副立井井筒

副立井井筒（共8篇）

副立井井筒 篇1

1 工程概况

平煤股份九矿副井井筒是九矿主要提升立井，该井筒井深500m左右，净直径为6m，采用素砼支护，混凝土标号C30，目前井筒内布置有两个罐笼，北大南小，且从上到下东西方向安设罐道及牛腿，每隔3～5m设有一层罐道梁，经现场勘察，该副井马头门以上约20～50m段(井深460m至490m左右)出现开裂鼓胀，损坏段在己组煤层位置附近(包括己组煤层)，安全间隙变小，威胁到人员、物料提升安全，需进行刷挖维修，且该区段原井壁上有槽钢网支护。

2 井筒损坏原因及修复方案

井筒损坏主要原因井筒采动影响和井筒围岩强度影响，井壁外部荷载包括静荷载与动荷载是井筒损坏的次要原因，静荷载包括井壁上的管道、电缆固定等，动荷载主要指井筒提升装置的运行产生的荷载。荷载因素时间越长，井壁支护对围岩应力的抵抗力越低。根据井筒损坏原因及损坏范围分析，该井筒修复采用以下方案：在井壁损坏段上5m范围内采用槽钢井圈加固，损坏段采用锚网临时支护，配可伸缩性井圈支护，喷射混凝土复壁，再壁后注浆加固支护。

3 修复工艺

3.1 槽钢井圈加固

井筒95#牛腿以上5m范围内需进行井圈加固，加固严格按沿井筒由上往下分段施工的顺序进行，加固段距为1.2m，在上部围岩稳定控制、确保安全的情况下方可进入下一阶段的工作。

3.1.1 架设工作台

在罐笼稳定的前提下，人员站在罐笼上架设工作台，工作台必须牢固且与井壁严密，工作台必须在经跟班干部和当班检查员检查合格后方可使用。

3.1.2 井圈加固

人员站在工作台上架设井圈外径5.9m的18a型槽钢，槽钢采用对接的方式，槽钢井圈间用螺栓相连，每架井圈由8节组成，每节用2根锚杆固定在井壁上，槽钢井圈间距0.6m。见附图1、2。

3.2 锚网临时支护

锚网喷支护严格按沿井筒由上往下分段施工的顺序进行，段距为1.2m，在上部围岩稳定控制、确保安全的情况下方可进入下一阶段的工作。

3.2.1 架设工作台

在罐笼稳定的前提下，人员站在罐笼上架设工作台，工作台必须牢固且与井壁严密，工作台必须在经跟班干部和当班检查员检查合格后方可使用。

3.2.2 敲找围岩浮矸

人员站在工作台上用长钩钎、风镐等工具，将井壁和围岩上的浮矸或堆积物找掉和清理干净。井壁清理物直接落入工作台上，并装于编织袋，利用罐笼下放至井底车场，由九矿配合及时清理。

3.2.3 拆除井壁槽钢等支护

在井壁浮矸敲找完毕，确保安全的前提下，工作人员站在工作台上利用活动扳手等工具对井壁上的锚杆支护、槽钢支护等进行拆除，原支护的锚杆、槽钢和网片利用罐笼下放至井底车场，由九矿配合及时清理。

3.2.4 敲找围岩浮矸及扩刷井壁

待原支护拆除完毕后，人员站在工作台上用长钩钎、风镐等工具，再次将井壁和围岩上的浮矸找掉和清理干净，在确保安全后对鼓胀井壁扩刷，扩刷荒径不低于设计毛井壁，若壁后岩(煤)松动，扩刷至稳定围岩，井壁清理物直接落入工作台上，并装于编织袋，利用罐笼下放至井底车场，由九矿配合及时清理。

3.2.5 打锚杆、挂网

扩刷完毕后，人员站在工作台上，用yt-28风钻在井壁破坏处上5m处打锚杆挂网(两排锚杆)。打眼应按由上而下顺序依次进行(每排安装完毕后方可进行下排施工)。在破坏处超出井壁段的网片沿破坏线外折于破坏面，用锚杆压茬，打锚杆挂网严格按由上向下的施工顺序进行。

锚杆眼必须符合设计要求，与岩层面的夹角不得小于75°，间排距不得超过设计值的±100mm。安装锚杆前用压风将锚杆眼内的积水、岩粉吹干净。吹眼时，操作人员应站在孔口一侧，眼孔方向不得有人。用锚杆体将锚固剂(数量不低于三卷)顶住送至眼底，启动风炮搅拌，边旋转搅拌边匀速推进至眼底，搅拌时间为20～30s，搅拌停止后，卸下搅拌器上托盘、拧紧螺母，搅拌过程应连续进行，中途不得间断。锚杆锚固力岩层中不小于64KN，锚杆外露长度从托盘算起不大于50mm;锚盘压网，紧贴岩面。

联网：联网顺井筒铺设;铺网时钢笆网的长钢筋侧贴岩面，短钢筋侧朝外;相邻两块网之间要压茬连接，压茬长度不小于100mm。

3.3 井圈支护

锚网支护后，经检查员及当班跟班干部检查合格后，人员站在工作台上架设外径6.9m的U29型井圈，每架井圈有8节组成，搭接长度400mm, 3个卡缆连接，每节井圈上用2根Φ20×2200mm树脂锚杆固定，每架井圈间用Ф20圆钢的Z型拉杆相连，井圈间距600mm，在井圈内沿上背Ф6mm, 2.6×0.9m规格，网格80×80mm的钢笆网，背网用8#铁丝绑扎在井圈上，背网搭接100mm。见附图3。

3.4 喷射混凝土

锚网、井圈支护完毕后(高度不超过1.2m)，经检查员及当班跟班干部检查合格后，人员站在工作台上喷射120～150mm厚的C20混凝土。当井壁扩刷超过200mm，采用逐层锚网喷复壁，喷射混凝土每次厚度不超过200mm，喷射砼前，检查锚杆安装和钢笆网铺设是否符合设计要求，发现问题及时处理;清理喷浆现场的杂物，接好风、水管路，输料管要平直，不得有急弯，接头要严密，不得有漏风，严禁将非抗静电的塑料管做输料管使用;检查喷浆机是否完好，并送电空载试运转，紧固好摩擦板，不得出现漏风现象;喷射人员佩戴齐全有效的劳保用品。

喷射混凝土时喷枪头与受喷面尽量保持垂直，喷枪头与受喷面的垂直距离以0.8～1m为宜;喷浆机的供风压力为0.4MPa，水压应比风压高0.1MPa，加水量凭喷浆手的经验加以控制，最合适的水灰比为0.4～0.5之间。喷射过程中应根据出料量的变化，及时调整给水量，保证水灰比准确，要使喷射的湿混凝土无干斑、无流淌、粘着力强、回弹料少。若喷射地点有少量淋水时，可以适当增加速凝剂掺入量。当班将拌料用净，喷射工作结束后，必须卸开喷头，清理水环和喷浆机内外部所有灰浆或材料。开机时，必须先给水，后开风，再开机，最后上料;停机时，要先停料，后停机，再关水，最后停风。喷射工作开始后，严禁将喷头对准人员。喷射中突然发生堵塞故障时，喷浆手应紧握喷头并将喷头朝下。

维修前，在井底马头门设两道水幕，用于喷浆时防尘。

4 辅助设施

4.1 通风

使用全负压通风，九矿副井为进风井。

4.2 压风

使用九矿井底车场提供的压风，利用井筒内的压风管向维修段拱风。

4.3 供水

使用九矿井底车场提供的水源供水。

4.4 照明

选用一台专用探照灯为工作台照明。选用MY3×10+1×6矿用橡套电缆作为照明电缆，供电由井底提供。

4.5 通信

维修过程中采用无线对讲机，能与地面信号房及井口联系，由于维修距井底不超过50m，可采用叫喊方式与井底信号房联系。

4.6 瓦斯监测

三处入井人员每班配备2块便携式瓦斯监测仪悬挂在工作台上，瓦斯浓度超过0.8%立即撤人。

4.7 井底排矸及排水

原矸以及维修期间掉落井底的矸石及杂物于工作台上装于编制袋，随着罐笼下放至井底车场，维修期间的施工用水及井壁淋水，及时清理。

5 施工效果

由于施工方案合理，施工方法及步骤行之有效，安全技术措施到位，平煤股份九矿副井井筒维修比原计划提前10天完成施工任务，且工程质量优良，安全无事故，实现了安全、优质、快速施工，同时为类似工程提供了经验，得到了甲方的一致好评。

