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2、水文地质
XX北风井井筒均穿过第四、三系、二迭系上、下石盒子表土段孔隙水潜水、潜水承压水、砂岩裂隙承压含水层。
依据《XX煤矿北风井井筒检查孔阶段性总结》提供,井筒自上而下分为四个含水层组,其各段含水概况如下:
1)第三、四系孔隙含水组
由粉、细砂层及粘土、砂质粘土、薄砾石层组成,为多层含水结构,各含水层之间均有较稳定的粘性土相隔,含水层具有上细下粗的特征,根据水文地质条件的差异,结合区域水文地质资料,本含水层(组)又可分为以下三个含水段。
①第四系全新统孔隙潜水含水段
据区域资料,含水层为埋深20.0m以浅含水层,单层厚度变化较大,分布不稳定,水位埋深1-3m左右,与大气降水关系密切,变化幅度大循环交替条件好。
井检孔揭露含水层厚度为10.95m,岩性为土黄色细砂。
据区域资料:
该含水层段q=1-2L/s.m,k=2.57-6.87m/d,矿化度<1g/l,水质类型为HCO3-Ca·
mg型水。
①第四系更新统及第三系孔隙承压水含水段
含水层埋深20-187.80m,岩性为灰黄、黄褐色细、中砂及浅灰色砾石层,与粘土、砂质粘土隔水层交替沉积组成,含水层厚23.24m,富水性较强,具向下富水性减弱的特征,据区域资料:
q=0.311-2.269L/s.m,k=0.99-19.1m/d,矿化度0.556-4.198g/l,水质类型从上至下由HCO3-Na型逐渐过渡到SO4-Na型。
第四系、三系,孔隙承压水含水层采用冻结法施工。
2)基岩顶面至K6砂岩顶板即基岩风化带裂隙含水层到K6砂岩顶板砂岩裂隙承压含水层组。
基岩风化带厚9.74m,岩性由泥岩、粉砂岩和中粒砂岩组成,呈褐黄、灰黄、灰褐色,顶部风化裂隙节理发育,岩芯破碎,风化程度自上而下逐渐减弱,风化裂隙被紫红、红褐色铁质侵染,钻进中未发现冲冼液漏失。
风化带以下到K6砂岩顶之间含水层,发育细、中粒砂岩13层,其单层厚0.6-8.61m,平均厚1.82m,裂隙发育,方解石脉充填,或裂隙内具方解石、黄铁矿薄膜。
报告提供该含水层组含水微弱,补给条件不良,易于疏干。
经简易抽水试验,该组含水层涌水量Q1=3T/h,其q=0.002L/s.m,K=0.0049m/d,水位标高-106.30m,矿化度0.74g/l,水质类型HCO3-Na型,PH值7.7。
3)K6砂岩段裂隙承压含水组
K6砂岩裂隙承压含水层组由灰色、灰白色、深灰色细、中粗砂岩组成,间夹泥岩、砂质泥岩,埋深(钻孔深)430.71-448.84m,456.40-459.42m,470.18-485.74m,且中粗粒砂岩纵向裂隙发育,裂隙中方解石脉充填具小溶孔,富水性好,但以消耗静储量为主,补给较差。
下部中粒砂岩岩芯完整,裂隙不甚发育,富水性较弱,矿化度2.53g/L,水温26℃,水质类型SO4-Na型,PH值8.1。
水位标高-110.07。
该段砂岩裂隙承压含水层段预计涌水量Q=119T/h。
4)K5砂岩由灰色浅灰色细、中粒砂岩组成,裂隙发育,岩芯较破碎,钻进中冲洗液有明显消耗,富水性好,但因地下水补给不良,迳流滞缓,以消耗静储量为主。
K5砂岩裂隙含水层,由两层组成,即钻孔深596.1-605.50m,624.45-638.18m,其预计涌水量分别为Q51=30T/h,Q52=115T/h,而K5总的预计涌水量Qk5=145T/h。
水温26℃,矿化度2.6g/L,水质类型SO4-Na型,PH值7.7。
水位标高-113.45m。
附含水层组涌水量预测表(钻孔深度)。
涌水
风化带
K6砂岩顶
K6砂岩段
K5砂岩段
596.10-605.50m
624.45-638.18m
M3/h
3
119
30
115
合计
145
第二章施工准备工作
第一节四通一平
一、交通运输
场外道路由甲方修建矸石路面,场区内道路由甲方修建矸石路面,路面宽3.5m,长200m。
