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煤矿矿井防治水防治措施

作者:煤矿安全网 来源:煤矿安全网 发布时间:2012-11-22

  第一章 工程概况

  1.1 简述

  近年来,随着立井井筒施工机械化配套设施的逐渐完善,立井井筒施工速度得到较大提升。由于煤田开采逐步向地层深部延深,地层赋水情况越来越复杂,加上深井排水设施限制,严重制约立井井筒施工速度。井筒防治水工作不外乎强排疏干和注浆堵水两种方案。强排疏干由于受到井筒断面限制,高扬程大功率的排水设备无法使用,造成强排疏干法施工井筒困难很多。根据我处以往施工经验,探水预注浆是立井井筒防治水不可或缺的施工工作。

  我们根据郭家河矿井风井井筒设计特征及地层水赋存情况,结合我处以往施工经验,特编制防治水施工方案,以指导和方便井筒掘砌施工。

  1.2 井筒技术特征

  风井井筒技术特征见下表1-1。

  风井井筒技术特征 表1-1

第二章 井筒水文地质条件
   2.1井筒工程地质
   2.1.1区域地层
   矿区地层区划属华北地层区厄尔多斯盆地分区。根据地质填图及钻孔揭露,矿区地层由老到新有:三叠系、侏罗系、白垩系、第三系。
   2.1.2井田地层
   依据钻孔揭露及地质资料,井田内地层由老到新依次:三叠系上统铜川组(T2t),侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a),白垩系下统宜君组(K1y)、洛河组(K1l)、上第三系(N)。由老到新分述如下:
   2.1.2.1 三叠系中统铜川组(T2t)
  下部灰绿~黄绿色块状~厚层状中、细粒长石石英砂岩,夹灰绿色~灰色泥岩。上部灰绿色中厚层状中、细粒长石石英砂岩与灰~灰绿色粉砂岩、泥岩互层,向上渐以泥岩为主,夹灰黑色页岩与煤线,软体动物及蕨类植物化石。
  2.1.2.2侏罗系中统延安组(J2y)
  延安组为含煤地层。岩性为灰~深灰色泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩与灰白色中粗粒砂岩互层,中夹炭质泥岩及煤层。厚度0~94.84m(X6号孔),一般40~50m,与下伏富县组成平行不整合接触,或超覆于三叠系之上。
  2.1.2.3侏罗系中统直罗组(J2z)
  根据岩性、岩相旋回分为上下两段:下段为泥质中~粗粒砂岩夹砂质泥岩、粉细砂岩。颜色以灰绿色为主,多带黄绿色,底部为一层灰白色含砾中粗粒砂岩或细砾岩,特征显著,比较稳定,是划分直罗组与延安组界限的标志层。上段为砂质泥岩、泥质粉砂岩夹细~中粒砂岩。颜色以灰绿色为主,常见杂色泥岩夹层,偶见泥质灰岩薄层,顶部较细,颜色较深。
  2.1.2.4侏罗系中统安定组(J2a)
  下部为暗紫红色砂质泥岩,夹灰绿色各种粒级的砂岩,底部为一层厚度较大的灰紫色含砾粗砂岩及细砂岩与直罗组为界;上部为紫红色泥岩、砂质泥岩,夹中~粗粒砂岩及粉红色钙质泥岩,富含钙质结核。
  2.1.2.5白垩系下统宜君组(K1y)
  为氧化环境下洪积相与河流相沉积。岩性为灰紫~紫红色巨厚层状粗砾岩夹砂砾岩及粗砂岩薄层或透镜体。砾石成分以花岗岩为主,变质岩次之,含少量石英岩与石灰岩。砾径一般5~8cm,最大50cm以上,分选差,次圆状,钙质胶结,坚硬。
  2.1.2.6白垩系下统洛河组(K1l)
  分布于宜君组两侧,为干旱氧化环境下的平原河流相沉积。岩性为棕红色中~细砂岩,夹同色砂砾岩及砾岩层。砂岩成分为石英、长石,分选较好,胶结疏松。具板状层理及大型交错层理,夹暗棕红色泥岩薄层,东北部的常村河见褐黄色与淡黄色砂岩。砾岩为巨厚层状粗砾岩。砾石成分与宜君砾岩相同,砾径较大,一般5~10cm以上,分选极差,以次圆状为主,亦见次棱角~棱角状者。砾石表面因砂质泥岩充填呈紫红色,胶结疏松。
  2.1.2.7上第三系(N)
  全区广泛出露。岩性为浅棕红色亚粘土、粉砂质粘土,含钙质结核及石英小砾石、夹多层钙质结核层,底部有厚度不稳定的底砾岩沉积。区内无完整剖面,最大厚度大于150m,一般80m左右。下与各组呈不整合接触。
  2.2井筒水文地质
  本井筒共穿过3个主要含水层,分别为:
1)白垩系下统洛河组砂岩-宜君组砾岩孔隙~裂隙含水层;
钻孔揭露厚度为158.49m,洛河组以中~粗砂岩为主要含水层段;宜君组以砾岩为主要含水层段。两组之间无明显隔水层,属中等富水性含水层,预计用水量163m3/h。在该段含水层中有局部胶结松散的砂岩,岩芯破碎,该含水层是井筒防治水工作之重点。
2) 侏罗系中统安定组泥岩层、直罗组砂岩、延安组砂岩裂隙含水层;
钻孔揭露厚度171.6m,该段岩性以砂岩与粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩互层状产出,根据水文地质报告,该段含水层涌水量19.5 m3/h,属弱富水性含水层。
3)三叠系上统铜川组砂岩裂隙含水层;
本次钻孔未揭露见底,岩性上部为紫色泥岩,浅紫色粉~细砂岩,灰白色细砂岩与中砂岩互层,中夹灰绿色中~粗砂岩,为微弱富水性含水层。
第三章 防治水方案
   根据《郭家河矿井风井井筒施工组织设计》和《郭家河矿井风井井筒检查孔地质报告》,我们在建设郭家河风井井筒时,立足打干井的原则,确保井筒建井及井筒建成后涌水量符合验收规范规定,特编制此防治水方案。
   3.1防治水方案
   风井井筒共穿过3个含水层,垂深95.51~425.6m,含水层累厚330.09m。根据预测计算的含水层涌水量,我们认为风井井筒施工过程前要提前做好地质超前预报工作,制定详细的防治水方案。必须坚持“有疑必探,先探后掘”的原则,实施“截、导、排、封、挡、探、注”的综合治水方案,同时针对风井井筒通过的含水层厚度大的特点,适时进行工作面探水注浆。
   具体方案如下:
   1、侏罗系中统安定组泥岩层、直罗组砂岩、延安组砂岩裂隙含水层、三叠系上统铜川组砂岩裂隙含水层采用先探后注的方式。根据公式计算出注浆孔数,施工时,先在井筒周圈布置4个钻孔进行探水(兼注浆孔),若单孔涌水量小于2m3/h,则注浆封孔,施工井筒。若单孔水量超过2m3/h,则要严格按照布孔要求施工全部钻孔。
   2、白垩系洛河组、宜君组含水层是富水性含水层,在掘进至距该含水层10m时停止施工,进行工作面预注浆。
   3、注浆段技术方案见下表3-3。
   注浆段技术方案 表3-3

