立井施工中超前探與注漿工藝的結合應用

王曉東

（晉城煤業集團長平公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

根據礦井銜接安排,長平公司擬在蘆家峪施工回風立井,設計井口標高為+991m，井筒凈徑為8.0m，垂深553m。表土段為50m，基巖段503m，采用混凝土支護，壁厚500mm，強度C40。

根據井檢孔的資料顯示，井筒共需穿過8個富含水地層，自上而下分別為：含水層一：垂深112.68～118.28m段中粒砂巖含水層；含水層二：垂深181.1～198.68m粉砂巖和中砂巖含水層；含水層三：垂深200.59～215.3m中砂巖含水層；含水層四：垂深233.9～247m細砂巖含水層；含水層五：垂深292.4～300.6m細砂巖含水層；含水層六：垂深318.8～328.1細砂巖含水層；含水層七：垂深371.4～382.5m細砂巖含水層；含水層八：垂深425.6～428.8m細砂巖含水層。經計算井筒最大涌水量將達到132m3/h。

為了保證井筒施工安全和井壁質量，同時，也為了改善工作面的作業環境，在施工過程中，進行超前探作業和工作面注漿是兩道必不可少的工藝。但如何將這兩道工序進行合理的安排，做到既保證質量和進度，又達到控制造價的目的，則是井筒施工技術的難點和目標。

2 施工方案確定的背景

2.1 超前探工作現狀分析

對立井施工過程中是否進行超前探，相關標準均未給出強度性規定。同時，對超前探設計也沒有具體的設計要求。僅＜＜煤礦建設規程＞＞井工部分防治水第6.6.6條要求建設項目必須做好水害分析預報和充水條件分析，堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。

由于無強制性規定，而超前探本身又為隱蔽性工程,現場管理難度較大。因此，在實際施工過程中,經常出現如下問題：

1）為追求進度，對超前探工作往往出現少探和不探現象，給立井的安全施工埋下隱患。

2）超前探工程前期準備工作多,而超前探又是一次性工作，探孔沒有進行有效的利用。

3）井筒均處于礦建工程的關鍵線路上，超前探施工時井筒必須停止掘進，造成井筒施工工期延長，影響后續工作。

2.2 注漿工作現狀分析

采用普通注鑿井時，一般采用的注漿方式為工作面注漿和壁后注漿。即施工過程中，對含水層分段進行工作面注漿，待井筒施工結束后，再采用壁后注漿。最終達到驗收標準要求.

由于采用的是分段的工作面注漿，井筒的整體防水效果較差。井筒施工結束后，井筒涌水量較大。壁后注漿工程量大，造成投資增加。

2.3 施工方案的確定

綜合以上兩種施工工藝存在的不足之處，提出將超前探和注漿兩項工程結合實施。即在回風立井施工時從基巖段開始就實行“有掘必探，遇水先注，先注后掘”的施工方案。

圖1 超前探與注漿工藝結合流程圖

3 施工方案實施

按照“先探后掘”的原則，超前探施工與掘進施工循環進行，根據煤礦防治水規定本次超前探超前距為15m，鉆探距離為 65～130m，允許掘進距離為50～115m。

3.1 方案設計

1）探孔布置：采用從基巖段開始由上而下全井筒進行先探后掘，井筒共布置5個探孔，均按井筒中心線布置。1號孔位置為：井筒正中；其余4個鉆孔均勻布置在井筒內，距井壁0.5m的圓周上成螺旋狀布置，徑向傾角3°，切向傾角10°。

2）注漿孔布置：根據探孔內涌水量情況，確定注漿孔布置數量和位置，原則上采用同心圓等距布孔，在原有探孔中間均勻對稱增加注漿孔，孔間距約2.0m，注漿孔角度與探孔一致。要確保漿液的擴散半徑在井筒掘進半徑之外。

圖2 探孔及注漿孔布置平、剖面圖注：圖中單位為mm

3）止漿巖帽留設：根據含水層的賦存特點，含水層以上10m預留止漿巖帽，下部超前10m作為注漿隔離帶，防止含水層涌水在水頭壓力作用下從底部巖石裂隙涌出，造成淹井事故。

4）注漿方式：根據本次注漿的特點，在鉆進過程中，如鉆孔涌水超過3m3/h，即停止鉆進，進行注漿，待漿液終凝后，掃孔，繼續鉆進。原則上是由上至下，涌水量超過3m3/h的涌水，需進行復注。水量不大于3m3/h，繼續鉆新孔，直到鉆孔達到注漿的標準后，方可開新孔。