副立井井筒 篇2

副立井担负着本矿人员上下井，上下料任务。由于副立井井底渣太多(淤渣厚度5.3m)，直接影响副立井的提升。为保证副立井的正常提升，需对副立井井底淤渣清理，特制定本措施。

二、现场概况：

1、副立井井底淤渣厚度5.3m，井筒断面积12.56㎡，淤渣体积V=12.56*5.3=66.57m³。

2、副立井绕道有积水，积水每班排干净;副立井井底通风不畅，通风区负责井底通风。

3、副立井梯子未固定好，施工前把梯子固定好。

三、施工技术要求：

1、施工前，机电队负责副立井提升装置各部件的紧固、副立井井壁进行敲帮处理。

2、每班施工前，把副立井绕道积水排干净，通风区保证井底通风正常，风量符合要求，人员才能进入现场施工。

3、施工前，把滑轮固定好;施工后，把滑轮摘除。

4、施工前，副立井停罐，大门关闭，井口用旧皮带围严实。严禁人员在副立井井口行走及干活，安全员负责副立井井口的巡视。

5、施工前，在井底信号房附近设置警戒线，严禁闲杂人员进入副井底警戒线以内范围影响施工;同时副井底车场内仅存放清淤渣所用车辆且用卡轨器固定牢固。

6、滑轮挂于起吊横梁的链环上(用40T链子链制作)上，最后把提升钢丝绳穿过滑轮放到副井底平台处。

7、施工队组电工将小绞车信号及副立井井底清渣作业处信号连接完好后，下放至作业地点附近安全位置，便于作业人员操作。

8、一切准备就绪，由现场负责人再次检查各部位连接状况并确认符合规定要求。当班瓦斯检查员与施工现场负责人利用人行梯子间到施工地点检查现场瓦斯情况，并符合规定要求。最后汇报调度室等待施工指令。

9、施工人员上下梯子必须佩带安全带。

10、施工期间，班组长必须携带瓦检仪、测氧仪，随时检测井底瓦斯、氧气。

四、施工作业方法及工艺：

1、一切准备工作就绪后，四名清渣人员戴好安全带通过人行梯子缓缓下到积渣上面，并随即将安全带锁扣在挂于周围人行梯子间的扶手固定牢靠，保证在不影响正常施工的情况下安全余绳越短越好，准备好后利用铁锹清理的杂物放到吊桶内。注意人员上下人行梯子间要手扶握牢，防止意外坠下。

2、在副井底空车道上存放足够一班使用的空矿车，一辆放于阻车器以里，并在另一端车轮处设置临时卡轨式阻车器，以防止矿车滑动，装满后暂时存放在重车道上，依次轮流装车，当班清挖结束后进行集中提升到地面。

3、清理时人员站在井底罐笼的下方，做好防护。

4、吊桶装满后利用副井底小绞车进行提升，将吊桶提升到合适位置，将吊桶内煤渣倒至矿车内。

5、在吊桶提升过程中，副井底清渣作业人员必须撤至安全地点，防止有杂物坠落伤人。

6、4月23日早班开始施工，计划15个班施工完毕，每班配备8个人，施工5小时，早班9:30—14:30;中班17:30—22:30;夜班01:30—6:30。

五、各工序施工质量标准：

1、副立井绕道积水排干净。

2、清淤后，保证井底干净。

六、施工需要的主要设备、工具、材料的规格、性能、数量要求：

11.4kw小绞车1台，QBZ-80开关1台，吊桶1个，风镐1台，洋镐2把，铁锹2把，滑轮1个。

七、各工序施工操作要求：

1、起底要求：

(1)施工前必须检查主风管、风镐等安全设施合格，确保无漏风。

(2)胶管不得绕成锐角，使用时必须放直，注意风镐顶部弹簧、滤风网、横销及接头的松紧，防止脱落伤人。

2、提放吊桶操作要求：

(1)施工前必须对绞车的钢丝绳、操作按钮、信号完好情况进行详细检查，保证完好可靠。

(2)小绞车司机必须持证上岗，操作绞车精力集中且熟练，提升下方速度不得大于0.3m/s。

(3)提放吊桶时，打信号必须责任到人，绞车司机必须听清信号后方可开车，提升时吊桶下方及钢丝绳两侧严禁站人，提放过程必须缓提缓放，注意安全。提升信号规定为一停、二提、三下放。

(4)小绞车提放吊桶时，吊桶要有专人监护，以免吊桶起吊位置过高，井底车场负责牵引吊桶人员必须穿戴保险带并固定牢固。

(5)提升时上方牵引吊桶人员适时观察滑轮运行情况，发现问题停止作业，处理后方可继续作业。

(6)当班施工时间结束，要将滑轮和钢丝绳拆除。

八、现场主要危险源辨识情况及采取的相应安全技术措施：

1、现场主要危险源

(1)敲帮危险源

1)未对井壁进行敲帮处理;2)人员站位及处理方法不当;3)敲帮工具不合适;4)井壁不完好。

2、严格进行管控危险源，保证施工安全。

(2)小绞车提放吊桶危险源

1)小绞车固定不牢固;2)小绞车钢丝绳磨损;3)滑轮未固定牢固;4)吊桶未安装护绳：5)人员未佩戴安全带;6)提放吊桶人员站立位置不对。

九、灾害预防及避灾路线：

1、灾害预防

(1)井壁有危岩时，及时撬掉处理。

(2)小绞车固定牢固，吊桶有护绳，钢丝绳结实，防止吊桶掉落伤人，有问题及时进行处理。

2、灾害避灾路线

(1)水灾、火灾、瓦斯、煤尘灾害避灾路线：

副立井井底→副立井→地面

(2)反风时避灾路线：

副立井井底→梯子井→地面

十、职业卫生要求。

职工必须佩戴合格的防尘口罩。

十一、现场文明及质量标准化要求。

1、工具、机具放置整齐、有序。

2、施工地点整洁、无杂物、无积水。

十二、其它方面的要求。

1、瓦斯检查工作，施工过程当中，瓦检员要经常检查清理作业地点的供风及瓦斯、二氧化碳情况，当瓦斯、二氧化碳超过规定时，必须停止作业，加强通风。

2、用风镐起底，注意飞石砸伤人。

3、起底时洋镐前后不得站人，以防伤人。

4、绞车司机必须经培训合格，持证上岗。

5、使用绞车必须信号齐全、可靠，绞车司机必须听清信号后，方可操作拉放吊桶。

6、拉放吊桶时，井底人员必须躲开吊桶下面。防止吊桶掉渣伤人，吊桶必须有护绳。

7、每班施工前，必须对小绞车、钢丝绳、吊桶、滑轮、信号进行认真细致的检查，保证出渣的安全。

副立井井筒 篇3

1 井筒冻结深度

立井井筒冻结深度应根据地层赋存条件、含水层位置、井筒掘砌深度及终止岩层层位确定, 在深入稳定的不透水基岩10m以上, 当基岩段涌水量较大时, 必须延长冻结深度, 井口标高+1339.5m, 落底标高为+780m, 井深588m, 冻结到直罗组, 深度为507m。

2 井壁分段选择

适当对井筒深度不同选择不同的井壁分段, 不仅可以节省经济更能加快施工进度。井壁分段处需选择在岩层力学性质相对完整或者不透水岩层的位置。这样可以减少井筒井壁应力集中的问题, 并降低井筒井壁解冻后涌水从变断面处透入井筒的问题。依据往常设计经验, 一般将井壁每150m左右分为一段, 分段处的上、下井壁总厚度之差控制在300mm为宜。本井筒冻结深度为507m, 分上下两端冻结, 上段0~-155m, 中段-155~-345m, 下段-345~-507m;冻结段以下为普通法施工, 鉴于冻结段与普通法施工段井壁相差太大, 中间增加10m (即-507~-517m) 过渡段。

3 冻结井壁结构设计

3.1 冻结段外层井壁厚计算

外层井壁主要承受冻结压力, 其主要由土层的原始应力、土层中水结冰时体积膨胀、黏土吸湿后体积膨胀以及冻土的蠕变等多种因素造成。不同矿区、同样深度的土层冻结压力会存在一定的差别。就目前我国采用冻结法施工的井筒来看, 井筒在施工过程中井壁破坏往往是由于对冻结压力估计不足而造成的。

表土段冻结压力:Pd=KtKd (1.38lg H-1.26)

