豐龍礦井北翼風井井筒注漿工藝的應用

諸獻斌，舒偉君

（豐龍公司，江西 豐城 331100）

1 概況

豐龍礦井北翼風井井筒凍結深度110m（+40.5m～-69.5m），支護形式為單層鋼筋砼復合井壁，內壁和外壁支護厚度分別為350mm，砼強度C35，外壁凈直徑6.2m，內壁凈直徑5.5 m。井檢孔和凍結單位實際打鉆情況顯示：其含水層主要集中在14～80m 之間，水文資料預測含水層涌水量11.5m3／h；凍結單位打鉆過程中，分別在104 m、106m 位置發現裂隙（未充填），為防止井筒突水，在井深95m 位置，進行超前探水工作。

2 探水、注漿方案

2.1 探水方案

本次探水深度40m（累深95～135m），工作面四周及中心各布置一個探孔，鉆孔直徑90mm，鉆孔布置見圖1，根據凍結單位提供的凍結資料，在凍結鉆孔過程中，1＃孔在106m 位置發現裂隙，7＃、9＃孔在104m 位置發現裂隙。探孔順序為：1＃、3＃、0＃、5＃、7＃。29?！?0＃凍結管之間做為探查重點，判斷裂隙存在位置，若探查含水，應再補孔（補孔2～3個，位置主要在29?！?0＃凍結管之間），其它部位根據探孔情況確定是否補孔。鉆探過程中，如若出水，則立即停鉆注漿，封堵后，再恢復鉆進直至終孔。

探水前搭設工作平臺，固定潛孔鉆機，預埋孔口管，根據工作面實際凍結情況，確定是否加固止漿巖帽，接著在止漿巖帽上部澆筑500mm 厚混凝土，待凝固后，對止漿巖帽進行打壓試驗，符合要求后，方可進行探水工作。

圖1 探水鉆孔布置

在探孔鉆探過程中，若出水，則立即停鉆注漿，封堵后，再恢復鉆進直至終孔。

2.2 注漿方案

采用預埋孔口管、工作面預留止漿巖帽的方法注漿。將注漿泵安置在井口附近，并在井筒內懸吊1趟2吋鐵管做為注漿管路，對工作面進行注漿。

工作面探水出水后，立即停鉆注漿，注漿漿液以單液為主，漿液水灰比為0.6∶1～2∶1，在工作面跑漿或吃漿量太大時，采用雙液注漿方案。

工作面注漿，主要以探水時的探孔為注漿孔，根據探孔的涌水量和注漿情況，來確定是否補打注漿孔，補打注漿孔的孔號分別為2＃、4＃、6＃、8?？?，開口圈徑與探水孔一致，孔距1.85m，角度為1.3°，深度根據探孔注漿后掃孔情況確定，并穿過該段含水層進入非含水層5m。

3 探水施工步驟

3.1 確定探水參數

主要參數：①探眼個數5個（0＃、1＃、3＃、5＃、7＃孔）；②探眼深度：40m；③布眼方式：同心圓徑向斜孔，角度α=1.15°；④開口圓徑和間距：D=4.7m，L=3.7m。

3.2 搭設工作平臺

木結構，四梁十二柱，150mm×150mm×3.6m 方木2根，150mm×150mm×6.0m 方木2根，200mm×200 mm×2.2m 方木12根，70mm 厚木板37.4m2。工作平臺高度（指巖面到平臺凈空高度）為1.7m。

3.3 預埋孔口管及施工止漿墊

（1）止漿巖帽厚度計算。

B=Po·D／4〔τ〕=4×6.9／4×1.1=6.3m，取7m。

式中：B為止漿巖帽厚度，m；Po為注漿終壓，取靜水壓的2.5倍，即3.25 MPa，取4 MPa；D 為井筒直徑，6.9m；〔τ〕為巖石抗剪強度，取1.1 MPa。

（2）預埋孔口管及施工止漿巖帽步驟。

施工步驟：①搭好工作平臺后，打開口鉆采用Φ130 mm 鉆頭鉆進1.5m，然后埋入Φ108mm×2.3m×4mm無縫鋼管作為孔口管，孔口管管壁外焊接幾圈Φ6 mm 盤條，孔口管帶高壓閥門，采用CS雙液固定；②孔口管全部下好后，在止漿巖帽上部澆注厚500mm 的C35混凝土，并在混凝土與井幫交接處均勻的埋設10根2吋鋼管，長度0.7m，鋼管埋入止漿巖帽表面100mm 以下，待混凝土凝固后，采用雙液漿封堵加固；③根據工作面實際凍結情況決定是否加固止漿巖帽。如需加固時，應打到止漿巖帽表面以下7m，打一個注一個，全部注完后養護至少24h；④止漿墊養護24h后，用鉆機對孔口管進行掃孔并超過原鉆進深度100～200mm。關閉孔口管閘閥，采用1.2倍注漿終壓壓送清水并穩定15 min，確認無泄漏方可認定為合格。

4 導向管制作與布置要求

4.1 導向管的制作與驗收

導向管為2.3m，采用Φ108mm×4mm 無縫鋼管制作。

技術要求：①焊前，法蘭盤必須與閘門壓蓋試配；②管的材質、規格符合設計要求；③法蘭盤要與管身軸線垂直；④按高壓容器要求焊接，不許有砂眼；⑤管身要直，自上而下不許有凹坑。采用舊管時不得有影響強度的損傷、銹斑或銹坑。

