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主立井井筒工作面预注浆技术应用

日期：2015-7-17 15:09:58　来源：转载　浏览数：
　

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1· 概述
    矿井主立井设计永久锁口标高+ 1042. 5m，井筒净直径6. 5m，井深948. 5m，井筒净断面33. 17m2。其中，表土及基岩风化带设计深度63. 5m，标高+ 1042. 5 ～ + 979. 0m;基岩段深度885m，标高为+ 979. 0 ～ + 94. 0m。目前井筒掘进工作面在井深25m 位置，标高为+ 1017. 5m，围岩为浅红色细砂岩。现工作面处于三叠系刘家沟组，其深度在21. 3 ～ 194. 97m，三叠系刘家沟组主要由浅灰白色中～细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，其砂岩为该层段的含水层，富水性较强。
    因实际揭露岩性与井检孔资料存在误差，预留隔水岩层未能阻止地下水的涌出，在施工到井口下25m 处时，因放炮震动造成下部砂岩水涌出，经实测涌水量达40m3 /h，给施工管理和安全带来了很大难度。
    2· 注浆方案
    根据井筒检查孔终孔报告中主立井井筒检查孔柱状图提供的资料，隔水层比较深，隔水层厚度为3. 5m，顶板标高为+ 956. 47m，一次注浆深度达不到隔水层位置，为此，采取由上往下分段注浆，对工作面前方地质、水文地质条件进行控制［1 － 4］。
    2. 1 注浆深度
    依据《煤矿安全规程》规定: 注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层5 ～10m［5］。结合该矿井地质条件，本次对井筒25m 位置往下的砂岩进行工作面超前预注浆，终孔深入下部坚硬岩石7m，段高取H = 33 + 7 = 40m。
    2. 2 止浆垫设计
    工作面预注浆设置止浆垫的主要目的: 一是为了注浆工作面本身的安全，预防突水特别是高承压水的突出而造成的安全事故; 二是防止注浆浆液串至工作面降低注浆效果［6］。
    2. 2. 1 止浆垫厚度
    止浆垫采用平底形混凝土止浆垫，混凝土强度等级C35，其厚度计算采用式( 1) 进行计算:
    Bd = P0 r /［δ］ + 0. 3r ( 1)
    式中，Bd为止浆垫厚度，m; P0为注浆终压，取6MPa; r 为井筒掘进半径，取4. 05m; ［δ］为混凝土的允许抗压强度，按混凝土3 ～ 7d 的极限抗压强度进行取值，取11. 7MPa。
    将有关参数代入式( 1) 得: Bd = 3. 29m，取Bd = 3. 5m。
    2. 2. 2 止浆垫滤水层厚度
    为防止止浆垫施工期间工作面涌水进入混凝土内，需施工滤水层，采用砖或大石子，厚度按500mm。综上可知，止浆垫总厚度为4m。
    2. 3 注浆孔布置方式
    工作面预注浆采用径向斜孔布孔方式，沿井筒周边均匀布置2 圈注浆孔，井筒中部布置检查孔。注浆钻孔布置示意图如图1所示。