式中:Pd—井筒冻结压力, MPa;Kt—温度影响系数, 取1.0;Kd—土性影响系数, 取1.15;H—计算处深度49, m。

按外壁承受冻结压力设计外壁厚度

另外层井壁满足厚壁圆筒理论 (t<r/10, t为井壁厚度, r为井筒半径) 的构造厚度。

3.2 冻结段内层井壁厚计算

双层井壁结构形式的井筒内层井壁主要承担静水压力荷载, 壁厚按承受静水压力的能力计算, 全井筒按水土压力校核并考虑负摩擦力作用。井筒冻结论证会议内容确定静水压力从地表算起, 静水压力荷载系数νk=1.4。

(1) 0~-155m段内层井壁的计算

钢筋与混凝土综合强度设计值:fcz=fc+μminfy=20.6N/mm2

式中:fcz—钢筋混凝土当量强度, N/mm2;fc—C40混凝土轴心抗压强度设计值, fc=19.1N/mm2;fd—井壁材料强度设计值, N/mm2;—最小含钢率;;fy—钢筋强度设计值, fy=300N/mm2。

此段静水压力P水=K (H1-H2)

H1—计算处深度155, m;H2—含水层地下静水水位埋深0, m (从地表算) ;K—地压系数, 在此按1.0考虑。P水=1.0×1.55=1.55MPa

取600mm;

式中:r—井筒净半径, mm;h1—内层井壁厚度, mm;νk—设计荷载系数, 此处νk=1.4P水—作用于井壁内表面的水压力, MPa;

(2) -155~-345m段内层井壁厚计算

钢筋与混凝土综合强度设计值:fcz=fc+μminfy=29.0N/mm2, 此段静水压力fd=0.9 fcz=26.1 N/mm2取1000mm;

(3) -345~-507m段内层井壁厚计算

钢筋与混凝土综合强度设计值:fcz=fc+μminfy=29.0N/mm2, 此段静水压力fd=0.9 fcz=26.1 N/mm2

4 壁基、壁座结构设计

冻结井筒壁座是一个整体, 用内外层整体浇筑内层井壁和外层井壁的收台作为壁座, 壁基分内外井壁分开施工, 其位置的选择按“壁座必须设置在坚硬稳定岩层中, 避免设置在破碎带和断层附近及尽可能设置在基岩浅部”的原则, 根据该副立井井检孔资料, 确定将壁座设置在垂深497m处。

4.1 壁基高度计算

壁基高度按下式计算:

式中Hb—壁基高度 (m) ;G—壁基以上井筒内、外壁的计算重量 (MN) ;Nf—壁基以上井筒所受到的竖向附加力计算值 (MN) , 取50;r—井筒内半径 (m) ;Rwn—外壁内半径 (m) ;Rww—外井壁 (壁基) 外半径 (m) Rjw—基岩段井壁外半径 (m) ;G1—壁基下部围岩容许压应力 (MPa) , 取2.5;σn—壁基外缘与围岩的黏结强度 (MPa) , 取1.5。

壁基高度不应小于10m, 取15m。

4.2 壁座高度计算

(1) 壁座的结构和高度应根据围岩强度、壁座所承受的荷载、井壁结构形式等经计算确定。

(2) 壁座厚度不应小于内、外层井壁厚度之和, 设计取值为井筒内、外层井壁厚度之和, 即1100mm;其高度按下式计算, 但不应小于10m。

式中:hb—内外井壁整体浇筑段高度 (m) ;Gn—整体浇筑段以上井筒内井壁的计算重量 (MN) ;rnw—内井壁外半径 (m) ;[fj]—混凝土容许抗剪强度 (MN/m2) 。

5泡沫板、塑料夹层的敷设

为保证井筒内外井壁结构完整, 在表土段地层的外层井壁与内层井壁 (冻结井壁) 间铺设聚苯乙烯泡沫塑料板, 可有效防止膨胀性土层迅速增长的初期冻结压力对井筒井壁的破坏, 起到缓卸压力的作用。设计上段表土段冻结壁外设50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板, 表土段深40m;在内、外层井壁之间铺设塑料夹层, 可使井筒内、外层井壁较为自由地做相对位移, 避免因温差过大而产生温度应力并拉裂井壁。设计全冻结段内外壁之间设双层1.5mm厚聚乙烯塑料板夹层。

6 井壁间、壁后注浆及配筋

应在内壁套壁结束后冻土解冻初期即进行壁内注浆, 对井筒外壁后的裂隙注浆封堵, 提高井筒外部岩层的整体强度。冻结井筒内壁套壁结束后, 内、外层井壁壁间处于正温状态, 实施塑料夹层壁间注浆, 充填井壁间隙、裂缝, 防止冻结壁解冻后含水层涌水进入塑料夹层壁间, 降低壁间静水压力, 减少内壁承载力。

钢筋混凝土井壁配筋, 全截面配筋率不应小于0.4%, 当混凝土强度等级为C60时, 配筋率不应小于0.5%, 截面单层配筋率不应小于0.2%, 内外井壁配筋强度设计值为300MPa, Ⅱ级钢筋。

7 结语

在招贤煤矿副立井井筒井壁结构设计过程中, 通过严谨的计算校核, 考虑了各种措施对冻结井筒井壁的辅助作用, 并依据传统经验验证, 科学的确定了冻结法井筒施工所需要的参数, 最终保证了冻结井筒井壁结构设计的正确性和合理性, 为井筒安全施工打下坚实的基础, 并对相同地质条件及矿区周边矿井提供较为可靠的依据。

摘要：招贤煤矿副立井井筒采用双层井壁支护形式、冻结法施工, 本文对冻结法中各参数的选择进行了详细的分析与计算, 确保冻法结法施工的各项参数定位准确, 并描述了冻结井壁其他辅助措施, 使施工单位能更好地进行井筒施工组织设计, 为招贤煤矿副立井安全按期到达底部起到了重要作用。

关键词：冻结法,多含水层,内外层井壁

参考文献

[1]张荣立, 等.采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.

[2]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2003.

立井井筒快速施工技术研究 篇4

1 施工机械化配套

选择立井施工机械化配套方案时,应保证可获得良好的技术经济指标的前提下,从设备投资、折旧费、动力费、配件及维修费等几个方面进行综合经济比较,确定立井施工机械化配套方案。因此,立井施工机械化配套方案必须根据井筒直径、井筒深度、施工单位管理水平以及操作水平高低进行配套设备选择。配套设备应能满足工程及水文地质条件、作业方式和施工工艺等方面的要求,同时保证各配套设备性能稳定、可靠、易损件少、配件易补充、使用安全,配套设备布置和操作时互不干扰,生产能力相互匹配,发挥其综合效能。在施工机械化配套时应注意以下几方面的匹配:1)钻眼深度与掘进段高的匹配;2)一次爆破岩石量与装岩能力的匹配;3)提升能力与装岩能力的匹配;4)吊桶容积与抓斗容积的匹配;5)井筒砌壁与掘进速度匹配。

2 深孔光面爆破

2.1 掏槽方式及其爆破参数

立井掘进深孔爆破的掏槽形式分两大类:斜眼锥形掏槽和直眼筒形掏槽,前者由于孔底相距较近,装药相对集中,单位体积岩石获得的爆破能量大,利于克服底部岩石夹制作用,因此可以取得较好的掏槽效果,但由于破碎岩块抛掷过高,易崩坏井内凿井设备且掏槽孔的角度也不易掌握使其应用受到限制后者能克服上述缺点,掏槽效果也较为理想。在直眼筒形掏槽中,用的较多的是两阶复式筒形掏槽,即两阶槽孔同深和两阶槽孔不同深两种直眼掏槽方式。研究表明,在以掏槽深度、槽腔体积、破碎块度等作为主要衡量指标时,两阶槽孔同深掏槽爆破效果较好[2]。新集矿副井井筒施工期间采用深孔两阶同深直眼掏槽,效果良好。无论是砂岩还是泥岩,炮眼利用率基本都在90%以上,平均达95.3%,较以前提高了10.3%,降低了成井成本,加快了掘进速度[3]。

立井掘进深孔爆破另一种较为有效的掏槽方式是分段直眼掏槽,该掏槽方式适用于坚硬岩石。分段直眼掏槽意味将掏槽炮孔上下两分段,分别装药,中间炮泥相隔,顺序微差起爆,使下分段装药能充分利用上分段装药爆后形成的新自由面和岩体内纵横交错的爆生裂隙及残余爆炸应力场来增加岩石的破碎,改善岩石爆破块度,以获得较大和较深的槽腔。该掏槽方式在新集矿西井井筒的片麻岩掘进爆破时采用了分段直眼掏槽,结果表明:其炮眼利用率的平均值达91.4%[4]。

