摘 要:寧夏回族自治區(qū)靈武市紅柳煤礦一號副立井含水段井筒涌水量為216m3/h,采用工作面預注漿法施工一次性注漿成功達到預期效果。
關鍵詞:預注漿 化學漿液 科學施工
中圖分類號:TD262.62文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)09(a)-0132-02
紅柳煤礦一號副立井隸屬神華寧夏煤業(yè)集團公司,位于寧東基地鴛鴦湖礦區(qū),設計生產(chǎn)能力為800萬t/年,由寧夏煤炭設計研究院設計。采用普通鑿井法施工,井筒直羅組下段含水層采用工作面預注漿法施工。
1 地質(zhì)和水文地質(zhì)概況
根據(jù)寧夏煤炭勘查院提供的紅柳一號副立井井筒預想柱狀圖可知:該段是區(qū)域性強含水層,含水段總厚度73m(起止深度340~413m)。巖性主要為灰白、灰褐、淺紅色夾紫斑的細、中、粗粒砂巖,局部夾薄層粉砂巖和泥巖,局部含礫;砂巖的成熟度較低,分選性差,接觸式膠結(jié)為主。底部為一厚層灰白、淺紅色含礫石英長石粗砂巖,砂巖底部含石英小礫石,泥質(zhì)膠結(jié)、顆粒支撐,膠結(jié)程度較差。
2 注漿施工工藝
2.1 注漿方案
根據(jù)含水層的深度、厚度及巖性,結(jié)合以往注漿經(jīng)驗,采用預留巖帽和止?jié){墊聯(lián)合受力,進行注漿堵水,可將該段順利通過。漿液類型采用水泥單液漿和化學漿液。止?jié){墊設計厚度為4.5m,止?jié){墊砼強度設計為C40,配合比按照試驗室試配實驗結(jié)果進行。在人工砌筑止?jié){墊前預埋無縫鋼管作注漿孔口管,注漿孔口管數(shù)設計為30個,檢查孔5個,共計35個。用MK-4型液壓鉆機在工作面止?jié){墊上施工注漿孔,在地面井口棚內(nèi)設注漿站,通過地面XPB-90E型注漿泵和井壁吊掛無縫鋼管,將地面攪拌好的單液水泥漿液、化學漿液經(jīng)注漿孔壓入到含水層裂隙、孔隙中。
2.2 注漿深度
掘進340m后停止掘進施工澆注止?jié){墊,即井深340m處打注漿鉆孔,原則上鉆孔穿透含水層并進入隔水層10m即井深413m。具體鉆孔深度為注漿前現(xiàn)場打鉆孔實測深度為準。
2.3 注漿壓力
注漿壓力為工作面表壓力,壓力取8.2~12.2MPa。前期封堵大裂隙,注漿取低值;后期針對小裂隙,注漿取高值。
2.4 注漿孔數(shù)及布置
根據(jù)該段含水層裂隙、孔隙的特點。工作面布置35個孔,分兩圈布孔,外圈30個孔,距井中半徑為3.25m,孔徑φ133mm,單號孔15個,徑向角2.8°,終孔位置超出井筒荒經(jīng)2.35m。雙號孔15個,徑向角3.2°,終孔位置超出井筒荒經(jīng)3m。內(nèi)圈5個孔,孔徑φ133mm,角度為垂直布置,距井中半徑1.6m,均勻布置??紤]到吊桶下到井底工作面,鉆孔位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行適當調(diào)整。注漿孔的數(shù)量,應根據(jù)現(xiàn)場注漿壓力、注入量等參數(shù)綜合評價后進行增減。
2.5 鉆注順序
首先注外圈眼孔,按照施組注漿先堵大裂隙原則,每次鉆注兩孔先注奇數(shù)孔,注漿孔鉆注順序先從1#孔,15#孔對稱鉆進,15#孔超前1#孔10m。待鉆孔結(jié)束,注入水泥單漿液后,鉆注3#、17#,依次類推鉆注其它孔,接著施工偶數(shù)孔(檢查孔)。2#、16#鉆進78m根據(jù)涌水量情況注水泥單液漿。按次序施工其它檢查孔,全部注漿結(jié)束后掃孔1#,15#組孔檢查注漿效果,根據(jù)現(xiàn)場注漿量、注漿壓力變化及時調(diào)整注漿配比,當注漿孔難以注入漿液,壓力上升快,并且涌水量通過掃孔后減小不大,單孔涌水量小于10m3/h,則考慮采用化學漿液注入,當注入化學漿液后單孔涌水量減少到1m3/h以下時,則對檢查孔進行鉆進,從而檢查井筒涌水量。待5個檢查孔注入化學漿液后,單孔涌水量小于1m3/h時,注漿方可結(jié)束。
2.6 注漿孔數(shù)及孔口管設計
根據(jù)各含水層的水文地質(zhì)條件、井筒特征、類似工程的施工經(jīng)驗計算出含水層的注漿孔數(shù)。
