凍結(jié)管穿馬頭門注漿加固技術(shù)研究

孔慶杜

摘要：地面凍結(jié)管施工結(jié)束后，未進行置換注漿，多根凍結(jié)管直穿井下馬頭門頂板，凍結(jié)地層化凍時地表水會通過凍結(jié)管流入井下，造成馬頭門破壞甚至造成垮塌和淹井事故。本文主要針對以上情況進行的構(gòu)件加工制作，特別是分層分段進行注漿技術(shù)的有效實施，避免凍結(jié)管化凍對馬頭門造成淹井、垮塌事故。

關(guān)鍵詞：地面凍結(jié)管穿井下馬頭門；設(shè)計加構(gòu)件工；分層分段注漿

1、概況

紅一煤礦建設(shè)規(guī)模2.4Mt/a，工業(yè)廣場內(nèi)設(shè)主、副、風(fēng)三個井筒，井筒凈直徑分別為6.0m、8.0m、6.0m，井筒設(shè)計深度分別為478m、477.765m和457.5m，穿過第四系及古近系深度分別為359.1m、361.2m和363.89m，三個井筒均采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度分別為412m、432m和455m。

根據(jù)井壁結(jié)構(gòu)圖可知，風(fēng)井基巖段凍結(jié)段高為112m，而根據(jù)井筒檢查孔報告分析，井筒基巖段揭露地層巖性主要為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，巖體裂隙發(fā)育，含水豐富。對于基巖段的凍結(jié)孔，在凍結(jié)壁解凍后，凍結(jié)孔的管壁環(huán)形空間將形成上下串通的導(dǎo)水通道，特別是風(fēng)井外排凍結(jié)管穿過馬頭門，這樣承壓水將通過導(dǎo)水通道滲、涌入馬頭門兩側(cè)巷道和井筒，進而影響井筒正常提升，甚至造成淹井。因此，針對紅一煤礦風(fēng)井基巖段凍結(jié)壁正面臨即將解凍和正在解凍的時期，采取對凍結(jié)孔管壁環(huán)形間隙形成的導(dǎo)水通道在凍結(jié)壁解凍期進行注漿。

2、工程地質(zhì)與水文條件

2.1、工程地質(zhì)條件

根據(jù)風(fēng)井井筒檢查孔資料和基巖段施工實際揭露巖性分析，揭露地層屬于石炭系土坡組（Ct），巖性主要以泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖為主，下部以灰黑、黑色泥巖為主。從各巖層RQD值和實際巖樣分析，揭露段巖性完整性較差，巖體較破碎，裂隙發(fā)育。各種巖性的巖石抗外力和抗變形能力一般，易坍塌，遇水易軟化，為不穩(wěn)定～弱穩(wěn)定性巖體，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。裂隙可能連通上下含水層，形成上下含水層的通道，富水性強、導(dǎo)水性好。

2.2、水文條件

紅一礦井田內(nèi)無常年性地表水體，分析認(rèn)為地表水對井筒的充水影響不大。古近系含水層、石炭系土坡組砂巖含水層對井筒充水影響較大。凍結(jié)壁解凍后，隨著馬頭門兩翼巷道不斷掘進和硐室的開挖，掘進對上部裂隙巖體造成的多次擾動可能會使上下含水層之間水力聯(lián)系加強，承壓水通過導(dǎo)水通道和裂隙會造成掘進工作面涌水量增大，進而對巷道掘進造成影響，造成大的損失。

通過井筒檢查孔和施工資料分析，凍結(jié)壁解凍后，凍結(jié)孔、管環(huán)形間隙導(dǎo)水以及基巖段井筒和馬頭門滲、漏水的威脅主要來自古近系及基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙含水層和石炭系土坡組砂巖裂隙孔隙含水層。

3、具體方案

3.1由于凍結(jié)段施工結(jié)束時，未從地面進行置換注漿，凍結(jié)管直穿井下馬頭門巷道頂板，化凍時地面水會通過凍結(jié)管流入井下，對馬頭門頂板形成破壞，甚至造成馬頭門垮塌和淹井事故。

3.2等井筒掘砌到底后，進行馬頭門掘砌施工，施工超過凍結(jié)管位置后，對整個馬頭門進行混凝土永久支護。

3.3、在澆筑混凝土施工前，在凍結(jié)管下口安設(shè)三角型凹槽，上口緊貼凍結(jié)管下口，下口用直徑50mm的無縫鋼管焊接，一頭車絲扣，澆筑混凝土?xí)r埋設(shè)在混凝里，帶絲扣一頭留出混凝土外部。

3.4、永久支護后，由于混凝土養(yǎng)護期間熱量散發(fā)，會對整個馬頭門周邊凍結(jié)圍巖造成最先化凍，根據(jù)預(yù)留觀測孔（直徑50mm預(yù)留孔）進行化凍觀測，化凍時開始對馬頭門進行壁厚注漿加固；

3.5、馬頭門加固施工結(jié)束后，開始從馬頭門上部井筒內(nèi)進行造孔對井筒四周凍結(jié)管進行深孔注漿加固。

4、壁后深孔注漿方案

4.1、注漿段高及注漿范圍

由風(fēng)井凍結(jié)孔布置平面及剖面圖4-1可知，采用全深凍結(jié)時，外圈單號孔共有21個凍結(jié)孔達到深度為455.0m，其中位于雙層井壁壁座和馬頭門之間共有34.5m，凍結(jié)孔離井壁內(nèi)緣設(shè)計距離為5.85m，開孔間距為2.412m。

實際施工中共有7根外圈凍結(jié)管穿過馬頭門，分別為W1、W3、W19、W21、W23、W39和W41，具體位置如圖4-2所示，因此確定注漿段為壁座底至馬頭門頂板，共計34.5m。為有效封堵凍結(jié)孔的管、壁環(huán)形間隙，注漿孔深應(yīng)超過外排凍結(jié)管一定范圍，結(jié)合注漿封水設(shè)計理論和凍結(jié)孔鉆孔偏斜情況，設(shè)計本次注漿孔深為8m，如圖4-3所示

4.2、注漿孔布置

共設(shè)計6排注漿孔，排間距5.0m。每排布置8個孔，共設(shè)計注漿鉆孔48個，上下排錯孔布置，如圖4-4～圖4-5所示。

4.3、注漿材料選擇

擬定先采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，以單液水泥漿為主，水灰比1：0.7～1：1，先進行試注，根據(jù)注漿效果（如注漿量?。┛紤]改用超細(xì)水泥漿液，水泥-水玻璃雙液漿為輔。

4.4、注漿量

4.6、孔口防噴、防突裝置

由于基巖段各含水層屬于承壓含水層，因此進行破壁鉆孔作業(yè)時，壁后瞬時水壓有可能較大，為防止鉆孔在鉆進過程中突然發(fā)生噴渣、突水事故，在注漿孔孔口管上需要安裝孔口密封防噴、防突裝置，可采用圖4-6所示的防突裝置孔口密封裝置。

5、結(jié)語

5.1、本次注漿施工共用了380噸水泥、25噸水玻璃，該井筒已施工結(jié)束2年多，通過這次注漿施工，紅一風(fēng)井馬頭門及以上井筒段至今無滲水情況，注漿效果明顯；

5.2、為其它類似工程積累了寶貴的施工經(jīng)驗。