二、供电
甲方在工业广场内提供6KV供电电源,我单位和冻结单位共同用一座6KV变电所,地面设置一台315KVA变压器一台进行低压供电,高压供电则直接从6KV变电所引出供各施工地点用电。
三、通讯
前期安装一门直拨电话与外界联系,随后设置一台24门程控交换机,通过直拨电话与外界联系,分机之间也可以相互联系,待矿方永久通讯系统形成后,利用永久系统与外部联系。
四、供水与排水
供水:
由矿方提供施工与生活用水。
排水:
在场区内修筑临时排水沟,场区内积水经临时排水沟排至外排水沟。
第二节临时设施工程和凿井措施工程
大临工程的设置应根据用途满足服务年限的前提下,尽量从简。
一、临时设施工程,见表2-1
临时设施工程一览表表2-1
序号
项目
技术特征
单位
数量
备注
1
办公室
3.5×
5.4×
20砖木
m2
354.6
2
职工宿舍
3.3×
5.7×
40砖木
752.4
澡堂
6.6×
2砖木
37.2
4
食堂
4砖木
87.12
5
锅炉房
37.6
6
更衣室
6.0×
6砖木
118.8
7
水泥库
3.8×
3砖木
59.4
8
材料库
9
料场
20×
600
10
火药库
35.64
11
门卫
1砖木
17.8
12
任务交待室
13
木工房
6×
19.8
14
设备棚
10×
10简易
100
15
厕所
3×
5×
2砖木
16
道路
矸石
m
200
17
临时贮水池
砖砌
m3
18
临时排水沟
300
二、措施工程见表2-2
凿井措施工程一览表表2-2
一
土建
压风机房
8.0×
4砖木
105.6
变电所
3砖木
机修、元车
5砖木
99
电工、铁工、电焊
矿灯房
1砖木
坑口锅炉房
稳车棚
4简易
400
井口十字桩
砼
信号房
2×
2简易
绞车房
砖木
320
绞车基础
280
稳车基础
177.51
井架基础
66
二
安装
绞车
2JK-3.5/20
台
井架
ⅣG
座
稳车
压风机
5L-40/8,4L-20/8
1,2
锅炉
1t
吊挂设施
套
第三节凿井设备、设施安装
一、凿井设备详见表2-3
二、凿井设施的安装
由于2JK-3.5/15.5绞车安装工期较长,为了不再设临时绞车提升,2JK-3.5/15.5绞车安装要和冻结单位钻孔施工同时进行;
在不影响冻结单位施工的前提下,尽可能多的完成各种稳车的安装,同时也应尽早完成压风机和变电所的安装任务,以集中力量来完成井架、天轮平台和翻矸平台的安装。
待试挖20m完成后,再进行三盘的吊挂。
第三章井筒施工方案
第一节井筒施工方案选择
根据风井井筒设计,井筒穿过187.8m表土层,15m基岩风化带和458.5m基岩段,根据永夏矿区的地质特征,对表土层和风化带拟采取冻结法施工方案,对正常基岩段采取普通凿井方案,优选施工方案如下:
一、冻结段施工方案
1、作业方式:
外层井壁采用短段掘砌正规循环作业,一般段高为4.0m。
2、掘进工艺:
一般采用人工挖掘未冻土,风镐挖掘冻土;
配合冻结尽量做到挖淌心;
当冻土扩入井帮2m以上时,考虑采用爆破法作业,根据冻土情况布置炮眼,采用弱药松动控制爆破,并同时制定冻结层安全爆破措施,严防崩断冻结管。
具体详见图4-1、表4-1、表4-2
3、筒形壁座网喷砼支护段选用防冻速凝剂,确保砼质量和施工安全。
4、采用J851早强减水剂配制早强施工砼,确保砼强度增长率大于冻结压力的最大增长率,防止外井壁压坏。
5、内层井壁采用液压滑模套壁和采用掺加JQ防裂密实剂砼,提高井壁的整体性和封水性。
6、内、外层井壁间依设计采用自上而下的夹层注浆法以期封堵井壁漏水。
二、基岩段施工
1、采用短段掘砌,正规循环作业,掘砌段高3.5m。
2、采用中深孔光面爆破。
详见图4-2、表4-3、表4-4。
3、过含水层采用探注、封堵综合防治水措施。
4、井壁浇注防裂密实砼,采用喷射防裂密实砼接茬,起分段封水的作用。
