第一章 工程概況
1.1 簡述
近年來，隨著立井井筒施工機械化配套設施的逐漸完善，立井井筒施工速度得到較大提升。由于煤田開采逐步向地層深部延深，地層賦水情況越來越復雜，加上深井排水設施限制，嚴重制約立井井筒施工速度。井筒防治水工作不外乎強排疏干和注漿堵水兩種方案。強排疏干由于受到井筒斷面限制，高揚程大功率的排水設備無法使用，造成強排疏干法施工井筒困難很多。根據我處以往施工經驗，探水預注漿是立井井筒防治水不可或缺的施工工作。
我們根據郭家河礦井風井井筒設計特征及地層水賦存情況，結合我處以往施工經驗，特編制防治水施工方案，以指導和方便井筒掘砌施工。
1.2 井筒技術特征
風井井筒技術特征見下表1-1。
風井井筒技術特征 表1-1
第二章 井筒水文地質條件 2.1井筒工程地質 2.1.1區域地層 礦區地層區劃屬華北地層區厄爾多斯盆地分區。根據地質填圖及鉆孔揭露，礦區地層由老到新有：三疊系、侏羅系、白堊系、第三系。 2.1.2井田地層 依據鉆孔揭露及地質資料，井田內地層由老到新依次:三疊系上統銅川組（T2t），侏羅系中統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊系下統宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、上第三系（N）。由老到新分述如下： 2.1.2.1 三疊系中統銅川組（T2t） 下部灰綠~黃綠色塊狀~厚層狀中、細粒長石石英砂巖，夾灰綠色~灰色泥巖。上部灰綠色中厚層狀中、細粒長石石英砂巖與灰~灰綠色粉砂巖、泥巖互層，向上漸以泥巖為主，夾灰黑色頁巖與煤線，軟體動物及蕨類植物化石。 2.1.2.2侏羅系中統延安組（J2y） 延安組為含煤地層。巖性為灰~深灰色泥巖、砂質泥巖、粉細砂巖與灰白色中粗粒砂巖互層，中夾炭質泥巖及煤層。厚度0~94.84m（X6號孔），一般40~50m，與下伏富縣組成平行不整合接觸，或超覆于三疊系之上。 2.1.2.3侏羅系中統直羅組（J2z） 根據巖性、巖相旋回分為上下兩段：下段為泥質中~粗粒砂巖夾砂質泥巖、粉細砂巖。顏色以灰綠色為主，多帶黃綠色，底部為一層灰白色含礫中粗粒砂巖或細礫巖，特征顯著，比較穩定，是劃分直羅組與延安組界限的標志層。上段為砂質泥巖、泥質粉砂巖夾細~中粒砂巖。顏色以灰綠色為主，常見雜色泥巖夾層，偶見泥質灰巖薄層，頂部較細，顏色較深。 2.1.2.4侏羅系中統安定組（J2a） 下部為暗紫紅色砂質泥巖，夾灰綠色各種粒級的砂巖，底部為一層厚度較大的灰紫色含礫粗砂巖及細砂巖與直羅組為界；上部為紫紅色泥巖、砂質泥巖，夾中~粗粒砂巖及粉紅色鈣質泥巖，富含鈣質結核。 2.1.2.5白堊系下統宜君組（K1y） 為氧化環境下洪積相與河流相沉積。巖性為灰紫~紫紅色巨厚層狀粗礫巖夾砂礫巖及粗砂巖薄層或透鏡體。礫石成分以花崗巖為主，變質巖次之，含少量石英巖與石灰巖。礫徑一般5~8cm，最大50cm以上，分選差，次圓狀，鈣質膠結，堅硬。 2.1.2.6白堊系下統洛河組（K1l） 分布于宜君組兩側，為干旱氧化環境下的平原河流相沉積。巖性為棕紅色中~細砂巖，夾同色砂礫巖及礫巖層。砂巖成分為石英、長石，分選較好，膠結疏松。具板狀層理及大型交錯層理，夾暗棕紅色泥巖薄層，東北部的常村河見褐黃色與淡黃色砂巖。礫巖為巨厚層狀粗礫巖。