立井工作面預(yù)注漿施工探討

余　興（湖南核工業(yè)建設(shè)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410003）

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立井工作面預(yù)注漿施工探討

余興（湖南核工業(yè)建設(shè)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410003）

在雙柳煤礦郭家山風(fēng)井井筒施工過(guò)程中，采用了工作面預(yù)注漿的技術(shù)，以封堵太原組灰?guī)r含水層水，同時(shí)加強(qiáng)井壁圍巖的強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期效果，確保了井筒施工的順利進(jìn)行。在此重點(diǎn)說(shuō)明本次注漿的施工方法、注漿效果，以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)。

井筒；含水層；斷層破碎帶；工作面預(yù)注漿

1　井田水文地質(zhì)情況

1.1含水層

奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r含水層（巖溶充水礦床），巖性以石灰?guī)r為主，次位泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r及石膏帶，發(fā)育少量白云質(zhì)灰?guī)r及泥巖。據(jù)資料：峰峰組巖溶發(fā)育淺埋區(qū)強(qiáng)于深埋區(qū)，但存在明顯的不均衡性，馬家溝組富水性強(qiáng)于其上峰峰組。區(qū)內(nèi)奧灰水向東南經(jīng)流，至柳林泉排泄，水位標(biāo)高802.8m，高于井田內(nèi)各煤層至少100m，是雙柳礦井潛在的水患威脅因素，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)極具威脅。

太原組灰?guī)r含水層（為裂隙沖水礦床）：由L1～L5石灰?guī)r組成，總厚20～30m，受露條件限制，淺部富水性較強(qiáng)，深部富水性較弱，溶孔呈孤立狀，連通性差，主要富水層為L(zhǎng)4、L5石灰?guī)r含水層，地下水由東向西緩慢運(yùn)移，水位標(biāo)高718.95～833.01m，單位涌水量0.016L/s·m，水力坡度2%。

二疊系列砂巖含水層（為裂隙沖水礦床）：主要由細(xì)-粗砂巖（K3～K8）層組成，生產(chǎn)揭露證實(shí)：富水性極不均衡，通常淺埋區(qū)強(qiáng)于深埋區(qū)，厚度變化較大，由于節(jié)理裂隙被方解石脈所充填且厚度不夠穩(wěn)定，故水力連通差，富水性弱。據(jù)資料（133水文孔）：?jiǎn)挝挥克?.082～0.089L/s·m，水位標(biāo)高754.7～776.6m，地下水向西經(jīng)流。

1.2隔水層

上組煤：由4#煤底板至奧灰?guī)r石頂板界面，巖性以砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖為主，夾1～5層灰?guī)r，平均厚度約147m。

下組煤：由9#煤底板至奧灰?guī)r頂板界面，巖性以砂質(zhì)泥巖為主、夾泥灰?guī)r、砂巖，平均厚度約60m。

2　注漿方案設(shè)計(jì)

2.1井筒施工情況

郭家山回風(fēng)立井在施工過(guò)程中，由于礦方提供的水文地質(zhì)資料不全，加之石灰?guī)r裂隙發(fā)育，含水情況不詳。井筒穿過(guò)3+4#煤層后，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)柱狀圖得知，井筒下部施工將穿過(guò)三層段高不等的太原組石灰?guī)r和8、9#煤層。因8、9#煤層又不是現(xiàn)階段開(kāi)采可利用煤層，故對(duì)該煤層瓦斯含量，壓力及其它相關(guān)參數(shù)均不了解，當(dāng)井筒施工至420m左右時(shí)，井下涌水突然增大，達(dá)28m3/h，致使施工無(wú)法進(jìn)行。

2.2井筒工作面進(jìn)行預(yù)注漿的目的

在井筒工作面進(jìn)行預(yù)注漿的目的，是封堵太原組灰?guī)r含水層水，同時(shí)加固井壁圍巖，保證井筒能夠順利的施工。

2.3注漿段高

井筒的工作面的預(yù)注漿段為54.5m （井深為420～474.5m段），需在該段范圍內(nèi)有效進(jìn)行合理的布孔，并確定注漿孔數(shù)。

2.4注漿孔的布置

井筒凈直徑為7m，注漿孔的布置圈徑為6.5m，均勻布置的注漿孔有8個(gè)，同時(shí)在井筒的中心布置了9號(hào)孔，作為檢查孔、注漿孔。

布置見(jiàn)圖1。

圖1　注漿孔布置示意圖

2.5注漿原料

注漿原料選用新鮮水玻璃和525號(hào)普通硅酸鹽水泥。水玻璃模數(shù)為3.2，濃度為40波美度。

2.6注漿參數(shù)