立井深孔直眼掏槽炮孔布置参数目前尚没有非常适宜的理论确定方法,我们认为:掏槽爆破(特别是深孔直眼掏槽)是在只有一个自由面的条件下实施的,它主要是利用爆破后岩石内的破碎破裂作用,即保证槽腔内岩石充分破坏。因此,第一阶槽孔应布置在爆破破裂区内。根据多年的立井施工经验,第一阶掏槽眼圈径为1.4 m～1.6 m,布置6个炮眼,装药系数为0.6～0.7,可获得较好的掏槽爆破效果[3]。

2.2 周边眼光面爆破参数

较好的光面爆破效果是保证井筒成型规整,减少周边围岩破坏的关键,井筒掘进应采取周边眼光面爆破技术。光面爆破参数主要包括眼间距、光爆层厚度及单孔装药量。在以往的立井爆破掘进中,周边眼间距取值较小,装药量较大,它不仅使钻眼时间增长,而且还严重影响光面爆破质量。根据我们在安徽、山东、河南、江苏以及华北等地的施工经验,周边眼间距可增大到600 mm～700 mm,光面爆破炮孔密集系数的取值为m=0.8～1.0,即光爆层厚度为600 mm～650 mm,炮孔装药集中度为150 g/m～350 g/m。在实施光面爆破时,周边孔应布置在井筒掘进断面轮廓线上,孔底落在轮廓线以外50 mm～100 mm,炮孔相互平行,深度一致。

2.3 周边眼装药结构

若采用普通的装药结构,周边炮孔药量少且集中在孔底,爆后常出现上部欠挖、下部超挖的坏现象,严重地影响了井筒的周边成型质量和掘进施工速度。为求好的光爆效果,应改进装药结构,较合理的光爆装药结构形式为径向间隙不耦合和轴向不耦合装药。从20世纪90年代开始,在立井掘进爆破中,普遍采用径向间隙不耦合和轴向不耦合装药,这种装药结构不仅能获得较好的爆破效果,而且操作简单。

3 砌壁

砌壁工序是井筒掘进的主要工序之一它所占循环时间仅次于出矸和钻眼时间,是井筒掘砌的第三大工序,因此砌壁速度也直接影响着井筒的施工速度。选择合理的搅拌站位置、先进的搅拌设备以及混凝土输送方式对缩短砌壁时间,加快井筒施工速度十分有利。目前井筒掘进超过100 m/月的搅拌站位置均布置在井口附近,配备机械化输料设备和自动化的称量仪器以及大型强制搅拌机,搅拌好的混凝土直接放入溜槽进入输料管到工作面,不仅使三大材料运输和混凝土运输加快,配料精度提高,操作简单,使用可靠,而且混凝土配合比根据工程要求可任意调整,使配料过程由电脑实现自动化控制,从而提高砌壁速度,缩短砌壁时间。

4 施工组织管理

矿井建设是一项复杂的系统工程,环节多、工序复杂多变,要求各工种之间密切配合,才能有效地完成各项任务。为此必须充分发挥人的主观能动性和创造性,发挥其最大潜能。

项目经理部在开始组建时就应十分注重人员的选聘,安排责任心强、技术水平高、思想作风过硬的人担任各部门领导,组成精干的管理机构;工人做到一专多能,优化工种的配备。如立井施工中,抓岩机司机、伞钻司机、水泵工等工种除做好自己的本职工作外,还要负责所使用设备的日常维修和保养。实行以岗定人,使每个员工基本满负荷,保证工作有条不紊,忙而不乱。

分配上打破工资制,实行效益工资,多劳多得,充分调动员工的积极性。

通过对劳动力资源的合理配置和动态管理,优化了劳动组织,精简了施工队伍,提高了劳动生产率,为快速优质施工创造了条件。

5 结语

1)大型机械化配套成井速度快,效率高,工人劳动强度低,立井施工中应优先采用。2)立井掘进深孔爆破技术因其能增加循环进尺、相对减少辅助作业时间,并能更大程度地发挥大型凿井设备的生产能力,故其应用前景广阔。3)在施工中采用一定的激励机制以充分调动工人的能动性、创造性,也是快速施工必不可少的环节。

通过施工机械化配套方案优化、实行中深孔光面爆破和严格的施工组织管理等措施,在正常施工条件下,立井掘进速度平均超过月

摘要：重点介绍了立井快速施工的机械化配套原则、中深爆破掏槽方式及其参数的选择、光面爆破参数的确定、混凝土搅拌方式及输料方法和加强施工组织管理等措施,通过这些关键技术在工程实践中应用获得了较快的施工速度,从而缩短建井工期,节约工程成本。

关键词：立井井筒,机械化配套,中深孔爆破,施工组织管理

参考文献

[1]马龙.提高立井井筒施工单进水平的有效途径[J].能源技术与管理,2005(5):20-22.

[2]傅菊根,宗琦.立井深孔掏槽爆破方式模拟试验.矿山建设理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994:7.

[3]傅菊根,宗琦,曹光保,等.立井深孔爆破参数设计[J].淮南矿业学院学报,1995(1):90-92.

立井井筒注浆堵水技术研究 篇5

1 工程概况

振兴二矿是郑煤集团技改矿井。为满足生产需要,需新建一副井,该副井净直径6.5 m,采用砼浇支护,净断面积33.16m2,井底车场标高为+34.0m,井深190.0m。副井井筒处松散层厚度113.9m。自上而下分为两个含水层组,第一含水层组为二迭系山西组砂岩含水层,该组有2~3层较厚的灰色细中粒砂岩组成,累厚15.5米,是二1煤层顶板直接含水层;第二含水层组为第三系泥灰岩含水层,距井口70m,该含水层组以灰色泥质为主,夹灰白色、紫红色钙质黎土和砾石层,厚86.5米,岩溶发育,同时该区段跟三李断层较近,岩层较破碎,出水性较强。井筒施工施工采用浅孔爆破的方式作业,采用强度为C25混凝土浇注,井壁厚400mm。井筒浇注后,随井筒向下施工,爆破作业使上下裂隙连通,导致工作面涌水逐渐增大。施工至45m处涌水量达到12.7m3/h,施工至70m处涌水量达到18.8m3/h。根据现场观测研究发现,导致井筒渗、漏水的主要原因为壁后裂隙勾通,水从井壁砌缝漏出。经研究决定采用壁后注浆的方式进行堵水。

2 注浆方案

在涌水位置,自上而下逐段进行注浆,即采用分段下行式进行壁后注浆,这种方式能够改善注浆作业条件。在各分段内,先注底部再注上部,可控制浆液不向下渗漏,保证充填密致,提高注浆效果。

3 注浆关键技术参数[1,2]

注浆技术主要参数包括井壁强度校验、注浆孔布置、注浆量、注浆压力、注浆浆液配比等内容。

3.1 井壁强度校验

P—注浆部位井壁能够承受的最大压力,MPa;

K—井壁材料的允许抗压强度,M Pa。

A—井筒壁厚,mm;

R0—井筒的净半径,m。

B—井壁材料极限抗压强度,MPa;

n—安全系数,取2。

3.2 注浆孔布置

注浆孔眼深穿过内壁和夹层,进入外壁不超过100mm,每水平均布8个眼,上、下水平孔应错开,注浆管采用φ32无缝钢管制作,长度根据壁厚加工,打入孔内,外露长度50mm。

3.3 注浆浆液配比

采用水泥—水玻璃双液浆液(42.5级普通硅酸盐水泥和模数为2.4~3.2浓度为35~45°Bé碱性水玻璃)进行注浆。前期,利用水泥浆单液注浆,水灰比前期为1:0.8,后期为1:1;封孔时为增加封孔的质量,提高封孔效果,采用水泥—水玻璃双液浆封孔,水泥浆与水玻璃比为1:0.3~1:0.5。

3.4 注浆压力

注浆压力的大小与注浆孔静水压力的大小及岩层裂隙发育程度等因素有关有关。注浆压力太大,会造成浆液浪费。因此,正确选择注浆压力及合理控制单孔注浆量,是注浆成功与否的关键。一般注浆终压取工作面静水压力的2~2.5倍。根据经验,注浆压力2MPa,为静水压力的2倍。

3.5 注浆量计算

式中:α,λ—浆液损失系数(λ取1.3);

