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S形钻孔井筒地面预注浆技术研究

2013-07-28 01:28 摘要：潘北矿井由合肥煤炭设计研究院设计，生产能力400万吨，淮南矿业集团有限责任公司投资建设，其中风井井筒地面预注浆工程由安徽两淮地质基础工程公司第一工程处承包施工，唐山开滦工程建设监理有限公司监理。
关键词：注浆  S形钻孔
        0 引言
        风井井筒地面预注浆工程，设计注浆孔10个，其中5个直孔，圈径12m，孔深520m；5个S孔，圈径40m，520m处圈径12m，终孔深度712m。直孔完成岩帽及一、二段的注浆任务，由S孔完成岩帽、导斜段、三、四、五、六段的注浆任务。历时175天，共完成钻探进尺6160m，注浆方量14526m3，成功地运用3YSJ-25型随钻定向仪施工S孔，提高了注浆钻探的科技含量。
        1 注浆施工条件
        潘北矿井位于走向近EW，倾向N的不完整背斜构造，井筒穿过的地层为：346m左右的新生界松散层，30m左右的基岩风化带及二迭系含煤地层。新生界地层以粘土为主，其次为砂层，基岩主要岩层为泥岩、砂岩和煤。井筒基岩穿过的主要含水层为基岩风化带含水层及13-1煤、11-2煤、8煤顶底板砂岩含水层。
        风化带：起止深度为347.95～385.30m，厚度为37.35m，多为花斑状泥岩、砂质泥岩和细砂岩，上部风化较强烈，整层岩芯较破碎，砂岩钙泥质胶结，裂隙发育。
        断层：从井筒检查孔柱状图可见2个构造带：①605.70～607.70米，616.00～623.80m，有受力迹象，多见角砾状破碎砂岩，以钙质胶结为主，垂直裂隙发育，岩芯破碎。②634.20～635.60m，整层均有受力迹象，多为糜棱状、磷片的泥岩，岩芯松软、破碎。

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        该断裂带上下界的影响带裂隙发育，上部、中部为砂岩多为钙质胶结，岩芯成角砾状，破碎，下部为破碎泥岩多为糜棱状、磷片状。断裂上盘影响带岩石裂隙发育，连通性好，是地下水储存和富集的场所。
        风井注浆孔在深度585m，640m处岩粉极多、坍塌掉块严重，多次发生埋钻、埋止浆塞，掉胶筒事故，主要原因是断层带破碎所致。
        裂隙：根据井筒检查孔提供的资料和区域裂隙发育特征，井筒岩层裂隙多为高角度近垂直裂隙，其中风化带裂隙发育；断层影响带裂隙发育，受构造应力影响局部地层裂隙发育。
        注浆中，风井与主井注浆孔多次发生串浆，而风井与副井很少串浆，这说明风井和主井裂隙连通性，近南北向和北东向的涨性裂隙发育。
        2 施工方案及设计要求
        根据潘北矿井风井井筒水文地质工程地质条件，风井井筒治水方案采用，上部冲积层及风化带冻结，下部基岩段采用地面预注浆法，采用了上部5个直孔圈径Φ12.0m和5个外围圈径40m的S型孔，S孔经定向钻进增斜、降斜、稳斜于510m左右进入设计靶域而后变为直孔。
        5个直孔竣工后转入施工冻结孔。冻结孔和S注浆孔同时平行作业，缩短了工期，赢得时间。
        2.1 注浆深度
        直孔0～380m为固管段　　380～520m为注浆段
        S孔0～405m为固管段　　405～712m为注浆段 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
        风井注浆深度为712m
        2.2 段高及注浆压力 根据风井的水文工程地质特征注浆段高及注浆压力设计如表2-1
        2.3 注浆方式 井筒地面预注浆的注浆方式有分段下行、分段上行和上行下行混合方式，这决定井壁条件和裂隙的串浆干扰等因素。本次注浆多采用上行式，无论上行还是下行，当岩层破碎、坍塌掉块严重时，均可先行注浆加固后再都进行钻进。岩帽注单液水泥浆，岩帽以下段注粘土水泥浆。
        2.4 注浆结束标准 岩帽段：①达到或超过设计终压值②泵量60～100l/min③稳定时间不小于20min。
粘土水泥浆段：①达到或超过设计终压值②泵量不大于250l/min③稳定时间不小于20min。 
        2.5 注浆范围 本次注浆扩散半径为9m，注浆范围是以井筒中心为圆心以井筒半径加9m，即12m为半径的大圆柱体的帷幕。