5、为了增强排水能力,防突水事故,除采取综合防治水措施,确定在410m位置左右的粉砂岩层(厚度7.5m)中设一腰泵房,接力排水。
三、机械化配套设备
本着技术先进、配套合理、保证施工安全和工程质量的原则,结合我公司的具体情况,装备机械配套设备作业线,即ⅣG型钢井架,2JK-3.5/15.5型提升绞车一台,3m3吊桶一套单钩提升,座钩式自动翻矸,FJD-6A型伞钻凿岩,HS-6型长绳悬吊抓岩机装矸,自动计量混凝土搅拌站,1.6m3底卸式吊桶运输砼,4.0m段高整体下行液压脱模金属模板砌壁,2台80DGL---75×
10型吊泵排水,激光指向仪指向。
配置一套混凝土自动计量搅拌站,配备两台强力搅拌机和自动上料、自动计量装置。
30KW对旋轴式风机、压入式风。
第二节凿井设备的地面布置及施工总平面布置
一、提升绞车的地面布置
地面安装一台2JK——3.5/15.5提升绞车,布置在井口南侧,距井筒中心46m.。
二、凿井绞车的地面布置
凿井绞车尽量四面对称布置,共13台稳车,分别悬吊吊盘、模板、吊泵、抓岩机、风水管、安全梯和放炮电缆。
具体布置方式见地面稳、绞车平面布置图。
图3-3
三、工业广场总平面布置
工业广场总平面布置详见附图3-4
第三节井筒布置
井筒布置一套3m3吊桶提升,两台吊泵,一台排水,一台备用,一套0.6m3大抓装矸,详见井筒平面布置图。
图3-5
第四章井筒施工
第一节冻结段施工
一、开挖条件
1、试挖条件
水文观察孔内的水位已有规律的上升并冒水;
测温孔的温度降至设计值,证实含水层的冻结壁已全部交圈;
按不同区段,不同地段的冻结速度及冻结壁的平均温度推算,在井筒掘砌过程中,每一岩层的冻结壁厚度和强度均能符合设计要求,即可开始试挖,试挖深度20m。
2、正式开挖条件
根据水文孔和测温孔的资料,确认全部含水层的冻结壁均已交圈,通过试挖证实冻结壁已有一定的厚度,按冻结扩展速度推算,不同深度的冻结壁厚度和强度均可适应掘进速度要求,井筒内三盘吊挂及凿井悬吊设备均已安装完毕,砼搅拌站也已完成安装,一切准备工作就绪后,即可正式开始。
二、锁口型式及施工
1、锁口形式:
据设计图纸风井井筒有7.5m的永久锁口,锁口净径φ5.6m,上口600mm采用砂浆料石砌筑,壁厚800mm。
下部根据永久锁口施工图进行施工。
2、锁口施工
在锁口施工前,应先将井架基础及各种设备基础施工完毕,而后开始施工临时锁口,由于风井井筒临时锁口较深为7.5m,应分两段施工,分段界限以静水位为准,上段用木模板自下而上施工完毕后,即开始立井架,安装天轮平台、翻矸平台。
下段临时锁口随后在井筒试挖前挖掘,用外壁下行刃脚模板浇注砼,临时锁口施工至井口5m位置时,要予留固定盘梁窝。
三、冻结段施工方法
1、冻结段井壁结构及工程量详见表4-1
2、挖掘方式
①冻土未进入荒径且距荒径500mm时,可采用分层、分区台阶式挖掘法,中心超前,人工挖掘。
②冻土进入荒径200-500mm时,全断面一次挖,风镐刷帮、人工装土,砂层粘土层可用抓岩机直接抓取。
③冻土进入荒径1000-2000mm时,可用多台风镐、风铲破土,对风动工具挖掘困难的岩土层、砾石层及砂层可考虑采取浅眼少装药的松动爆破进行破土,使用抓岩机抓土。
④全部冻实后,采用全断面控制爆破,YT-28风钻打眼,机械装土,具体详见图4-1、表4-2、表4-3。
⑤冻结风化岩采取全断面的钻爆法,眼深控制在2m以内,掏槽等用直眼掏槽,两掘一砌,段高3.5m。
⑥作业循环:
采用“四六”制,工序滚动作业方式,十八小时一循环,循环进尺3.5m,月进尺120m。
3、作业方式与掘砌段高的确定
冻结段外壁采用短段掘砌混合作业方式,掘砌段高取决于围岩的物理特性、冻结技术参数、施工方法及围岩暴露时间等因素,选择合理段高以保证施工质量和安全,根据以往冻结井经验,结合XX风井井径较小的实际情况,可根据冻结壁强度和位移实测结果调整模板高度,范围为3-4m。
4、外层井壁浇注