R—浆液扩散半径(R取3m);

H—注浆孔深度(H取2m);

n,η—岩层孔隙率(η取1.8%);

β—浆液有效充填系数(β取0.8);

m—浆液结石率(m取0.8);

V—需充填的体积,m3。

浆液注入量用上式计算,其数量为1.32m3。

4 注浆施工

4.1 注浆施工工艺流程

注浆工艺流程为:打孔→制浆→注浆→扫孔→下一段注浆或复注。

4.2 注浆工艺

使注浆浆液上、下水平串通可保证注浆效果,为达到这一目可采用上水平注浆孔作检查孔的方式,上水平安装闸阀并打开,然后在下水平注浆。注浆前进行压水试验,检查间隙沟通情况,确定注浆量及浆液的浓度,逐孔压水后,记录同水平孔的流量和压力,压水量较大的孔作为同一水平第一注浆孔进行注浆。

选定注浆孔后,打开其余孔的闸阀,同一水平孔出现冒浆后,将闸阀逐一关闭,若压力和流量无显著变化且无跑浆时,可适当提高浆液量的配级,但压力应控制在终压范围内;若已达到终压,进浆量很小时(小于3L/min)说明该注浆孔达到注浆标准,注浆完成,可进行封孔。

注浆结束后,井筒涌水量降为1.34m³/h,使井筒涌水显著降低,及大的改善了施工的条件,建井施工进度和质量有了可靠的保证。

摘要：对于复杂水文地质条件下的基岩井筒,采用注浆施工不仅可大大改善作业条件,简化施工工序,加快建井速度,而且可以降低施工成本,通过进行注浆达到封水和加固井壁的良好效果。

关键词：立井,井筒涌水,壁后注浆,注浆工艺

参考文献

[1]李海燕.立井工作面预注浆止浆垫的设计与施工技术[J].煤炭科学技术,2008,36(03):48-50.

副立井井筒 篇6

1主立井井筒概况

1.1井筒的主要设计特征

主立井井筒具体特征参数见表1。

1.2主立井井筒围岩概况

1.2.1井筒所穿越的地层及工程地质特征

井筒所穿越的地层,由上至下分别为第四系(Q)、下白垩统志丹群第二段(K1zh2)、下白垩统志丹群第一段(K1zh1)、上三叠统延长群(T3yn)。

(1)第四系(Q):主要岩性为黄土,主井井筒穿越厚度为30.89m,一般具湿陷性,承载力特征值为140k Pa。场地土对建筑材料无腐蚀性。围岩类别为稳定性差的丁类围岩。

(2)下白垩统志丹群第二段(K1zh2):主要岩性为砂质岩类和泥质岩类,主井井筒穿越厚度为239.47m。下白垩统志丹群第二段为半胶结岩层,岩体属于耐风化、耐水浸能力差的岩石,主井井筒顶部5m左右为强风化带,岩石破碎,为散体状结构,属稳定性差丁类围岩,其下大部分岩层多为层状结构,少部分为碎裂状结构的极软岩,属稳定性较差的丙Ⅱ类围岩。

(3)下白垩统志丹群第一段(K1zh1):主要岩性为砾岩,主井井筒穿越厚度为77.11m。下白垩统志丹群第一段砾岩为半胶结岩层,岩体属于耐风化、耐水浸能力差的岩石,为碎裂状结构,属稳定性较差的丙Ⅱ类围岩。

(4)上三叠统延长群(T3yn):主要岩性为砂质岩类和泥质岩类,主井井筒穿越厚度为108.53m。上三叠延长群(T3yn)各岩层大部分属极软岩石,少数岩层段为软岩;软化系数都不大于0.75,属耐风化、耐水浸能力差、结构较完整的岩石,围岩类别为稳定性较差的丙Ⅱ类围岩。

1.2.2水文地质特征

井筒所穿越的地层,可划分为第四系黄土透水而不含水层,白垩系沙砾岩承压水含水层,三叠系砂岩承压含水层,相应的其他泥质岩类构成隔水层。

(1)白垩系承压水含水层

为井筒充水的主要含水层,含水层厚(真厚)主井井筒含水层厚155.32m,水位埋深在106.465m。单位涌水量0.135L/s.m,属富水性中等的含水层,矿化度4039.90mg/L。

(2)三叠系砂岩孔隙裂隙承压含水层

为一复合含水层,含水层厚(真厚)主井井筒86.22m,水位埋深在109.305m。单位涌水量0.00038L/s.m,属富水性极弱的含水层,矿化度1453.70mg/L。

(3)隔水层

由白垩系、三叠系泥岩、(粉)砂质泥岩组成隔水层,隔水性能良好;由白垩系、三叠系泥质砂岩及粉砂岩组成相对隔水层,隔水性能较好。

2主井井筒存在的质量问题

2.1井壁粉化垮落严重

主井井壁粉化破裂较为严重,粉化破裂区域主要分布于井深50m~190m段,其中在井深50m~80m井壁粉化破裂最为严重,破裂区域呈连片状集中分布,破裂区域相对集中分布于井壁东侧,破裂的宽度2.3m左右,破裂的最大深度可达20cm~30cm,呈整体垮落状态。

根据现场观测及调查,主井井壁粉化破裂自井筒建成后一直在持续,且有加剧的趋势。

2.2井壁混凝土质量存在缺陷

通过在主井井深57.5m~87.0m段不同深度、方位、破裂状况的井壁位置进行井壁混凝土取样,并进行混凝土试样的强度、微观结构、物质成分分析发现,主井井壁混凝土平均单轴抗压强度为10.23MPa,为设计强度的72.0%;微观结构存在蜂窝、空洞等不密实现象;物质成分中Ca含量相对较低;从强度、微观结构、物质成分三方面均反映出主井井壁混凝土质量存在缺陷。

2.3井壁混凝土抗风化粉化能力差

井壁混凝土结构疏松,存在蜂窝、空洞等现象,则混凝土的抗粉化、风化能力差。井筒中的淋水、风容易浸入混凝土结构中,促使混凝土粉化。另外主井壁后含水层水质分析显示,井筒严重粉化区段壁后水质差,水中硫酸根离子含量较高,对混凝土的腐蚀性较强。主井井壁混凝土的结构疏松,加上井筒淋水(渗水)的腐蚀性高,将加快井壁混凝土的粉化、风化的进程。井壁混凝土大范围粉化风化后,井壁可能发生垮落,所以必须采用有效的措施增强混凝土的抗风化能力,以减缓井壁混凝土粉化破裂的进程。

3主井井筒治理方案

3.1井壁渗漏点封堵设计

主井井壁在井深0~200m段存在多个渗漏点,虽然水量相对有限,但应对渗漏点进行封堵,主要原因有以下三点:

(1)该段壁后水质较差,水中硫酸根离子含量高,对混凝土的腐蚀性强,封堵后减弱水对井壁的腐蚀作用。

(2)在井壁修复加固过程中,在进行圈后填筑混凝土时,要求井壁不得渗水,以防止发生混凝土被冲蚀的现象。

(3)进行井壁壁面硅烷浸渍剂喷洒时,要求井壁必须处于相对干燥状态,如此才能使得液态硅烷浸渍剂充分渗入混凝土。

井壁渗漏点封堵采用壁后注浆的方式[1,2,3,4],由于主井井壁质量较差,注浆时要求选用可注性好的化学浆液,注浆过程严格控制注浆压力。本次治理拟选择ZK-Ⅲ型孔隙溶胶(高分子树脂)化学浆液[5]。

3.2井壁粉化破裂区域修复加固

3.2.1井壁修复加固措施

主井井壁主要存在粉化破裂的工程问题,治理的基本思路均为采取一定的方式对井壁粉化破裂区域进行修复加固。目前井壁修复加固的方法有套壁、锚网喷、架槽钢井圈、架钢模板等。各种方案优缺点见表2。

从技术适用性、经济合理性及施工条件考虑,主井井壁粉化治理宜采用架设槽钢井圈的治理方式。先对井壁粉化破裂区域进行清理,然后密集架设槽钢井圈,在架槽钢井圈的过程中在圈后采用混凝土进行填充,井圈与井壁采用锚杆固定。

3.2.2修复加固方式

主井井壁粉化破裂区域设计采用井壁密集架设槽钢井圈及壁后填筑抗腐蚀混凝土的方式进行治理[1,2,3]。先选择具体治理段,清理已经粉化,破裂的井壁混凝土至新鲜岩面,然后由下而上架设井圈,井圈与井壁采用锚杆连接;架圈的过程中在圈后井壁粉化破裂区域填筑抗腐蚀混凝土,架圈完成后,把所有井圈焊接为一体。