驗收：①按技術要求逐項驗收；②抽樣打壓試驗，試驗壓力為5 MPa。

4.2 下導向管

（1）鉆機在預開口位置固定，調整機頭，根據技術要求調整鉆桿方向，保證按照技術方案施工。

（2）開口要低壓慢速，防止跑鉆。

（3）導向管孔深度為1.5m，技術要求誤差±100mm，角度誤差±0.50。

5 注漿施工

5.1 確定注漿參數

①注漿終壓：P=khρ／100

式中：K 為靜水壓力的2～2.5倍，取2.5；h為注漿深度，125m；ρ為水的比重，1t／m3。

計算得注漿終壓P=3.13Pa，取4 MPa。

②鉆孔傾角。采用徑向斜孔，鉆孔傾角按照下式計算：a=tg-1（S／H）

式中：a為鉆孔在徑向l二與豎直軸線的夾角，°；A 為注漿孔與井壁距離，為0.8m；H 為注漿段高，H=35 m（暫按35m 考慮）。

計算得：a=1.3°。

③單液水泥漿的預計注入量：V=AhπR2βη／m

式中：A 為漿液消耗系數，取1.5；h為注漿段高35m；R 為漿液有效擴散半徑，取6m；β為漿液充填系數，取0.85；η為裂隙率，前期注漿取3%；m 為結石率，取0.85。

計算得水泥漿液量V=178.13 m3，施工中根據注漿實際情況進行調整。

④注漿補孔：在探水孔中間補打注漿孔，并利用其檢查探水施工鉆孔的鉆注效果，0?？兹讙呖?，作為全注段的檢查孔。

⑤漿液材料及濃度配合比。a-注漿材料：P.O.42.5普通硅酸鹽水泥。水玻璃，模數為2.4～3.4，濃度為45Be以上；b-注漿配合比單液注漿時，水灰比為：2∶1、1.5∶1、1.25∶1、1∶1、0.75∶1、0.6∶1六種，以水泥漿為主。雙液漿時，水泥漿液與水玻璃體積比為：1∶0.3～1∶0.5濃度配合比視注水試驗來確定起始注漿濃度：先稀-逐漸加濃-最后又變?。ń咏K壓時）。

⑥鉆進方式及鉆孔規格：采用無芯鉆進法，鉆孔規格為Φ90mm。

5.2 注漿施工步驟

（1）注漿前先將注漿泵及儲漿罐等安置在井口附近，然后連接管路，并認真檢查管路聯接是否正常，材料準備是否充足，準備工作完成后對注漿泵進行試運轉，一切正常后方可注漿。

（2）井筒內注漿管路用2〞鐵管，兩端用1〞高壓注漿膠管連接。

（3）進行打壓實驗，具體步驟如下：關閉孔口閥，啟動注漿泵，用清水對管路打壓，當壓力達到5 MPa時，穩定五分鐘，管路無跑漏現象即為合格。

（4）進行壓水試驗，具體步驟如下：在打壓試驗結束后，打開孔口閥向孔內注清水，觀察壓力及吸水量，壓力時間不得低于10min，以便為注漿提供依據。

（5）根據鉆孔吸水量確定漿液起始濃度，當鉆孔吸水量大于250L／min時，起始濃度為1.5∶1；吸水量小于200 L／min時，用2∶1。

（6）造漿前，對所用水泥進行凝膠時間的測定，初凝時間超過15h，不準使用。攪拌罐應放過濾篩，以防止雜物及硬塊混入漿液。攪拌罐內的漿液應隨時攪拌，防止漿液沉淀。注漿泵應有專人負責。

（7）注漿時觀察紀錄一次壓力、進漿量、漿液濃度，認真填寫記錄，作為分析該孔注漿效果的依據。

（8）注漿時，應遵循先稀后濃的原則，水灰比分為2∶1、1.5∶1、1.25∶1、1∶1、0.75∶1、0.6∶1等6個級別，起始濃度漿液注入時間為30min，然后調換濃一級漿液，如用某級漿液壓力上升很快，吸漿量隨之減小，則需調換稀一級漿液，以保證鉆孔的注入量。

（9）當用最濃漿液時，注入量達到設計量的80%，壓力仍不升，吸漿不減，可能屬超擴散，應采用注、停結合的方法，間歇時間為20min，這時應關閉孔口閥，打開放漿閥使吸漿管吸清水，以防注漿管路凝固或堵塞。

（10）單孔注漿結束標準單位注入量小于20L／min，注漿達到設計終壓時，維持20min方可結束該孔注漿。

（11）鉆注原則上鉆一個孔注一個孔，最后一個孔加深2m，作為總檢查孔。

6 治理效果

通過采用預埋孔口管、工作面預留止漿巖帽的方法注漿后，風井井筒涌水量由原來的11.5m3／h降至少于0.5 m3／h，注漿堵水率達到了90%左右，取得了良好的治理效果?，F該井筒已經投入生產2年，井筒內涌水量仍保持在0.3m3／h左右，能夠滿足正常生產要求。

北翼風井井筒通過注漿后，取得了較好堵水效果，避免了水患，實現了礦井的安全生產。實踐證明，此次井筒注漿方案是科學合理的，為以后的井筒堵水治理工作提供了可靠有效的依據。