冻结段外壁砌筑采用可调下行组合式刃脚模板,模板有效高度控制在3-3.5m,采用在地面4台稳车悬吊,利用吊盘作砌壁工作盘。
采用1.6m3底卸式吊桶运送混凝土,吊盘上设分灰器分灰,经活节管入模,分区对称浇筑,分层分片专职用电动插入式强力振动器振捣,砼的入模温度不低于15℃。
工艺流程:
冻土挖掘→测量规格→稳牢找平刃脚模板→铺泡沫塑料板→绑扎钢筋→浇注刃脚砼→绑扎上部环筋→稳直筒模板→浇注直模砼→封口清理。
外层井壁设计砼标号300#-500#考虑到大宗土产材料与实验室选取的差异及施工中各种因素的影响,施工时混凝土的配制提高一级并加入适量J851型高效早强减水早强剂。
掺量为水泥的2.5%-3%。
砼配合比根据实验室提出的配合比进行配比及添加外加剂。
5、内层井壁浇注
外层井壁施工到205m的井筒壁座时,拆除刃脚模板,继续掘进至220m位置,此段采用锚网喷临时支护,在220m水平组装滑模,进行滑升作业。
内壁采用自动调平液压滑模,自下而上连续套壁,一直滑升到井口。
滑升速度以能满足施工需求和保证砼强度为准。
冰霜处理→外层井壁错台→接茬缝整修→绑扎钢筋→砼入模和震捣→模板滑升→井壁检查→喷雾洒水养护。
6、井壁夹层注浆
①注浆目的
a.充填内外壁间存在的缝隙,一般缝隙厚度为20-50mm。
b.充填外层井壁接碴缝及由于冻结压力产生的外壁裂。
②注浆时间
夹层注浆一般应在冻结壁解冻透水前进行,为了确保井壁夹层注浆效果,一定要准确把握夹层温度,当测定夹层部位温度达到2℃以上时,即可开始夹层注浆。
③浆液类型:
单液水泥浆;
④注浆方式:
上行式;
⑤注浆段高:
每5m为一段高;
⑥注浆参数:
孔数:
每圈5个,五花布孔,孔深:
进入外壁100mm,注浆压力:
终压P=H/100+1.3Mpa。
其中H为注浆位置的井深(m)。
浆液配比:
水灰比为1-0.75,水泥为新鲜525#早强硅酸盐水泥。
⑦跑浆处理:
提高浆液浓度或间歇注浆;
⑧注浆泵选用QZB50/60型;
⑨注意事项:
a.注浆前必须进行压水试验,用30-40℃的清水清洗裂隙,融化冰霜,增强可灌性,水压为注浆终压;
b.选择最佳注浆时间,调整好浆液浓度,控制注浆量。
c.注浆过程中要随时检查井壁情况。
第二节正常基岩段施工
一、基岩段井壁结构及工程量详见表4-4。
二、基岩段施工:
采用短段掘砌混合作业,掘砌段高3.5m。
2、施工方法:
采用中深孔爆破,正常基岩段眼深4.0m,使用JD-6A型伞钻凿岩,长绳悬吊抓岩机,采用3.5m高的整体下行式刃角金属模板,地面四台稳车悬吊。
3、凿岩爆破:
选用直眼掏槽,炮眼直径55mm,SYG-2型岩石水胶炸药,1-5段毫秒延期电雷管。
脚线长5m,380V交流电源起爆,联线方式为串并联,详见爆破图表。
4、装岩:
采用长绳悬吊抓岩机,配备0.6m3抓斗。
5、井壁砌筑:
基岩段落设计为单层素砼,标号为450#,为提高砼的密实性和堵水性,在砼中添加1%的JQ型防裂密实剂。
6、循环作业:
见循环图表
7、基岩段探水注浆:
坚持“有疑必探”的原则对各含水层进行先探后掘,有水即按治水方案进行。
三、临时腰泵房的设置:
为确保井筒排水,提高排水效率,决定在410m深的位置上设一腰泵房,该段岩层为粉砂岩厚度为7.54m,较稳定,当井筒掘至该位置时,先施工该腰泵房,规格为净宽3m,净高3m,离井筒有2.5m长平台,然后是3.5m倾角为60°
斜坡水仓,采用短掘进的施工方法,人工向外出矸,支护形式为锚网喷联合支护,喷厚120mm,锚杆长1.6m,间排距600×
600mm。
第三节井筒防治水方案
依据井检孔柱状风井井筒施工地质、水文地质概况,施工通过四个含水水组预计涌水量的大小,依据《煤矿建设安全规定》(试行)1997年版本,P83页第27条:
“在斜、立井井筒施工过程中,永久排水设施未形成之前,对穿过的主要含水层(段),必须采取探、堵水的施工措施。
”第278条:
