立井工作面預注漿施工探討

余　興（湖南核工業建設有限公司，湖南長沙410003）

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立井工作面預注漿施工探討

余興（湖南核工業建設有限公司，湖南長沙410003）

在雙柳煤礦郭家山風井井筒施工過程中，采用了工作面預注漿的技術，以封堵太原組灰巖含水層水，同時加強井壁圍巖的強度，達到了預期效果，確保了井筒施工的順利進行。在此重點說明本次注漿的施工方法、注漿效果，以及相關的經驗。

井筒；含水層；斷層破碎帶；工作面預注漿

1　井田水文地質情況

1.1含水層

奧陶系中統石灰巖含水層（巖溶充水礦床），巖性以石灰巖為主，次位泥灰巖、角礫狀泥灰巖及石膏帶，發育少量白云質灰巖及泥巖。據資料：峰峰組巖溶發育淺埋區強于深埋區，但存在明顯的不均衡性，馬家溝組富水性強于其上峰峰組。區內奧灰水向東南經流，至柳林泉排泄，水位標高802.8m，高于井田內各煤層至少100m，是雙柳礦井潛在的水患威脅因素，對煤礦安全生產極具威脅。

太原組灰巖含水層（為裂隙沖水礦床）：由L1～L5石灰巖組成，總厚20～30m，受露條件限制，淺部富水性較強，深部富水性較弱，溶孔呈孤立狀，連通性差，主要富水層為L4、L5石灰巖含水層，地下水由東向西緩慢運移，水位標高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-粗砂巖（K3～K8）層組成，生產揭露證實：富水性極不均衡，通常淺埋區強于深埋區，厚度變化較大，由于節理裂隙被方解石脈所充填且厚度不夠穩定，故水力連通差，富水性弱。據資料（133水文孔）：單位涌水量0.082～0.089L/s·m，水位標高754.7～776.6m，地下水向西經流。

1.2隔水層

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

下組煤：由9#煤底板至奧灰巖頂板界面，巖性以砂質泥巖為主、夾泥灰巖、砂巖，平均厚度約60m。

2　注漿方案設計

2.1井筒施工情況

郭家山回風立井在施工過程中，由于礦方提供的水文地質資料不全，加之石灰巖裂隙發育，含水情況不詳。井筒穿過3+4#煤層后，根據現有地質柱狀圖得知，井筒下部施工將穿過三層段高不等的太原組石灰巖和8、9#煤層。因8、9#煤層又不是現階段開采可利用煤層，故對該煤層瓦斯含量，壓力及其它相關參數均不了解，當井筒施工至420m左右時，井下涌水突然增大，達28m3/h，致使施工無法進行。

2.2井筒工作面進行預注漿的目的

在井筒工作面進行預注漿的目的，是封堵太原組灰巖含水層水，同時加固井壁圍巖，保證井筒能夠順利的施工。

2.3注漿段高

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

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，同時在井筒的中心布置了9號孔，作為檢查孔、注漿孔。

布置見圖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號普通硅酸鹽水泥。水玻璃模數為3.2，濃度為40波美度。

2.6注漿參數

2.6.1注漿的壓力

注漿時的初壓應該大于靜水的壓力；終壓應該為2倍的靜水壓力，應取10MPa左右。

2.6.2漿液有效的擴散半徑

漿液有效的擴散半徑應取6～7m為宜。

2.6.3漿液的注入量

漿液的注入量往往依據孔內情況來判斷，預計單孔的注入量應為90m3。

2.7單孔注漿的結束標準

單孔注漿的結束標準為：單孔注漿的終壓達到8MPa，注漿的終量小于40L/min。

3　注漿施工

3.1澆筑止漿墊

本次設計的止漿墊是單級平底型，止漿墊的厚度為4m，混凝土的強度等級應≥C30。在止漿墊以上的1.5m段的井筒荒徑擴大800mm，在澆筑混凝土的止漿墊時，應按照設計的位置與角度來預埋孔口管。止漿孔的孔口管采用φ133mm的無縫鋼管制作，無縫鋼管上應附焊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