2.6.1注漿的壓力

注漿時(shí)的初壓應(yīng)該大于靜水的壓力；終壓應(yīng)該為2倍的靜水壓力，應(yīng)取10MPa左右。

2.6.2漿液有效的擴(kuò)散半徑

漿液有效的擴(kuò)散半徑應(yīng)取6～7m為宜。

2.6.3漿液的注入量

漿液的注入量往往依據(jù)孔內(nèi)情況來(lái)判斷，預(yù)計(jì)單孔的注入量應(yīng)為90m3。

2.7單孔注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：?jiǎn)慰鬃{的終壓達(dá)到8MPa，注漿的終量小于40L/min。

3　注漿施工

3.1澆筑止?jié){墊

本次設(shè)計(jì)的止?jié){墊是單級(jí)平底型，止?jié){墊的厚度為4m，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)≥C30。在止?jié){墊以上的1.5m段的井筒荒徑擴(kuò)大800mm，在澆筑混凝土的止?jié){墊時(shí)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)的位置與角度來(lái)預(yù)埋孔口管。止?jié){孔的孔口管采用φ133mm的無(wú)縫鋼管制作，無(wú)縫鋼管上應(yīng)附焊16mm的鋼筋螺紋擋圈，在孔口安裝159mm的法蘭盤。

3.2注漿孔鉆進(jìn)

鉆孔采用TK150型號(hào)的鉆機(jī)來(lái)鉆注漿孔。針對(duì)不同巖層的情況，分別選用PD鉆頭、75mm型潛孔錘和75mm型三翼鉆頭，以便加快鉆進(jìn)速度。

3.3注漿作業(yè)

注漿泵應(yīng)選用HFVIC型高壓大容量雙缸雙往復(fù)式活塞泵。這種泵的主要特點(diǎn)是可以任意調(diào)節(jié)注漿量和注漿壓力的大小，并可自動(dòng)控制漿液的注入量。注漿站設(shè)計(jì)在吊盤上；敷設(shè)兩路高壓膠管作為輸漿管，一端接入注漿泵，另一端經(jīng)過(guò)混合器和注漿孔處高壓閘閥連通。注漿的工藝如下：

（1）注漿前應(yīng)把吸漿籠頭先放入吊盤上清潔的水箱內(nèi)，關(guān)閉孔口的進(jìn)漿閥，開(kāi)啟混合器的泄?jié){閥，檢驗(yàn)注漿泵的管路是否暢通及工作情況是否良好。

（2）打開(kāi)孔口的進(jìn)漿閥，關(guān)閉孔口的泄?jié){閥，然后逐漸減少孔口的流量，先用清水作以此耐壓試驗(yàn)，大于終壓的0.5MPa即可視為合格。

（3）在注漿前，應(yīng)首先注入足量的清水，等待15min左右；待一切顯示正常后，可以開(kāi)始進(jìn)行正式注漿。在注入雙液漿時(shí)，在水泥漿桶內(nèi)放入一個(gè)吸漿籠頭，水玻璃桶內(nèi)放入另一個(gè)吸漿籠頭，然后適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)吸入量，注漿泵會(huì)自動(dòng)控制玻璃漿液和水泥漿液的比例，然后在混合器中通過(guò)兩個(gè)輸漿管道將漿液輸送混合后，注入到注漿孔內(nèi)。待注漿過(guò)程結(jié)束后，把吸漿籠頭放置在清澈的水池中，打開(kāi)注漿器的泄?jié){閥，同時(shí)關(guān)閉進(jìn)漿閥，利用清水多次沖洗混合器及注漿管路。注漿時(shí)，依據(jù)鉆孔出水的情況來(lái)決定起始漿液的濃度。采取先稀后濃，然后逐漸調(diào)節(jié)的方法。首先注入單液漿，然后注入雙液漿。