“对新建矿井基岩段施工,应实现安全、快速、打干井的施工目标,并应根据井筒涌水量预计资料中的涌水量数据,选择不同的施工方法和治理方案:
一、单层涌水量小于10m3/h的含水层段,可采取强行通过的施工方案;
二、单层涌水量超过10m3/h的含水层段,应采取预注浆堵水措施;
三、……;
四、若立井井筒整个基岩段,预计的单层涌水量虽然超过10m3/h,但含水层数少,且层段又较分散,应采取工作面预注浆或短探、短注、短掘的施工方案。
”P85页第286条:
“在井巷工程施工期间,遇到下列情况之一者,必须坚持有疑必探的原则,并于排除水患因素之后,再行施工:
一、井巷工程要穿过主要导水断层破碎带;
二、井巷工程临近岩溶富水地段;
三、井巷工程要穿过煤系地层主要含水层段;
依据上述条款对风井井筒所穿含水层探,堵水方案如下:
1、探水方案
1)对井筒所穿第一含水层段即第三、四系孔隙承压含水层及基岩风化带含水层,因施工采取冻结法施工,凿井作业时不考虑探水方案。
2)对井筒所穿第二、三、四砂岩含水层组,除K6、K5砂岩裂隙含水层外的砂岩含水层约有19层,厚度0.6-8.61m,一般为2.0m左右,大于3.0m约为5层,分布较为分散,依据《报告》提供水文地质特点,其探水方法采用井筒施工时掘进放炮的钻孔进行短探的探水方法。
3)对K6、K5砂岩裂隙含水层即:
K6:
(钻孔深度)430.71-448.84,454.80-459.42,470.18-485.74m。
K5:
(钻孔深度)596.10-605.50,624.45-638.18m。
含水层组《报告》提供涌水量分别为:
Qk6=119.0T/h,Qk5=145T/h,水头高程分别为:
-110.07m,-113.45m。
含水层岩性均由细、中粗粒砂岩组成,岩芯破碎纵向裂隙发育,含水丰富,埋藏深,水头压力高。
当风井井筒施工所穿的主要含水层,其探水方法在井筒施工工作面浇筑砼止浆垫,采用钻探施工法进行探水。
4)对钻孔深647.70m-679.49m。
巨厚细粒砂岩层段,钻进中在该段冲洗液没有明显消耗现象,但依据该层岩芯岩性描述,局部具裂隙,加之埋藏深、厚度大,排水难度大的特点,为保证安全施工,该层采取控制搜索性探水,其探水方法采用钻探施工法。
2、注浆方案
依据风井井筒地质、水文地质及砂岩裂隙含水层的赋存状态、涌水量、含水层厚度、水头压力、岩体构造发育状态、富水性、补给性,采取如下注浆堵水方案:
1)井筒所穿第一含水层组地层因采用冻结法施工,注浆堵水采用井壁夹层注浆堵水方案。
2)对第二、三、四含水层组中除K6、K5砂岩裂隙含水层外的细砂岩含水层,其含水层间隔较大,层间间隔不同厚度的泥岩、砂质泥岩隔水层,依据这一层位赋存特点,采用工作面短探、短注、短掘直接堵漏注浆施工方案。
即依据工作面掘进钻孔孔内的涌水量若小于10T/h时,采用直接强行通过,并集中导水,壁后封堵的注浆方案;
若孔内涌水量大于10T/h时,采用工作面短探、短注、短掘直接堵漏注浆方案。
3)因K6、K5砂岩裂隙承压含水层,涌水量大、水头压力高、富水性好的特点,对K6、K5含水层组采取工作面深孔超前探水预注浆堵水方案,依据K6、K5砂岩裂隙承压含水层纵向裂隙发育、节理发育的特征,为获得较好的探水注浆堵水效果而采用多孔探水、孔内爆破注浆方案。
4)对钻孔深647.70m-679.49m巨厚细粒砂岩层段采取小孔控制搜索性探水,并依据探水孔孔内的涌水量的大小选择不同形式的注浆形式,即若孔内涌水量小于10T/h时,采用短探、短注、短掘方案。
若孔内涌水量大于10T/h时采以补加孔超前预注浆方案。
3、工作面超前探水预注浆参数
1)依据砂岩纵向裂隙发育的特点,超前探水注浆孔布置在井筒净直径内0.5m的圈径上。
超前探水预注浆。
浆液性质选择单液水泥浆,水灰比
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