(1)修复段选择。根据鉴定报告,主井井壁的粉化破裂点主要分布于井深50m~190m段,其中在井深50m~80m井壁粉化破裂最为严重,破裂区域呈连片状集中分布,破裂区域相对集中分布于井壁东侧。本次修复井壁修复加固处理选择在井壁粉化破裂最为严重的井深50m~80m段,总段长30m。治理段对应层位为下白垩统志丹群第二段(K1zh2),为紫红色的砂泥岩层。

(2)井圈规格。井圈为20b槽钢井圈,内直径为3850mm,槽钢井圈外直径为4000mm。每道井圈分为6节加工,其中5节按内弧长2016mm,末尾1节按内弧长2100mm加工制作(图1)。施工架设时根据现场实际尺寸对末尾节切割制作以减少井圈与井壁间隙,提高加固强度,井圈加工好后,应进行编号。每节井圈之间环向通过14mm厚的钢板利用3个不在同一直线上的M20×45螺栓相互连接牢固。井圈平整度不超过±10mm。20b槽钢每米重25.78kg,则平均每节槽钢井圈重约52kg,150道井圈总重约46.8t。

每节井圈腰部的中间位置设置一个锚杆眼穿孔,以用于固定井圈。在井圈架设前,井圈表面应采用热镀锌进行防腐处理。根据主井箕斗角与井壁的安全距离,如果目前安全距离小于250mm,则井圈要求进行改造,改造的方式为在箕斗角对应位置切割槽钢井圈的两翼,以满足箕斗与井壁安全距离的要求。

(3)井圈布置。井深50m~80m段密集架圈,每道井圈跨高200mm,段内共需架井圈150道。相邻井圈之间交错架设,每道井圈打预紧锚杆1根。

(4)架圈基本要求。井圈架设的基本要求如下:(1)20b型槽钢井圈和锚杆及其附件的材质和加工必须符合设计和有关标准规定;(2)井圈安装允许高度误差不超过10mm;(3)井圈连接螺栓扭矩不小于100N·m;(4)井圈与壁面之间必须楔紧,不能有松动现象,相邻井圈之间应焊接牢靠;(5)井圈、锚杆的安设位置、数量应符合设计要求。

3.3井壁混凝土表面处理措施

主井井壁混凝土结构疏松,存在蜂窝空洞等现象,混凝土的抗粉化风化能力差。可采用在混凝土表面涂覆层,以减弱井壁混凝土与外部环境的接触,相对增加其抗粉化风化能力,提高混凝土耐久性。混凝土结构防护主要有混凝土表面涂层、混凝土表面硅烷浸渍、环氧涂层法(见表3)。

作为混凝土表面的防护主要采用前2种。混凝土表面涂层主要是采用具有良好的耐碱性、耐腐蚀性和附着力强的涂料。常用的涂料有:环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸、氯化橡胶和乙烯树脂。通过在混凝土表面涂刷一定厚度的涂膜来保护混凝土结构,不受外界有害介质的入侵。

而硅烷浸渍法广泛应用于各类钢筋混凝土结构中,如商业建筑(高档建筑物的内外墙面及屋面和地面)、停车场、车库、库房和冷库、游泳池、高速公路、桥梁结构、港口码头、海工等,特别适用于在恶劣环境中使用的高标号混凝土结构,受盐雾、化冰盐侵蚀的公路、立交桥、电线杆、污水处理厂的污水处理池、垃圾填埋场、温差极大的高原地区等,且在兖矿集团东滩煤矿副井井壁粉化治理中已有应用先例。其使用技术已经相当成熟、施工操作简单、性价比优良。

从技术可靠性及施工难易程度考虑,主井井壁选用硅烷浸渍方式进行表面处理。

4工程量消耗

工程量消耗见表4主井井壁治理措施及预期效果。

5结语

通过先采用ZK-Ⅲ型孔隙溶胶(高分子树脂)化学浆液壁后注浆封堵井深0~200m段的井壁明水点;然后井壁架圈的方式对井深50m~80m段的井壁严重粉化破裂段进行修复加固;最后采用壁面喷洒硅烷浸渍剂的方式,对井筒0~50m、80m~200m段井壁进行表层处理对井壁进行修复。通过借鉴其他矿井井壁修复及隧道工程应用情况,此方案可行,为出现类似问题的井壁修复提供了参考。

摘要：针对甘肃某矿主立井井壁粉化垮落严重、井壁混凝土质量缺陷、井壁混凝土抗风化粉化能力差的现状,采用壁后注化学浆封堵漏水点、对井壁严重粉化破裂段进行架圈加固、壁面喷洒硅烷浸渍剂对井壁进行表层处理三种方法综合对井筒进行修复,方法可行。

关键词：井筒修复,架圈,注浆,浸渍,堵水

参考文献

[1]姚直书,等.临涣矿副井井壁修复加固设计优化[J].煤炭工程,2002,9:4-6.

[2]杨俊杰,等.横河矿副井井筒修复加固设计与施工[J].建井技术,2001,22(2):1-3+11.

[3]刘金良.中马村矿风井井筒修复施工[J].建井技术,2010,31(6):8-11.

[4]董梅,等.淮南煤田板集煤矿主井井筒注浆加固工程实践[J].中国煤炭地质,2013,25(4):50-54.

立井井筒工作面预注浆设计与研究 篇7

某煤矿设计生产能力120Mt/a, 采用立井开拓方式, 工业广场布置主、副、风三个井筒。风井井筒净径5.0m, 全深360m。采用普通法施工, 井壁为单层砼结构, 壁厚400mm。

二水文地质情况

根据《某煤矿风井井筒检查孔地质报告》和风井井筒实际施工情况, 井筒有要揭开两个含水层:第一含水层170～175m, 中粗粒砂岩, 预计涌水量为35～50m3/h;第二含水层:181～187m, 粗粒砂岩, 预计涌水量为39～53m3/h。各含水层岩性以粗粒砂岩为主, 是富水性含水层, 出水类型属于微裂缝～孔隙水。

三施工方案

根据井筒工程、水文孔提供的工程地质和水文地质资料, 采用单一水平工作面钻孔、注浆。注浆材料采用水泥浆液, 按水灰比1:1配制:配1m3浆液, 水泥为0.688吨, 封孔时, 加入10～20%水玻璃进行双浆液封孔。水玻璃:选用液体硅酸钠型, 浓度为Beˊ﹦35～45, 模数为M﹦2.5～3.4。

四布孔方式与注浆段高

由于工作面预注浆孔布置圈径比井筒的净径小, 为了在井筒荒径轮廓线之外能够形成一定厚度的注浆壁, 采用径向斜孔的布孔方式。由于井筒含水层总厚度小于钻机能力达到的钻孔深度, 采用全段高一次打钻注浆方法。

五注浆参数

1.注浆压力

P0=PH+Hγc/100=2.5*注水点静水位压力=2.5*1.2=3MPa

P0—结束注浆时孔口的最大压力, MPa;PH—结束注浆时注浆泵上的表压力, MPa

H—计压点以上的浆液柱高度, m;γc—注浆浆液相对密度。

求得PH=1.0MPa

2.注浆孔数

根据含水层的水文地质条件、井筒特征, 按照下式计算含水层的注浆孔数:N=π (D-2A) /L。

式中:D—井筒净径, 5m;A—注浆孔与井壁距离, 取0.5m;L—注浆孔间距, 取1.6m。

计算得N=3.14 (5-2*0.5) /1.6=7.85, 取8。

3.斜孔径向倾角

采用径向斜孔, 钻孔倾角按照下式计算:α=tg-1 (S+A) /H

式中:α—钻孔在径向上与竖直轴线的夹角;S—终孔位置在径向上超出净径的距离, 取3.0m;A—注浆孔与井壁距离, 为0.5m;H—注浆段高。

计算得:α=2.78°

4.注入量估算

结合本矿井地层具体特征及以往注浆的施工经验, 由于预注浆地层以孔隙水为主, 裂隙缝-微裂隙缝并存, 浆液扩散半径小;本次注浆预设计在含水层内形成注浆壁厚度为4m的帷幕, 则设计浆液的有效扩散半径为2.0m;隔水层内设计水泥浆液有效扩散半径为1.0m。

