方式 注漿。注漿站布置在井口附近，站內(nèi)安裝2臺XPR-90E/XPB-90C型高壓注漿泵，其中 一臺備用，并設(shè)置清水池、水泥漿攪拌系統(tǒng)。該注漿站利用JS1500型攪拌機(jī)作為一級攪 拌池，在地面緊鄰一級攪拌系統(tǒng)旁砌筑3m3的二級攪拌池，采用普通6108彈簧管將一級 攪拌池內(nèi)漿液放入二級攪拌池。上料利用現(xiàn)有散裝水泥罐直接上料。利用井筒內(nèi)的供水 管(4 50X6.0mm無縫鋼管)作輸漿管路。輸漿管路與注漿泵和孔口管之間用2"高壓膠 管連接。注漿設(shè)備及管路安裝完畢后進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，注漿系統(tǒng)能滿足最大注漿壓力和流量 的要求。經(jīng)試運轉(zhuǎn)及耐壓試驗，符合要求。注漿孔鉆進(jìn)到既定深度后，用清水沖孔，直到返清水，注漿作業(yè)程序如下接 通輸漿管路一壓水試驗一注漿一定量壓清水一沖洗輸漿管路一拆洗注漿泵一打孔或鉆 進(jìn)。注漿結(jié)束后，原則上在注漿段位置能托住鉆就可以掃孔，需4 6小時，掃孔后進(jìn)行 壓水試驗，當(dāng)耗水量小于20L/min，可不再注漿，進(jìn)行下一個孔的鉆進(jìn)，否則應(yīng)復(fù)注。 漿液擴(kuò)散半徑設(shè)計中，漿液擴(kuò)散距離12.5m。根據(jù)孔內(nèi)裂隙鉆孔串漿現(xiàn)象分析，漿液 擴(kuò)散半徑超過7.0m。注漿壓力是驅(qū)動漿液在裂隙中流動、擴(kuò)散、充塞、壓實的能量，是控制漿液擴(kuò)散距離的重要因素之一。一般注漿終壓取地下水壓力的2 2.5倍，本段注漿 終壓取13.0 16.25MPa。設(shè)計中，第一組孔注漿終壓取60 65kg/cm2 (地面表壓)， 用來封堵較大裂隙，第二組孔取65 70kg/cm2 (地面表壓)，用來封堵小裂隙。注漿選 用單液水泥漿，單液水泥漿液采用P.052.5普通硅酸鹽水泥，另摻入水泥重量0.5%的食鹽 和0.05%的三乙醇胺作為外加劑，外加劑起速凝早強(qiáng)作用。 最后對注漿效果進(jìn)行檢查，各注漿孔(少數(shù)孔除外)注漿壓力基本達(dá)到設(shè)計終壓 值，注入量50L/min，穩(wěn)定20分鐘以上；注漿結(jié)束時，漿液的水灰比低于1 1;漿液 的注入量基本達(dá)到設(shè)計要求；經(jīng)鉆孔串漿驗證，水泥帷幕已交圈；經(jīng)1#鉆孔(注漿效果 檢查孔)檢查情況分析，本次工作面預(yù)注漿已達(dá)到堵水效果。
權(quán)利要求
1.一種深井工作面注漿工藝，包括造孔和注漿工藝，其特征在于所述深井工作面注 漿工藝包括首先，在止?jié){墊掘進(jìn)段高達(dá)到要求后，用傘鉆對下部巖層進(jìn)行鉆孔探水；其次，在止?jié){墊掘進(jìn)段設(shè)置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭設(shè)鉆井平臺；再者，埋設(shè)孔口管、濾水桶和濾水層，澆筑混凝土；最后，在止?jié){墊上打出瀉壓孔，進(jìn)行鉆孔和注漿作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深井工作面注漿工藝，其特征在于所述深井工作面注漿工藝 進(jìn)一步包括鉆機(jī)固定設(shè)置在砌壁大模板上；在濾水桶和濾水層外澆筑混凝土后，對止?jié){墊上部 的井壁進(jìn)行壁后注漿加固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深井工作面注漿工藝，其特征在于所述鉆機(jī)采用液壓鉆機(jī)， 所述注漿采用注漿機(jī)進(jìn)行，該注漿機(jī)的注漿終壓為注漿機(jī)表壓力和注漿漿液柱壓力之和 的三分之二。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深井工作面注漿工藝，其特征在于所述注漿所采用的漿液采 用攪拌機(jī)設(shè)置一二級攪拌站方式，深井的井筒內(nèi)設(shè)置的注漿管路為無縫鋼管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深井工作面注漿工藝，其特征在于所述在止?jié){墊上開設(shè)多個 鉆孔，間隔按單雙號分布進(jìn)行鉆孔的注漿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深井工作面注漿工藝，其特征在于對地層孔隙水進(jìn)行封堵的 注漿采用改性尿醛樹脂漿液，該改性尿醛樹脂漿液包括甲液和乙液，其中甲液為尿醛樹 脂、雙氮丙稀酰胺和丙稀酰胺，所述乙液為水、草酸、過硫酸胺的配制液。
全文摘要
一種深井工作面注漿工藝，包括造孔和注漿工藝，其特征在于所述深井工作面注漿工藝包括首先，在止?jié){墊掘進(jìn)段高達(dá)到要求后，用傘鉆對下部巖層進(jìn)行鉆孔探水；其次，在止?jié){墊掘進(jìn)段設(shè)置砌壁大模板，再利用砌壁大模板搭設(shè)鉆井平臺；再者，埋設(shè)孔口管、濾水桶和濾水層，澆筑混凝土；最后，在止?jié){墊上打出瀉壓孔，進(jìn)行鉆孔和注漿作業(yè)。該深井工作面注漿工藝的施工合理，能夠具有普適性，其能夠提高深立井工作面預(yù)注漿工作的工作效率，確保井筒防水施工的順利落底，注漿工期短，施工成本低。
文檔編號E21D5/00GK102011591SQ20101054328
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者劉傳申, 劉增東, 宋培州, 楊思臣, 江軍, 程志彬, 趙宗哲, 陳學(xué)偉, 馬傳銀 申請人:中煤第五建設(shè)公司第三工程處