①注漿孔的孔數(shù)按下式計算:N=π(D-2A)/L,式中,D—井筒凈徑(7.5m);A—注漿孔與井壁距離(0.85m);L—注漿孔間距(取0.6m),計算得出N=30個。
②孔口管設計??卓诠荛L度按下式計算:L=λpd0/4fτ,式中,λ—超載系數(shù)(取1.3);p—注漿終壓(取12MPa);d0—孔口管外徑(0.108m);f—工作條件系數(shù)(取0.7);τ—管材與砼或水泥結(jié)石的粘著強度(0.14MPa),計算得出L=4.29m,孔口管高出砼面0.7m,考慮到0.8m濾水層和埋入底板3m,設計孔口管長度為9.0m??卓诠芤?guī)格取Φ108mm×6mm無縫鋼管,孔口管上部焊接法蘭盤以便連接注漿閥。
2.7 濾水層設計
濾水層厚度計算公式如下:A=Q/3.14βr2+0.25;其中Q=tq,式中,A—濾水層厚度(m);r—井筒荒半徑(4.35m);β—碎石層的孔隙率(取55%);Q—停泵時間內(nèi)涌水量(m3);q—井筒涌水量(0.4m3/min);t—停泵時間(取t=15min),經(jīng)計算得出:Q=6m3,A=0.43m,由此可知,濾水層厚度0.43m,但根據(jù)施工經(jīng)驗,濾水層厚度取0.8m。預留巖帽若沒有滲水,則不需要施工濾水層。若有滲水,則按水量設計濾水層的厚度。其預埋注漿管的長度、濾水管的長度也應相應調(diào)整。
3 漿液選擇
漿液類型采用水泥單液漿和化學漿液
3.1 水泥漿
注漿材料選擇PO42.5R普通硅酸鹽水泥,存放日期不超過3個月,水玻璃模數(shù)2.8~3.4,濃度38~40Be,見表1。
每次注漿的初始濃度,根據(jù)壓水試驗測定的單位鉆孔吸水量選擇。見表2。
每個鉆孔注漿時,初注用濃漿,復注時逐漸降低漿液濃度。但每次注漿時,一般先稀后濃,當漿液在裂隙沉析、充填階段時,若壓力不升進漿量也不減時,應逐漸加大濃度。反之,若壓力上升快,減量也快,此時為保證足夠的注入量,應依次降低漿液濃度。每更換一次漿液濃度,一般持續(xù)20min。
3.2 化學漿液
注入脲醛樹脂溶液(甲液)+草酸溶液(乙液),甲∶乙(體積比)為1∶0.5~1∶0.3。調(diào)整乙液的濃度,可以得到設計的凝固時間。實際使用時,初凝時間應為20~30min,當進漿量大,且壓力上升慢時,應適時的增加乙液的濃度,用小量杯試驗,使?jié){液初凝時間調(diào)為15min左右(初凝的指標為量杯呈45°時,漿液不流動),這樣壓力上升較快。乙液溶液配比見表3。
施工方案采取短注短掘,根據(jù)巖性、鉆孔涌水量、打鉆及排水設備能力等綜合考慮,采取以下方案:前期注漿過程中由于巖層中存在一些大的裂隙,漿液隨著壓力的推動下行進入天然節(jié)理和大裂隙封堵水系,含水層中的大裂隙已經(jīng)利用普通水泥封堵,其中微小裂隙以及孔隙水,普通水泥漿液已經(jīng)無法注入,由于圍巖為軟弱地層泥巖,具塑性,滑面,整體穩(wěn)定性差,在注漿泵壓力推動下,必然要流入軟弱結(jié)構面或薄弱地帶。需大劑量的水泥漿液去充填加固圍巖,造成注漿量消耗增大,故采用水泥漿-水玻璃雙液漿進行加固軟巖,經(jīng)多次鉆注情況看,只有分層段反復掃注,把上段的軟弱地層全部加固成“硬殼”后,方可具備高壓注漿堵水的條件。結(jié)合實際情況,采用脲醛樹脂注漿材料進行封堵、加固。采取高壓力、小流量進行注漿加固,達到充填細小裂隙和孔隙水的目的。
4 注漿效果
根據(jù)后期注漿地層屬于孔隙水和微裂隙水的情況,應選用小流量小壓力的注漿方式進行注漿,注漿壓力,單液漿控制4MPa以內(nèi),雙液漿控制在10MPa以內(nèi);當注漿壓力升高過快,應調(diào)低注漿流量,降低注漿壓力保持注漿繼續(xù)進行。從現(xiàn)場施工情況看,各孔的注漿壓力均以達到設計要求。單孔涌水量隨之大減,實測在0.24~0.6m3/h之內(nèi),達到預注漿堵水目的。
5 結(jié)語
紅柳煤礦一號副立井含水層工作面預注漿雖然歷時較長,但相對寧東地層來說,這也是一個嘗試性的研究課題,通過我們科學管理、認真細致的開展此項工作,表明了以巖石成熟度低、微裂隙和孔隙水為主的西北地層的可注性,并且完全能夠達到預注漿的目的。
參考文獻
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