    1) 第一圈注浆孔: 第一圈注浆孔上口外径为5. 9m，注浆孔与井壁间距为0. 3m，注浆孔间距取1. 55m，共布置12 个注浆孔; 孔径向偏角α1 = 6°，第一圈注浆孔下口控制井筒净径轮廓线外4. 05m。
    2) 第二圈注浆孔: 第二圈注浆孔上口外径为3. 9m，注浆孔与井壁间距为1. 3m，注浆孔间距取1. 11m，共布置11 个注浆孔; 孔径向偏角α2 = 7°，第二圈注浆孔下口控制井筒净径轮廓线外3. 55m。
    3) 检查孔: 共布置4 个检查孔，检查孔距井筒中心0. 8m，俯角90°。
    2. 4 孔口管预埋
    孔口管预埋采用Φ108mm × 8mm 无缝钢管，上端焊接高压法兰盘，做超前探测及打钻注浆孔口管，上端高出止浆垫0. 2m，下端深入岩石0. 2m，止浆垫厚度4m，孔口管长度为l = ( 4 + 0. 2 + 0. 2) /cos6° = 4. 42，取4. 5m，管壁外用20#热压带肋钢筋焊牢以固定在止浆垫中。
    2. 5 注浆参数
    2. 5. 1 浆液配比
    1) 水泥浆液: 开始注浆时，水灰比为2∶ 1; 正常注浆时，水灰比为1∶ 1或0. 8∶ 1; 封孔时，水灰比为0. 7∶ 1。
    2) 水玻璃浆液: 开始注浆时，使用10 ～ 15Be’的水玻璃浆液; 正常注浆时，使用20 ～ 25Be’的水玻璃浆液; 终孔注浆时使用30 ～ 35Be’的水玻璃浆液或原液封孔。
    3) 水泥浆与水玻璃浆液配比为1∶ 0. 7 ～ 1∶ 1( 容积比) 。
    2. 5. 2 注浆量
    为确保注浆质量，减少裂液损失量，保证堵水效果，注浆扩散半径控制在3m 以上。注浆过程中，在不跑漏浆的情况下，应尽可能使井壁外形成帷幕，把空间充填饱满，以提高治水效果。注浆量可由式( 2) 计算:
    Q = λπＲ2Hηβ /m ( 2)
    式中，Q 为注浆量，m3 ; λ 为浆液损失系数，取1. 8;Ｒ为以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径，取7. 38m; H为注浆段高，取40m; η 为岩石裂隙率，取6%; β 为浆液的有效充填系数，取0. 8; m 为结石率，取0. 8。将有关参数代入式( 2) 得: Q = 723m3。
    2. 5. 3 注浆压力
    经研究并根据经验值，此次工作面注浆终压确定为6 ～10MPa。
    3· 注浆施工
    3. 1 注浆前准备工作
    1) 做好施工止浆垫的准备工作，加工滤水桶，准备施工止浆垫所需的材料，如四寸阀门、四寸法兰盘、四寸孔口管等。
    2) 完善排水系统。采用井筒内悬吊一趟3 寸排水管，井底利用低扬程高排量的潜水泵( 扬程40m，排量40m3 /h)进行排水。止浆垫未凝固好前将潜水泵下至滤水桶底，下覆滤网抽水。
    3) 为防止注浆时造成滑模变形，拆除滑模刃脚，将滑模收小后上提10m，然后再撑开。
    3. 2 止浆垫施工
    1) 平整工作面，清除虚碴。
    2) 利用管缝式锚杆固定孔口管，第一圈孔口管俯角84°，第二圈孔口管俯角83°，每个孔口管上用4 根锚杆固定，共计92 根锚杆，锚杆规格Φ40mm × 1800mm。
    3) 用粒度20 ～ 40mm 的碎石铺设滤水层，平整后再铺一层砖，然后铺上两层聚乙稀塑料板，并保证滤水层的高度为设计高度，即500mm。
    4) 浇注混凝土层至设计高度。
    5) 在止浆垫的混凝土固化后，停止从滤水层排水，将泵的吸水笼头从滤水桶内取出，再用加工的滤水桶的上法兰盘关闭管路。
    6) 混凝土层凝固7d 后，通过3 ～ 4 个孔把浆液灌入到滤水层。如果止浆垫有漏水现象，则要对浆垫进行注浆。
    3. 3 超前预注浆
    1) 造孔: 在工作面周边位置按设计安装23 个孔口管，孔口管上端安装4 寸阀门，打开阀门，在孔口管内进行造孔。边造孔边注浆，造孔采用分段交替进行。造孔时钻机向孔口管内打孔，根据设计共打注浆孔23、检查孔4 个，合计27 个。孔深按设计为40m，可视打孔岩石情况和注浆堵水情况延深至50m。
    2) 球阀及注浆管路安设: 先安装球阀，再连接高压进浆管、高压注浆管及注浆泵出浆阀等。
    3) 进行压水试验。
    4) 注浆顺序: 此次注浆共布置23 个注浆孔，注浆顺序为1→7→4→10→2→8→5→11→3→9→6→12→13→19→16→22→14→20→17→23→15→21→18，在井筒外围形成帷幕，将水堵截在帷幕圈以外。
    5) 注浆: 先注稀浆，后注浓浆，增大单孔吸浆量。封堵注浆采用双浆液浆，水玻璃浓度为30 ～ 35Be’; 水泥浆液与水玻璃浆液的体积比为1∶ ( 0. 5 ～ 0. 7) 。注浆时要根据压力表表压适当调整注浆流量。注浆结束后当注浆压力达到2. 0 ～ 2. 5 倍静水压力，并稳定15min 后，方可停止注浆。如此反复，直至达到设计要求。注浆完毕，将工作面收拾干净，并对注浆设备进行检查维护。
    6) 注浆效果检验: 工作面预注浆结束后在井筒中心内圈布置4 个检查孔，开始对效果检查孔进行注浆，如检查孔无水时，可进行长探，如检查孔有水且超过标准，检查孔将作为补充注浆孔，并且再行注浆。