鉆孔采用TK150型號的鉆機來鉆注漿孔。針對不同巖層的情況，分別選用PD鉆頭、75mm型潛孔錘和75mm型三翼鉆頭，以便加快鉆進速度。

3.3注漿作業

注漿泵應選用HFVIC型高壓大容量雙缸雙往復式活塞泵。這種泵的主要特點是可以任意調節注漿量和注漿壓力的大小，并可自動控制漿液的注入量。注漿站設計在吊盤上；敷設兩路高壓膠管作為輸漿管，一端接入注漿泵，另一端經過混合器和注漿孔處高壓閘閥連通。注漿的工藝如下：

（1）注漿前應把吸漿籠頭先放入吊盤上清潔的水箱內，關閉孔口的進漿閥，開啟混合器的泄漿閥，檢驗注漿泵的管路是否暢通及工作情況是否良好。

（2）打開孔口的進漿閥，關閉孔口的泄漿閥，然后逐漸減少孔口的流量，先用清水作以此耐壓試驗，大于終壓的0.5MPa即可視為合格。

（3）在注漿前，應首先注入足量的清水，等待15min左右；待一切顯示正常后，可以開始進行正式注漿。在注入雙液漿時，在水泥漿桶內放入一個吸漿籠頭，水玻璃桶內放入另一個吸漿籠頭，然后適當的調節吸入量，注漿泵會自動控制玻璃漿液和水泥漿液的比例，然后在混合器中通過兩個輸漿管道將漿液輸送混合后，注入到注漿孔內。待注漿過程結束后，把吸漿籠頭放置在清澈的水池中，打開注漿器的泄漿閥，同時關閉進漿閥，利用清水多次沖洗混合器及注漿管路。注漿時，依據鉆孔出水的情況來決定起始漿液的濃度。采取先稀后濃，然后逐漸調節的方法。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注漿的關鍵目的是封堵住太原組灰巖含水層，同時對井壁圍巖進行加固。注漿孔完全穿過了太原組灰巖含水層，測得 3#孔的涌水量達28m3/h，因此對該孔進行了注漿加強，其單孔注入的水泥量達了6.23t；其它各孔均一次性鉆至終孔的位置，因涌水量并不大，就分別對其他孔進行了注漿。待其他孔的注漿過程結束后，又對3#孔進行重復鉆探，檢驗得涌水量為14m3/h，故而又對其進行了一次注漿，在單孔注入水泥的量達6.78t。注漿結束后，1～6孔進行反復掃孔然而到底未見涌水，所以9號孔（檢查孔）并未進行施工（見表1）。

表1　雙柳煤礦郭家山風井工作面預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好布孔方法，對井筒進行工作面的預注漿結束后，經現場實測，涌水量為3m3/h，達到了預想的注漿效果。從實際施工揭露的巖層情況來看，在太原組灰巖含水層裂隙中充填近20mm厚的水泥漿，裂隙封堵的效果良好。在工作面預注漿時，井筒上部20m范圍內的井壁接茬縫處多處跑漿，經采取調整漿液濃度和間歇注漿等一系列的措施后，終于解決了這一問題，并為以后解決類似的立井經過豎向裂隙發育的含水層的問題提供了有價值的經驗參考。3號孔鉆進時出水量較大，經水質化驗結果表明，涌水中有風化帶水和太原組灰巖水的存在，所以推斷是由于斷層影響所致。因為當時利用了加強注漿的措施，在之后平巷施工時沒有發生出水現象，說明本次注漿措施對太原組灰巖水以下的構造的封堵結果也較好；還加強了對井壁圍巖，一舉兩得，有利于維護后期礦井的施工安全。

5　結束語

在注漿造孔時選用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速度，今后應該重點推廣和應用。關于注漿效果與注漿量的關系，人們常常只從經濟的角度來考慮，盲目的控制注漿量的大小，若從注漿經濟技術的角度來考慮，還可采用加大漿液濃度和間歇注漿等措施。在注漿過程中，應該始終堅持將各孔注漿的終壓均應達到理想設定值，注漿養護時間應足夠的做法，盡管漿液的注入量變大，養護時間延長，但注漿效果良好，井筒施工速度快，結果反而減少了投資，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護時間，是保證注漿達到預期效果的必要條件之一。在裂隙發育的巖層破碎帶施工，采用注漿的方法來加固巖層，提高巖層的穩定性，可以有效的避免井壁坍塌事故的發生，提高井筒掘進的速度，保證建井的施工安全。

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余 興（1977-），男，工程師，大專，主要從事礦山建設工作。

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2016-2-20