工作面預注漿在豎井井筒施工中的應用

熊木輝

(1.大冶有色金屬有限責任公司銅綠山銅鐵礦， 湖北 大冶市 435101； 2.湖北省有色金屬資源開發與綜合利用工程技術研究中心， 湖北 黃石市 435000)

工作面預注漿在豎井井筒施工中的應用

熊木輝1,2

(1.大冶有色金屬有限責任公司銅綠山銅鐵礦， 湖北 大冶市 435101； 2.湖北省有色金屬資源開發與綜合利用工程技術研究中心， 湖北 黃石市 435000)

通過銅山口銅礦主井井筒施工中防治水的實踐，闡述了工作面預注漿在井筒工程施工中的選擇與應用。實踐表明，采用工作面預注漿，使主井井筒工作面涌水由81 m3/h左右控制在3 m3/h左右，大大改善了施工環境，保證了施工安全和進度。

主井掘進；巖溶水；工作面預注漿

銅山口銅礦深部開采主井工程，包括井頸段、井筒正常段、不良巖層段以及-160 m、-280 m、-400 m、-440 m中段馬頭門、-480 m皮帶道馬頭門、箕斗計量硐室、-540 m粉礦回收馬頭門等掘砌工程。井筒凈直徑為4.5 m，井口標高為+59.2 m，井底標高為-539.32 m，井筒井頸段高58 m。

前期水文地質勘察測得主井最大涌水量為1950 m3/d、81 m3/h。巖溶水主要位于井筒-158～-215 m之間，含水層段高約57 m。由于含水量大，施工條件差，此段井筒施工既是工程進度的關鍵，也是安全工作的主要監測點，所以在井筒施工中必須采取切實可行的方法，在保證質量和安全前提下快速穿過含水層。根據該含水層在井筒的位置、含水量的大小、施工的難度，經綜合分析，決定采用井筒工作面預注漿治理涌水，為實施打“干井”創造條件。

1 注漿設計

1.1 注漿位置及注漿形式

按照井筒水文資料，在井筒施工中注意觀測水文變化情況，在快接近含水層時，施工超前探水鉆孔，探孔深度≥10 m，當預計井筒涌水量達到10 m3/h時停止井筒掘砌，進行工作面預注漿，即從-153 m開始施工注漿鉆孔(具體位置根據實際施工情況適當調整)，鉆孔深度60 m。采用孔口封閉，孔內循環，自上而下分段注漿的施工方式。

1.2 注漿鉆孔布置

注漿鉆孔以井筒中心為圓心，沿井筒周圍均勻布置。鉆孔數量按下式計算：

式中，M為注漿孔數量；C為井筒半徑，2.6 m；B為注漿鉆孔中心到井筒掘進外輪廓距離，1.5 m；b為注漿鉆孔間距，3 m。

經測算，布置6個注漿鉆孔可滿足井筒施工要求。

1.3 注漿材料及漿液注入量

根據水文地質資料，為降低施工成本，加快施工進度，注漿材料選用水泥-水玻璃漿液，同時為調節漿液初凝和終凝時間，添加一定比例的石灰作為調凝材料，即選用水泥、水玻璃和生石灰為注漿材料。注漿水泥為P.O 32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥細度要求為通過80 μm方孔篩篩余量不大于5%，所用水泥必須新鮮無結塊，不合格水泥嚴禁使用。必要時可選用水玻璃摻合料或水泥尾砂漿-水玻璃雙液注漿。水玻璃選用模數為2.4～3.0，濃度為30～45波美度。石灰選用當地石灰廠生產石灰或采用工業氫氧化鈣。

按鉆孔布置經計算注漿最小有效影響半徑為5.5 m，注漿量用下式估算：

Q=λπ·R2·H·N/γ

式中，Q為單孔注漿量，m3；λ為漿液損失系數，約為1；R為漿液擴散半徑，5.5 m；H為漿液注入高度，60 m；N為巖石空隙率，3%；γ為漿液結石率，約為1。

計算得每孔注入漿液約為171 m3，6個鉆孔注漿量合計約1026 m3。共需要水泥913 t ，水玻璃約0.48 t。材料消耗量以施工現場實際消耗記錄為準。

1.4 混凝土止漿墊

當井筒掘進過程中，經探水測得井筒涌水量達到10 m3/h以上時，停止掘砌施工，將井底碴石清理干凈，進行混凝土止漿墊施工，止漿墊采用強度為C35混凝土，厚度按下式計算：

