表土層注漿在查莊煤礦深部風井施工中的應用

陳百新

(遼寧東煤基本建設有限責任公司，遼寧 沈陽 110122)

查莊煤礦深部風井設計深度427.8m，第四系表土層厚度40.1m，表土層為雙層井壁，外壁厚350mm，內壁厚250mm，砼標號為250#素砼，井筒凈徑5m。第四系表土主要由粘土和砂礓粘土組成，這兩種土層本身比較穩定，且大部分不含水，但它具有觸變裂化特性，即遇水后體積膨脹，呈粘稠狀不易失水。位于第四系表土層以下的基巖風化帶厚11m，巖性為粗砂巖，極其破碎且含有大量承壓水。詳見附表1：表土層及基巖風化帶檢查孔柱狀表。

依據施工組織設計，我們采用短掘短砌、超前小井降水的方法，很順利地施工到－32m，進入基巖風化帶之上的砂礓粘土層。由于安裝吊盤、掛設主提升絞車，井筒停工5天，致使工作面的砂礓粘土層遭到水的浸泡，而這一層砂礓粘土位于承壓含水層上，下部早已長期經受水的浸泡。當井筒恢復下掘時，發現工作面上漲了1m多，且粘土層呈泥漿狀，工作面隨掘隨漲，以后雖然三次采取超前井降水疏干、短段掘砌、分塊開幫、板樁護壁的方法強行通過這一砂礓粘土層，但都沒有成功。最后，經多方研究決定采取工作面預注漿的方法。

1 注漿的目的

封堵基巖風化帶的承壓水，擠壓－32～－40.10m已經受擾動呈泥漿狀的砂礓粘土，使其失去水分，強度增加。

表1 表土層及風化帶檢查孔柱狀表

2 注漿孔的布置

按照上述注漿目的，布置了三種類型的注漿孔：淺孔深度4～5m，外傾角20°；中深孔深度10～11m，外傾角15°；深孔15～16m，傾外角10°30′。淺孔和中深孔用來在砂礓粘土層中的擠壓注漿，深孔用來在基巖風化帶中的封水注漿。這三種類型的注漿孔各5個，均布在4 200mm的圈徑上，后來在進行深孔注漿時，發現基巖風化帶的涌水量遠遠大于預計的涌水量，5個深孔不能滿足需要，于是在淺孔和中深孔之間又分別增加1個深孔，使深孔總數達到10個，詳見附圖——注漿孔布置圖。

圖1 注漿孔布置圖

3 注漿機具

注漿泵選用錦西注漿泵廠的2TGZ－60/210型高壓雙液調速注漿泵，鉆機選用TXU－75型鉆機。

4 漿匯類型

在淺孔和中深孔中主要注單液水泥漿，水灰比為1∶1；在深孔中根據注漿的實際情況采用單液和雙液二種漿液，單液水泥漿的濃度為1∶0.5～1∶1，雙液水泥漿和水玻璃漿的體積比為1∶0.3～1∶0.5，水玻璃濃度為40°Be。

5 注漿終壓

P=（2－3）P°式中：P°——靜水壓力

淺孔中P=（2－3）×3.5=7－10.5kg/cm2

中深孔P=（2－3）×4.1=8.2－12.3kg/cm2

深孔中P=（2－3）×4.6=9.6－13.8kg/cm2

考慮到砂礓粘土層中注漿是為了擠壓、排出含水，故淺孔的終壓定為15－20kg/cm2，中深孔的終壓為20－25kg/cm2。在深孔注漿中，根據打鉆孔的情況得知基巖風化帶的粗砂巖已經風化成松散狀，故深孔注漿實際上也是在砂層中的擠壓注漿，因而終壓也較高，為30－40kg/cm2。根據后來實際情況可知，以上注漿終壓都達到了預期的目的。

6 漿液濃度及終量的控制

在淺孔和中深孔中完全是一種擠壓作用的注漿，故漿液注入量越大，終壓穩定時間越長，擠壓作用越強，漿液濃度越大，結石率越高，注漿效果越好。在實際注漿的過程中，多采用水灰比1∶1以上的單液水泥漿，為打通注漿通道，加大注漿量，在正式注水泥漿之前，先高壓快速注入清水，然后再注1∶1水泥漿，當連續注漿不升壓時，則加大水泥漿的濃度到1∶1.5直至達到終壓并穩定一段時間為止。

在深孔注漿中，根據鉆孔涌水量先注單液水泥漿，再根據注漿壓力的變化，改變水泥漿的濃度，或者是改注水泥——水玻璃雙匯漿。一般情況下，當鉆孔涌水量小于0.5kg/cm2時，先注1∶0.5的單液水泥漿，然后再調整水泥漿的濃度，當水灰比達到1∶1時，壓力仍不上升則改注水泥——水玻璃漿，1∶1的水泥漿同水玻璃漿的體積比為1∶0.3～0.5，當注漿壓力還不上升時，則將水泥漿的濃度調到1∶1.5，直到達到設計終壓為止。各孔的漿匯注入量見附表2注漿量統計表。

表2 注漿量統計表

7 注漿效果

當原設計的注漿孔和后增加的注漿孔全部注完以后，打了一個檢查孔，并對其取芯，結果涌水量為0.328m3/h。砂礓粘土層的巖芯比較穩定，土層中夾雜著大量的水泥顆粒，而風化砂巖仍極其松散，故而沒有能夠取出巖芯。

當破除止漿墊井筒恢復下掘時，發現原已呈泥漿狀的砂礓粘土層經擠壓注漿后極其穩定，水泥漿有的呈脈狀，有的呈片狀分布在砂礓粘土層中，最厚的部位達200mm，最大的面積布滿整個井筒掘進斷面，整個工作面幾乎沒有涌水。從基巖風化帶揭露的情況看，基本和砂礓粘土層一樣，因粗砂巖已經風化成完全松散的粗砂狀，已經沒有什么明顯的裂隙，經水泥漿的擠壓和片狀擴散也比較有效地封堵了涌水，掘進工作面的涌水只有3－4m3/ h。

8 啟示

這次注漿的成功突破了土層中不適合注漿的觀念，它說明了在土層中，尤其是在含水的表土層中，通過水泥漿的高壓力的擠壓作用，也能夠取得很好的排除含水、封堵涌水作用；在砂層中也能夠依靠漿液的擠壓擴散起到封水堵水的作用。

[1]沈季良等.建井工程手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1984年3月.

[2]袁亮等.煤礦總工程手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2010年7月.