浆液注入量可按下式计算:Q=AπR2HnB/m

式中:A--浆液消耗系数, 为1.2～1.5;R—以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径 (m) ;H—注浆段高 (m) ;n—岩层平均裂隙率, 为0.01～0.05;B—浆液充填系数, 为0.9～0.95;m—浆液结石率, 为0.85。

求得Q=29.8m3。

六止浆岩帽设计

井筒掘进到注浆段以上一定距离即可停止施工, 为含水层注浆预留一段止浆岩帽, 其厚度计算得:B=P0*r/[δ]。

式中:B—止浆垫厚度, m;P0—注浆终压, MPa;r—井筒净半径, m;[δ]—岩石的允许抗剪强度, MPa。

经计算, 此段段高的止浆垫厚度为1.7m, 本次预注浆止浆岩帽厚度设计为2.0m。

七钻探施工

钻探设备采用2台红旗-100型钻机, 配Ф73mm钻杆, 钻头采用Ф75mm钻头, 设计全部清水钻进施工。利用悬挂的临时吊盘作为打钻工作平台, 在金属模板的四个方位设固定牛腿, 将临时吊盘固定在牛腿上, 工作台固定要牢固、稳定, 并操平找正。将钻机按设计的方位、孔径固定在打钻工作平台上。探水施工前, 孔口管必须打压试验合格并安装高压阀门, 以防钻进时含水层突然涌水造成突水事故。钻进施工过程中技术要求如下: (1) 每段预注浆钻孔施工遵循先内后外, 对称施工的原则, 最后施工检查孔。 (2) 钻进过程中, 若钻孔涌水量超过10m3/h, 则停止钻进, 关阀进行注浆。孔内浆液凝固达到强度后, 再继续钻进施工, 若孔内出水再超过10m3/h, 则反复扫孔→钻进→注浆, 最后达到注浆孔设计孔深。 (3) 钻进过程中, 若因岩石破碎、塌孔等出现喷孔、抱钻等现象时, 造成无法钻进时, 则冲孔抽钻进行注浆。 (4) 施工过程中, 操作人员应掌握好钻机操作压力, 确保钻进施工时加压、钻速适当。 (5) 带阀清水钻进时, 若循环液变小或中断应立即将钻具提至安全位置, 然后检查水量变小的原因, 排除故障后再继续钻进。 (6) 禁止弯曲钻杆下井, 提高对中度, 定时检查钻具, 发现不符合要求的应及时更换, 钻具加工要规范, 出刃一致, 焊接牢固。为防止掉物入孔, 钻进时孔口钻杆套厚皮胶板。 (7) 每孔终孔停钻后, 应加大水量冲孔, 冲孔时间一般为30min左右, 直到孔内岩粉基本排除为止。 (8) 终孔时要核实钻具长度, 确保钻孔深度符合设计要求。 (9) 要认真做好钻进记录与钻机维修工作。

八预埋孔口管施工

在每段混凝土止浆垫浇筑前预埋8根孔口管, 孔口管设计采用Φ89mm无缝钢管加工制作, 上端焊接4寸高压法兰盘。预埋孔口管埋深为5.5m, 上端露出止浆垫外0.5m。预埋孔口管时, 要根据每个钻孔设计角度对孔口管进行固定;为防止钻孔偏斜, 钻孔的方位角要由专业技术人员进行操作, 预埋过程中要及时校对准确, 然后用Φ20mm螺纹钢筋一头锚固在井壁内, 一头焊接在孔口管上, 孔口管与孔口管之间也使用Φ20mm螺纹钢焊接牢固。同时, 预埋的孔口管两端要采用彩条布封闭, 防止预埋时操作不当, 误将铁质器械掉入孔口管内。浇筑止浆垫时, 要确保孔口管不晃动, 孔口管壁外混凝土要捣匀、捣实, 保证孔口管埋设牢固;若孔口管出现位移, 要及时进行纠偏。浇筑的混凝土达到强度后必须对预埋孔口管进行耐压试验, 试验压力不小于注浆压力。

九注浆施工

注浆站布置在井口附近, 安装2台HFV-C型液压注浆泵, 并设置清水池、水泥浆搅拌系统。利用井壁施工用JS1500型搅拌机作为一级搅拌池, 在地面紧邻一级搅拌系统旁砌筑4m3的二级搅拌池, 采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池。上料利用原有散装水泥罐直接上料。注浆利用原输浆管路。输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2〞高压胶管连接。

1.注浆工艺流程

2.注浆施工要求

(1) 注浆前要检查注浆设备完好情况, 周围是否有障碍, 人员是否站在安全地点。 (2) 注浆泵及输浆管各接头要绑紧接牢, 注浆过程中, 工作人员应观察接头情况, 并应避开孔口管位置, 避免跑管伤人。 (3) 注浆开始之前, 必须作好充分准备。注浆一旦开始, 不得中途停顿。必须停顿时, 应先注水后停泵。停泵后打开放浆阀, 使浆液或水自由地从进浆阀流出来。 (4) 注浆管要埋设牢固, 防止注浆压力过大而将注浆管压出孔口伤人。 (5) 注浆泵接线送电必须由电工进行, 并不得带电作业, 不得带电移动及搬迁电器设备。井下所有电器设备不得漏电, 不得有短路现象发生, 发现异常及时处理。 (6) 为了防止浆液中混入纸片、水泥硬块及其它杂物堵塞管路, 影响注浆, 所搅浆液在进入注浆泵前必须进行过滤。 (7) 注浆人员严格执行注浆泵操作规程, 佩戴防护眼镜、乳胶手套, 注浆管路要牢靠, 以防脱出伤人, 放浆时, 要注意安全, 人员避开放浆阀门, 防止浆液溅入眼内, 时刻注意压力表变化情况, 发现异常情况及时处理。 (8) 注浆时, 要安排专人密切观察压力表变化及周围跑浆情况, 发现问题及时处理、汇报。 (9) 注浆过程中, 必须时刻注意观察压力表和进浆量的变化情况, 发现故障及时排除, 切记不要使压力升的太高, 以免损坏机器、管路、球阀或造成其他事故, 排除故障时要停泵泄压, 严禁带压排除故障。 (10) 注浆要结束时, 先开放浆阀, 再关闭进浆阀, 且阀门必须关严, 不能因漏浆造成浆液向管内及注浆泵倒流。一般要等半小时。待水泥初凝后, 方可慢慢启动, 放气放水, 观察情况, 打开孔口阀门时, 面目不可正对孔口, 同时正对阀门口不可站人, 防止高压未凝固浆液喷射伤人。 (11) 每个孔注浆结束后, 应立即用清水冲洗管路和注浆泵。

十结语

副立井井筒 篇8

立井井筒施工是地下岩土工程施工的难点, 立井快速施工技术近10 a中取得了突破, 通过一系列新技术的应用[1], 如伞钻、整体浇注模板、中心回转抓岩机、高效水胶炸药等, 形成中深孔爆破, 缩短了循环时间, 简化了地面吊挂布置等措施, 整体提升了基岩段掘进速度[2]。

针对神华宁煤集团金家渠煤矿 (以下简称金家渠煤矿) 副立井和风井施工遇见的油气层, 实施以液氮四项泡沫介质联合排放为先、远距离爆破过油气层、注浆加固和堵塞通道为后的方案进行论证分析, 为我国西部煤、油混层的矿井工程施工做出新的探索。

1 井筒过油气层施工方案

井筒施工前, 根据建设方提供的油气层资料, 做好相应的施工准备。井筒在穿过油气层段破碎围岩地层时, 采取缩小掘进段高为2.5 m、提高光爆效果、小进尺少药量爆破、及时支护、辅助锚网等措施, 尽量减少爆破对井筒围岩的破坏, 保持围岩的完整性, 充分利用其自身稳定性;同时适当缩小掘进段高, 采用锚喷或锚网喷联合支护, 尽量缩短围岩的暴露时间, 必要时增设槽钢井圈复合支护, 确保安全顺利通过油气层段不良地层[3]。

根据《煤矿防突规定》, 结合施工现场实际, 经甲、乙等单位协商确定副立井、风井揭露含油层前进行探油层层位, 并测定CH4、CO、H2S动力现象和混合气体压力是否达到或超过临界值[4]。