礫石成分與宜君礫巖相同，礫徑較大，一般5~10cm以上，分選極差，以次圓狀為主，亦見次棱角~棱角狀者。礫石表面因砂質泥巖充填呈紫紅色，膠結疏松。 2.1.2.7上第三系（N） 全區廣泛出露。巖性為淺棕紅色亞粘土、粉砂質粘土，含鈣質結核及石英小礫石、夾多層鈣質結核層，底部有厚度不穩定的底礫巖沉積。區內無完整剖面，最大厚度大于150m，一般80m左右。下與各組呈不整合接觸。 2.2井筒水文地質 本井筒共穿過3個主要含水層，分別為：1）白堊系下統洛河組砂巖-宜君組礫巖孔隙~裂隙含水層；鉆孔揭露厚度為158.49m，洛河組以中~粗砂巖為主要含水層段；宜君組以礫巖為主要含水層段。兩組之間無明顯隔水層，屬中等富水性含水層，預計用水量163m3/h。在該段含水層中有局部膠結松散的砂巖，巖芯破碎，該含水層是井筒防治水工作之重點。2) 侏羅系中統安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層；鉆孔揭露厚度171.6m，該段巖性以砂巖與粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖互層狀產出，根據水文地質報告，該段含水層涌水量19.5 m3/h，屬弱富水性含水層。3）三疊系上統銅川組砂巖裂隙含水層；本次鉆孔未揭露見底，巖性上部為紫色泥巖，淺紫色粉~細砂巖，灰白色細砂巖與中砂巖互層，中夾灰綠色中~粗砂巖，為微弱富水性含水層。第三章 防治水方案 根據《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》和《郭家河礦井風井井筒檢查孔地質報告》，我們在建設郭家河風井井筒時，立足打干井的原則，確保井筒建井及井筒建成后涌水量符合驗收規范規定，特編制此防治水方案。 3.1防治水方案 風井井筒共穿過3個含水層，垂深95.51~425.6m，含水層累厚330.09m。根據預測計算的含水層涌水量，我們認為風井井筒施工過程前要提前做好地質超前預報工作，制定詳細的防治水方案。必須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點，適時進行工作面探水注漿。 具體方案如下： 1、侏羅系中統安定組泥巖層、直羅組砂巖、延安組砂巖裂隙含水層、三疊系上統銅川組砂巖裂隙含水層采用先探后注的方式。根據公式計算出注漿孔數，施工時，先在井筒周圈布置4個鉆孔進行探水（兼注漿孔），若單孔涌水量小于2m3/h，則注漿封孔，施工井筒。若單孔水量超過2m3/h，則要嚴格按照布孔要求施工全部鉆孔。 2、白堊系洛河組、宜君組含水層是富水性含水層，在掘進至距該含水層10m時停止施工，進行工作面預注漿。 3、注漿段技術方案見下表3-3。 注漿段技術方案 表3-3
3.1.1注漿段高的確定 工作面探水注漿分段原則：結合含水層位置、含水層頂底板巖石情況，基巖段巖芯破碎帶位置以及隔水層的厚度，設計注漿段高為65m。考慮第二、三段富水性弱，該段暫不設計工作面預注漿，按“先探后掘”的原則，單孔水量超過2 m3/h，則嚴格按照布孔要求施工全部鉆孔；單孔水量小于2 m3/h，則帶水掘進。 3.1.2止漿墊鋪設 3.1.2.1止漿墊厚度計算 本次工作面預注漿選用單液平底形混凝土止漿墊。 利用公式計算如下： 式中：B--止漿墊厚度 m P0--注漿終壓 kg/cm2 r--井筒荒半徑 [a]-- kg/cm2 [a]=R/k K--安全系數。 K=2 說明：1、井筒荒半徑為3.7m。 2、砼墊用C60混凝土砌旋，[a]=R/k=600×2/3÷2=200 kg/cm2 各注漿段止漿墊厚度經計算如下表