3.4注漿情況

由于本次的工作面的預(yù)注漿的關(guān)鍵目的是封堵住太原組灰?guī)r含水層，同時(shí)對(duì)井壁圍巖進(jìn)行加固。注漿孔完全穿過(guò)了太原組灰?guī)r含水層，測(cè)得 3#孔的涌水量達(dá)28m3/h，因此對(duì)該孔進(jìn)行了注漿加強(qiáng)，其單孔注入的水泥量達(dá)了6.23t；其它各孔均一次性鉆至終孔的位置，因涌水量并不大，就分別對(duì)其他孔進(jìn)行了注漿。待其他孔的注漿過(guò)程結(jié)束后，又對(duì)3#孔進(jìn)行重復(fù)鉆探，檢驗(yàn)得涌水量為14m3/h，故而又對(duì)其進(jìn)行了一次注漿，在單孔注入水泥的量達(dá)6.78t。注漿結(jié)束后，1～6孔進(jìn)行反復(fù)掃孔然而到底未見(jiàn)涌水，所以9號(hào)孔（檢查孔）并未進(jìn)行施工（見(jiàn)表1）。

表1　雙柳煤礦郭家山風(fēng)井工作面預(yù)注漿工作量及水泥消耗量

4　注漿效果

采用上面所述的注漿參數(shù)好布孔方法，對(duì)井筒進(jìn)行工作面的預(yù)注漿結(jié)束后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，涌水量為3m3/h，達(dá)到了預(yù)想的注漿效果。從實(shí)際施工揭露的巖層情況來(lái)看，在太原組灰?guī)r含水層裂隙中充填近20mm厚的水泥漿，裂隙封堵的效果良好。在工作面預(yù)注漿時(shí)，井筒上部20m范圍內(nèi)的井壁接茬縫處多處跑漿，經(jīng)采取調(diào)整漿液濃度和間歇注漿等一系列的措施后，終于解決了這一問(wèn)題，并為以后解決類似的立井經(jīng)過(guò)豎向裂隙發(fā)育的含水層的問(wèn)題提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)參考。3號(hào)孔鉆進(jìn)時(shí)出水量較大，經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果表明，涌水中有風(fēng)化帶水和太原組灰?guī)r水的存在，所以推斷是由于斷層影響所致。因?yàn)楫?dāng)時(shí)利用了加強(qiáng)注漿的措施，在之后平巷施工時(shí)沒(méi)有發(fā)生出水現(xiàn)象，說(shuō)明本次注漿措施對(duì)太原組灰?guī)r水以下的構(gòu)造的封堵結(jié)果也較好；還加強(qiáng)了對(duì)井壁圍巖，一舉兩得，有利于維護(hù)后期礦井的施工安全。

5　結(jié)束語(yǔ)

在注漿造孔時(shí)選用PDC鉆頭，比以往所采用的三翼鉆頭效果要更好，用PDC鉆頭能加快硬巖的鉆進(jìn)速度，今后應(yīng)該重點(diǎn)推廣和應(yīng)用。關(guān)于注漿效果與注漿量的關(guān)系，人們常常只從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)考慮，盲目的控制注漿量的大小，若從注漿經(jīng)濟(jì)技術(shù)的角度來(lái)考慮，還可采用加大漿液濃度和間歇注漿等措施。在注漿過(guò)程中，應(yīng)該始終堅(jiān)持將各孔注漿的終壓均應(yīng)達(dá)到理想設(shè)定值，注漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)足夠的做法，盡管漿液的注入量變大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，但注漿效果良好，井筒施工速度快，結(jié)果反而減少了投資，縮短了工期，獲得了效益。因此保證一定的漿液注入量和充足的注漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間，是保證注漿達(dá)到預(yù)期效果的必要條件之一。在裂隙發(fā)育的巖層破碎帶施工，采用注漿的方法來(lái)加固巖層，提高巖層的穩(wěn)定性，可以有效的避免井壁坍塌事故的發(fā)生，提高井筒掘進(jìn)的速度，保證建井的施工安全。

［1］鄺健政.巖土注漿理論與工程實(shí)例［M］.北京，科學(xué)出版社，2010，120，

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［3］李再朋.立井工作面預(yù)注漿施工［J］.建井技術(shù)，2013，34（1）：16～17.

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余 興（1977-），男，工程師，大專，主要從事礦山建設(shè)工作。

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2095-2066（2016）10-0084-02

2016-2-20