井筒施工至含油层法线距离约6 m处, 利用伞钻施工10 m探孔, 若打钻过程中无瓦斯喷孔、顶钻等动力现象, 工作面迎头CH4、CO、H2S浓度不超过规定要求, 采取远距离放炮过含油地层;每一炮超前探排10 m, 先探, 无异常情况下再进行打眼放炮, 保留6 m岩柱, 防止含油地层异常变化, 保证气体浓度不超限;如果工作面迎头CH4浓度大于1%和CO浓度大于24×10-6, 通过加强通风, 浓度仍然不能降到规定要求, 补打钻孔增加排放通道, 加强排放。

爆破后, 延长炮后通风时间。通过监控探头观测井筒工作面的各气体浓度, 待工作面气体浓度符合安全要求后, 方可入井检查, 待检查安全后, 开始出矸作业, 出够段高后, 及时下放整体浇灌模板, 浇灌井壁, 如此循环作业, 安全通过油气层段。

2 井筒过油气层施工

2.1 探油气层

在施工到距油气层10 m时停止掘进, 利用DZ-1200B型钻机配取芯钻头, 在井筒内对称打4个探油气层钻孔 (孔径φ75 mm) , 以查明油汽层的赋存情况及油气的突出危险性、成分。探孔应超前于掘进工作面5 m以上距离, 且探孔不得作为炮孔使用。

在探孔见油层时, 必须钻透两油层全厚, 通过钻孔验证油层厚度, 测定油层气体压力, 预测有无突出危险。若测定油层气体压力在0.74 MPa以下, 则可以结合远距离放炮, 分段分次揭过油气层。若测定煤层气体压力在0.74 MPa以上时, 须在距油层不小于5 m的位置施工排放钻孔进行排放。排放钻孔必须穿过油层全厚, 且进入第二油层 (下油气层) 底板岩层500 mm。经一定时间排放且检查无灾害危险后, 可再采用远距离放炮、分段揭过油气层。

测试钻孔施工完毕后, 在孔中插入带有压力表接头的φ12.5 mm镀锌管制做的导气管, 上油气层导气管长50 m, 下油气层导气管长90 m。其中导气管节长2 m, 中间用管箍联接, 在联接前将丝扣用生料带缠好, 以确保其气密性。

由于钻孔施工水量很大, 钻孔施工完毕后, 不能排尽孔内积水, 用常规方法无法保证封孔质量, 现场决定采用自下而上注双液浆的方法进行封孔。

2.2 油气排放

金家渠煤矿风井油气层含量高, 压力大, 围岩松软, 具有严重的突出危险性, 且井筒冻结和钻孔积水比较严重, 如果仅依靠自然排放, 则揭过近100 m油气层工期可能需要1 a多时间, 不仅耽搁时间长, 而且由于油气缓慢释放, 也极不利于工作面施工安全。为快速达到排放效果, 缩短过油气层工期, 保障气候适宜期间施工完井筒等工作需要, 根据本次测定和分析结果, 对油气上层考虑采取液氮四项泡沫排放油气层油气措施, 且液氮泡沫排放油气在石油开采领域已有很好的应用研究, 是相对比较成熟的科研成果。

液氮泡沫排放油气技术利用均匀布置在石油岩层内的大量钻孔, 先通过钻孔预先压注高压的液氮四项泡沫体。液氮经一定时间自我膨胀、挥发、卸压, 同时液氮中添加有机溶剂, 溶解吸收油气, 携带油气排出, 经一定时间排放后, 降低含油层的油气压力与油气含量, 并利用由此引起油层围岩, 即砂岩层的收缩变形、地应力下降、颗粒充填物促使强度增高等效应, 使油气层失去突出的危险性。因此, 对立井井筒施工揭过油气层如何排放油气层, 开展液氮泡沫排放技术研究, 进一步提高施工应用范围和效果, 有着长远的经济意义。

3 油层封堵和井壁加固技术

3.1 油气藏封堵的基本原理

高渗透和裂缝性油气藏易发生较严重的固相堵塞损害, 不易发生水锁损害。稠油藏和高渗透油气藏易产生出砂损害。低渗和特低渗油气藏易发生较严重的水锁和水敏损害, 不会发生严重的固相堵塞损害。低渗透的气藏比低渗透的油藏水锁损害更严重。高粘油藏易发生有机沉淀堵塞损害。多数砂岩油藏都存在程度不同的速敏和水敏损害。油气层的储集空间主要是孔隙, 渗流通道主要是喉道, 喉道是指连通孔隙的狭窄部分, 是容易受损害的敏感部位。孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其连通性关系, 称为油气层的孔隙结构。可将油气层孔喉划分为缩颈喉道、点关喉道、片状或弯片状喉道、管束状喉道4种。

岩石表面被液体润湿的情况称为岩石的润湿性, 液体能够在岩石表面铺展, 称为岩石对这各液体润湿, 反之, 则为不润湿或非润湿。完全润湿角为0°, 润湿角为<90°, 中性润湿角为90°, 非润湿角为>90°, 完全不润湿润角为180°。

金家渠煤矿中部风井井筒施工冻结段过油气层施工, 主要是利用完井液的逆运用, 采用注浆法封堵孔隙和油层喉道, 通过水、酸的敏感损害, 达到井筒周围的阻油防渗、注浆加固井壁周围围岩和井壁的目的。

3.2 油气层段井壁注浆加固、堵气防渗措施

揭过油气层后, 待冻结壁解冻后, 为合理加固油气层松软围岩、外围油层和油气压力影响等问题, 利用注浆泵通过最外两圈预埋注浆管的排放钻孔对上、下油气层进行高压注浆[5]。为提高封闭圈的强度, 封孔、注浆前, 在孔内预埋导流筋。

金家渠煤矿风井、副井对上、下油气层分别实施注浆, 注浆量为243 m3和196 m3 (混合量) 。注浆过程中, 周围井壁接茬处有出浆现象, 注浆压力达到设计要求。注浆后井筒中闻不到柴油气味, 说明浆液渗入油气层有效作用范围, 堵塞了油气的释放、运移。注浆固化4 d后, 打开注液管球阀, 无反水、排气现象。

4 技术研究成果应用比较

立井井筒施工工程因现场施工工艺、技术装备和人员管理等限制, 井筒揭过高压瓦斯煤层一般以钻孔排放降低煤层气体含量和压力的方法居多, 此法所占工期长, 自然排放效果慢, 钻孔布置对排放影响大。为减小上述排放难题对本次油气层排放的影响, 本次采用全深冻结立井井筒揭过油气岩层的方法。因冻结法施工对该冻结井的排放钻孔的控制范围需做适当调整, 缩小排放半径, 不打穿冻结壁, 不伤害冻结圈, 防止冻结圈外围岩含水层影响施工及冻结壁防水功能。排放达标后, 采用远距离爆破揭过油气层后, 待后期井筒成井后, 按油层气藏理论的相应参数, 进一步防范和减少油气层及油气对井筒井壁的危害和油气渗漏运移带来的隐患, 通过预埋注浆管路对油气层段注浆封堵油气, 加固井壁, 消除隐患, 避免后期处理井壁的复杂施工。

5 结论

研究采取对全深冻结立井井筒揭过油气岩层施工, 实施以液氮四项泡沫油气排放为先、远距离爆破过油气层、注浆加固和堵塞通道为后的研究方案。通过现场应用实践, 效果显著, 成功解决了全深冻结井筒施工过油气岩层的相关方法和参数研究, 为井筒揭过油气层提供科学依据。

摘要：为探讨全深冻结立井井筒揭过油气岩层技术, 对井筒过油气层施工方案进行研究, 对油气层进行钻孔探测, 并运用液氮泡沫技术排放油气, 采用注浆法封堵孔隙和油层喉道以阻油防渗, 同时加固井壁围岩和井壁。宁煤金家渠煤矿现场运用该研究技术的效果表明:实施以液氮四项泡沫油气排放为先、远距离爆破过油气层、注浆加固和堵塞通道为后的方案, 安全顺利实现了全冻结立井井筒过油气岩层施工, 为井筒揭过油气层提供科学依据。

关键词：全深冻结,油气岩层,液氮排放,揭过油气岩层

参考文献

[1]刘全林, 程桦.立井壁后土层注浆加固机理及注浆参数研究[J].煤炭学报, 2000, 25 (5) :486-490.

[2]赵新民, 周峰.壁后注浆在麟北矿区立井井筒施工中的应用[J].陕西煤炭, 2011, 9 (5) :91-93.

[3]周志利.大断面立井井筒综合治水技术研究[J].中国煤炭, 2011, 37 (2) :56-58.

[4]方根生.丁集矿深井冻结井壁渗水的治理措施[J].煤炭工程, 2010 (6) :27-29.