D--井筒凈直徑 D=6.5m E—井壁厚度 E=0.45m P--注漿壓力 取第6段注漿壓力P=9MPa h--球面高 h=0 與止漿墊連接處井壁混凝土標號提高為C60，混凝土中添加高效減水劑，7天養護期的允許抗壓強度為60×0.9=54MPa﹥39.6MPa，滿足注漿要求。 3.1.2.2止漿墊澆筑施工 澆注混凝土前，嚴格按照設計要求孔位預埋Φ127×6mm無縫鋼管，上焊高壓法蘭，做打鉆注漿孔口管。上端高出止漿墊0.5m；管壁外用16#螺紋鋼筋纏繞并焊牢（見附圖）。 止漿墊混凝土采用C60砼，澆筑砼時要保持連續不得中斷，工作面要分片用震搗捧震搗，同時應防止孔口管位移或偏斜，且在止漿墊上部泵位附近預留一個0.5m3的水窩，以便注漿施工時排水。 止漿墊凝固后，要連同預埋的孔口管進行耐壓試驗，耐壓試驗壓力要求達到設計終壓，若達不到，則進行止漿墊加固注漿。 3.1.3注漿參數設計 3.1.3.1注漿孔布置 工作面探水注漿設計注漿孔數利用公式如下： N=π（D-2A）/L=8個 N-注漿孔數，個 D-井筒凈直徑，6.5m， A-注漿孔與井壁距離，取0.7m， L-注漿孔間距，取2.0m。 另外設計檢驗鉆孔1個，每段共9個孔。注漿孔布置一圈，要求注漿孔與井壁距離為0.7m，注漿孔間距為2.0m，均勻布置。檢驗孔布置在井筒中心線位置，垂直施工。止漿墊耐壓試驗合格后，在注漿孔上安裝高壓閘閥方可鉆進施工。鉆注順序為對稱開孔注漿，切忌亂鉆不注。 3.1.3.2注漿壓力 考慮到改進型脲醛樹脂在較低壓力下即可滲入裂隙，設計初始壓力為4MPa，注漿終壓為P下=P上+1 MPa。各注漿段注漿終壓如下表：
3.1.4探水注漿前的準備工作
3.1.4.1排水系統形成
探水注漿前應形成不低于100m3/h的排水能力。井筒安裝一趟Φ108mm無縫鋼管作為排水管路，并進行試運轉。
排水方案及排水設備詳見《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》。
3.1.4.2攪拌站設置
在地面井口房一側設置攪拌站，同時在地面挖三個池，分別存放配制的水泥漿液，化學漿液和清水。池旁邊布置注漿設備和攪拌罐。
3.1.4.3輸漿管路的安裝
利用傘鉆繩捆扎兩路Φ25mm高壓膠管，從地面輸送漿液到工作面作為輸漿管路，高壓膠管的耐壓強度不少于25MPa。
3.1.4.4井下操作平臺的搭設
利用井筒懸掛吊盤作為打鉆工作平臺。在井壁的四個方位打入四根鐵道鍥，將四層吊盤固定在鐵道鍥上。工作臺固定要牢固穩定。
3.1.5鉆探施工
采用SGZ-150型液壓鉆機，鉆桿采用Φ50×6mm地質鉆桿，鉆頭采用Φ75mmPDC復合片無芯鉆頭或Φ75mm潛孔錘頭成孔。
3.1.5.1鉆孔施工順序為對稱開孔。為防止鉆孔偏斜，預埋孔口管時，鉆孔的方位角、傾角要由專業技術人員進行操作，預埋過程中要及時準確校對。鉆進時使用平頂鉆頭或PDC金剛石復合片鉆頭并帶同徑具長度不小于3m的扶正器。
3.1.5.2禁止彎曲鉆桿下井，提高對中度，過硬巖時，不應加壓過量。帶閥清水鉆進，地面連續供水，一旦水量變小或中斷應立即停鉆或提鉆，檢查原因，恢復正常供水后，再繼續鉆進。