3.1.1注浆段高的确定
    工作面探水注浆分段原则:结合含水层位置、含水层顶底板岩石情况,基岩段岩芯破碎带位置以及隔水层的厚度,设计注浆段高为65m。考虑第二、三段富水性弱,该段暂不设计工作面预注浆,按“先探后掘”的原则,单孔水量超过2 m3/h,则严格按照布孔要求施工全部钻孔;单孔水量小于2 m3/h,则带水掘进。 3.1.2止浆垫铺设
    3.1.2.1止浆垫厚度计算
    本次工作面预注浆选用单液平底形混凝土止浆垫。
    利用公式计算如下:
  
   式中:B--止浆垫厚度 m
   P0--注浆终压 kg/cm2
   r--井筒荒半径
   [a]-- kg/cm2
   [a]=R/k
   K--安全系数。 K=2
  说明:1、井筒荒半径为3.7m。
      2、砼垫用C60混凝土砌旋,[a]=R/k=600×2/3÷2=200 kg/cm2
           各注浆段止浆垫厚度经计算如下表

   D--井筒净直径 D=6.5m
   E—井壁厚度 E=0.45m
   P--注浆压力 取第6段注浆压力P=9MPa
   h--球面高 h=0
  与止浆垫连接处井壁混凝土标号提高为C60,混凝土中添加高效减水剂,7天养护期的允许抗压强度为60×0.9=54MPa﹥39.6MPa,满足注浆要求。
    3.1.2.2止浆垫浇筑施工
   浇注混凝土前,严格按照设计要求孔位预埋Φ127×6mm无缝钢管,上焊高压法兰,做打钻注浆孔口管。上端高出止浆垫0.5m;管壁外用16#螺纹钢筋缠绕并焊牢(见附图)。
   止浆垫混凝土采用C60砼,浇筑砼时要保持连续不得中断,工作面要分片用震捣捧震捣,同时应防止孔口管位移或偏斜,且在止浆垫上部泵位附近预留一个0.5m3的水窝,以便注浆施工时排水。
   止浆垫凝固后,要连同预埋的孔口管进行耐压试验,耐压试验压力要求达到设计终压,若达不到,则进行止浆垫加固注浆。
   3.1.3注浆参数设计
   3.1.3.1注浆孔布置


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