Bn=(KPoRO)/(R3-7)+0.3RO

式中，Bn為止漿墊厚度，m；K為 安全系數，取3；PO為注漿終壓，15 MPa；RO為井筒荒半徑取3 m；R3-7為混凝土3～7 d的極限抗壓強度，取33.3 MPa。

計算得Bn=1.57 m。

1.5 孔口管埋設

孔口管選用Ф108×5無縫鋼管，長3.0 m，孔口上部焊接法蘭，以便于高壓注漿閥連接，孔口管的下置深度必須透過混凝土止漿墊進入完整基巖，并用水泥漿封堵，確保穩固可靠。

2 注漿施工

2.1 注漿孔施工

注漿孔采用MZ120-Ⅱ型潛孔鉆機施工，鉆頭直徑Ф90 mm。鉆機安裝必須平穩、牢固。

根據設計6個注漿鉆孔交錯施工，先施工1，3，5號鉆孔，后施工2，4，6號鉆孔。鉆孔施工中根據孔深、巖層變化采用硬質合金或金剛石鉆頭。堅持測斜，確保偏斜率小于1%。為了獲得鉆孔巖石的透水性資料，所有鉆孔均需自上而下分段做壓水試驗，壓水試驗段長暫定30 m一段，根據鉆探實際情況可適當調整。壓水試驗采用10 m3/h、20 m3/h、30 m3/h 3個流量級灌注，穩定時間大于30 min。同時做好巖層和水文變化記錄。

2.2 注漿作業

為了保證注漿質量和效果，漿液配制、注漿須采用自動監測系統，自動記錄注漿壓力、流漿量、漿液密度和濃度等關鍵參數。漿液使用的材料應以施工現場所能提供材料為基礎，漿液材料選用、配比及濃度根據地質條件等變化情況，經試驗后確定。選用3SNS200/10注漿泵，集中造漿站造漿，拌制好的漿液通過管道送至各注漿孔進行注漿。注漿孔施工到設計深度準備注漿前，必須先沖洗鉆孔，清除鉆孔中的殘留巖粉和巖石裂隙中所充填的粘土雜質等物質。然后進行壓力試驗，通過試驗確定漿液配比，選擇初始注漿濃度。注漿應采用先稀漿后濃漿逐級加濃的原則進行漿液濃度的變換。注漿時若注入漿液達到5.0 m3左右還未起壓或壓力很小時，可以加大漿液濃度。如果漿液濃度加大后，壓力急劇上升，或耗漿量減少較大，則應及時減小漿液濃度。

2.3 注漿壓力調整

注漿壓力采用靜水壓力的1.5～2.0倍。初始灌漿壓力在注漿過程中應根據漿液的消耗量及是否有串漿、冒漿等情況靈活掌握。注漿過程中應采取必要的措施保證孔內漿液往返暢通，井口壓力過大時應及時采取措施進行回漿，根據壓力情況，及時控制注漿量，直至達到終壓終量，并穩定30 min以上。

2.4 結束注漿

注漿時壓力均勻持續上升達到設計終壓，同時鉆孔吸漿量小于10 L/min時，穩定20～30 min，即可停止注漿。為節約施工成本，注漿孔兼做抽水檢查孔。在各孔注漿完成后，分別在1號孔和3號孔進行掃孔作業，并隨時觀測掃孔過程中孔內水量變化情況。當孔內有明顯出水時，應在該孔重新注漿，直至掃孔到設計注漿深度無涌水，才能結束注漿。注漿孔最后一段達到注漿結束標準后，采用“全孔灌漿封閉法”進行封孔。封孔壓力使用最大灌漿壓力，封孔注漿持續時間不小于30 min。

3 結束語

通過對銅山口銅礦深部開采主井工程工作面預注漿施工，使主井井筒作業面81 m3/h左右的涌水量控制在3 m3/h左右，取得較好效果，主井井筒得以正常施工，為工程按期完工創造了條件。實踐證明，在井巷施工中，遇到涌水量較大的巖層時，采取工作面超前預注漿是順利通過含水層的安全可靠施工措施，可以改善井筒施工環境，保證施工安全和質量，為施工創造有利條件。

[1]中國恩菲工程技術有限公司.大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦深部開采初步設計[R].北京：中國恩菲工程技術有限公司，2006.

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[8]萬 全,何忠明.超前全斷面帷幕預注漿治理高壓斷層水技術研究[J].礦冶工程,2013(05):17-20.(收稿日期：2016-07-26)

熊木輝(1978-)，男，湖北黃石人，助理工程師，主要從事采礦工程技術研究和現場服務工作，Email：727860988@qq.com。