3.1.5.3定時檢查鉆具，發現不合格者應及時更換，鉆具加工要規格，出刃一致，焊結實，加壓、鉆速適當。為防掉物入孔，鉆進時孔口鉆桿套厚皮膠板。
3.1.5.4每孔終孔停鉆后，應加大水量沖孔，沖孔時間一般為30min左右，直到孔內巖粉基本排除為止。
3.1.5.5要認真做好鉆進記錄與鉆機維修工作。
3.1.6注漿施工
注漿泵采用HFV-C型注漿泵，一臺工作，一臺備用。
3.1.6.1工藝流量：單液水泥漿(化學漿)經二次攪拌—注漿泵—輸漿管—控制閥—孔口管—巖層裂隙。
3.1.6.2壓水試驗
每孔終孔測水后接通輸漿管路進行壓水試驗，壓力由小到大逐步升壓到最大注漿終壓，測定各不同壓力參數時的吸水量并繪制吸水量曲線，壓水時間可為20～30分鐘。并根據壓水結果，確定起始漿液配比。
3.1.6.3壓力調整：注漿壓力變化有時漸變，有時呈波狀，調整壓力應與孔內情況、漿液濃度等密切配合，當漿液濃度確定后，用人為的方法控制泵量，使壓力達到終壓。
3.1.6.4漿液調整：漿液在巖層裂隙充填階段中，如壓力和進漿量穩定不變時，應逐級加大濃度，如壓力上升快，進漿量很快減小，應依次降低漿液濃度，每改變一次漿液濃度可持續20分鐘。
3.1.6.5注漿結束前，應壓注清水，使管路大部分漿液注入巖層裂隙中去。但要防止清水壓入地層，當壓清水時需及時通知井下準備閉閥泄漿，然后清洗整個注漿系統。
3.1.6.6養護、掃孔和復注：每孔首次注漿結束后，養護2～3小時，用鉆機掃孔到底，沖孔測水后進行復注。復注次數可為一至多次，復注時采用稀漿。
3.1.7注漿結束標準
單孔注漿結束標準：注漿壓力達到設計終壓，泵量<30L/min，穩定20～30min，即可結束注漿。
工作面探水注漿結束標準：施工最后檢查孔的涌水量來計算井筒開挖的最大涌水量，若水量超過6m3/h，應補打注漿孔，繼續注漿。
注漿結束后，由技術員整理各孔鉆注全部數據資料。填制繪圖上報、存檔。
3.2壁后注漿
待井筒施工結束后，為進一步減少井筒涌水量，則考慮實施下行式壁后注漿。壁后注漿以堵水為主，形成注漿帷幕，切斷水源達到注漿堵水及壁后充填加固的目的。井筒無明顯出水點，井筒涌水量達到驗收標準，結束壁后注漿。實施壁后注漿時專門編寫壁后注漿設計。
第四章 工期和勞動組織
4.1工期
每段工期包括：施工前籌備(1天)，止漿墊澆注養護(7天)，止漿墊加固(3天)，探水施工(4天)，洛河組-宜君組段注漿施工(4天)，合計19天。
總工期約133天。
4.2勞動組織
實行鉆注合一，探水人員終孔后參加注漿工作，見表如下：
鉆注勞動組織表
說明：1、井上信號把鉤打點工未列入；2、施工隊長未計算在內。建議 5.1成立郭家河風井井筒防治水領導小組，全面系統的領導指揮實施防治水工作。 5.2施工前形成臨時排水系統，并試運轉，保證設備專業人員充足。 5.3必須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，實施“截、導、排、封、擋、探、注”的綜合治水方案，同時針對風井井筒通過的含水層厚度大的特點，適時進行工作面探水注漿，每段工作面探水注漿前必須編制安全技術措施，審批后全體施工人員學習。 5.4為進一步減少井筒涌水量，井筒施工到底后，考慮實施壁后注漿。 參考文獻： 1、《郭家河礦井風井井筒施工組織設計》 2、郭家河礦井風井檢查孔資料