3.2 施工作業

3.2.1 準備工作。

主要包括鉆場的清理、鉆機的固定、地面注漿泵的安裝和漿液的配制。

超前探鉆場位置布置在回風立井井筒掘進工作面，底板清底至全斷面揭露硬巖；鉆機采用打地錨固定，錨桿規格φ20×2400mm，錨固力不小于50KN；注漿采用水泥—水玻璃雙液漿，配合比根據注漿時涌水量進行調整。

3.2.2 埋設孔口管。

孔口管的埋設是保證后期的鉆孔及注漿工作的關鍵工序。施工時，先用開孔孔徑大于孔口管直徑（Φ87mm）的鉆頭開孔，下入Φ83mm套管，然后采用注漿泵向孔口管內注入水泥-水玻璃雙液漿，并使其間隙充填飽滿。待孔口管周圍水泥漿凝固后，進行掃孔鉆進，掃孔深度5500mm。掃孔后對孔口管進行注清水耐壓試驗，預測本區域靜水壓力不超過1MPa，耐壓試驗壓力不小于靜水壓的1.5倍，并穩定30min，孔口管不松動、周圍不漏水時為合格。依此順序，埋設5個探孔的孔口管。

圖3 孔口管圖

3.2.3 施工探孔。

首先，施工5個探孔。待孔口管周圍漿液凝固后進行掃孔及鉆進，采用φ65mm鉆頭鉆進至設計深度時，觀察鉆孔是否涌水及涌水量變化，再轉入下一鉆孔施工。同時，根據超前探鉆孔施工情況，觀察其涌水量及出水情況決定是否注漿。

當滿足以下兩個條件之一時，需進行注漿；否則，拆除鉆探設備，開始井筒正常掘進。

全斷面涌水量≥10m3/h；

存在靜水壓力≥1MPa的鉆孔；

實際施工過程中，本回風井共分6段進行了鉆探（第一段：50～165m；第二段：165～275m；第三段：275～350m；第四段：350～400m；第五段：400～480m；第六段：480～570m）。其中第一、二、六段，共注漿6個探孔。其余探孔基本無涌水，直接通過。第三、四、五段所有探孔均進行了注漿。3.2.4 工作面注漿。

首先，根據5個探孔的涌水情況，對涌水量超過3m3/h或靜水壓力≥1MPa的鉆孔進行注漿。然后，根據3.1②中注漿孔的設計進行補打注漿孔，進行注漿。每孔注漿結束后，均要進行驗收。工作面注漿結束的標準為：各注漿孔的注漿壓力達到設計終壓，且注入量小于40L/min。

本回風井第三段，新增4個注漿孔；第四、五段各新增8個注漿孔。

圖4 工作面注漿工藝

3.2.5 注意事項。

1）當發現井筒涌水量較大或單孔壓力大時，可在注漿結束后，再在井筒中部打1-2個檢查孔，起到檢查注漿效果和補充注漿的作用。

2）注漿時，對于注漿孔可采用間隔注或對稱注的方式，注漿效果較好。

3）施工探孔及注漿全過程指定專人記錄和觀察：出水點的層位、涌水量、漿液消耗量；壓力變化；眼位置；井壁有無跑漏；井壁有無破壞；壓力、吸漿量是否正常等。

4 效 果

根據《煤礦井巷工程質量驗收規范》（GB50213-2010），井筒總漏水量≤6m3/h且不得有0.5m3/h以上的集中出水孔。

回風井施工結束后，測量井筒總漏水量為6.5 m3/h；隨之采用壁后注漿，對幾個集中出水點進行局部注漿。最終，經實測回風立井井筒涌水量為1.4m3/h，達到了井筒驗收要求。

5 優點及改進方向

5.1 采用超前探與注漿相結合的施工方式的優點

1）有利于節約成本，超前探和注漿兩項工程的前期準備工作有較多相同之處，都需進行鉆機的安裝、孔口管的埋設，鉆孔的布置。

2）有利于充分利用探孔，使探孔兼作注漿孔，實一孔兩用。

3）有利于提高井筒的整體性，改變了原有的分段注漿方式井筒基巖段全部實現了超前探，保證了井筒施工的安全。

4）達到了井筒綜合治水、干式成井的目的，改善了工作面作業環境，保證了井壁混凝土的澆注質量。

5.2 改進方向

在回風井鉆探過程中，超前探鉆機一次鉆進的距離最長僅為120m，選小于井筒深度。若能優化或改進超前探設備，提高設備的鉆探深度和能力，則可減少井筒的超前探次數，減少工程造價，又可提高井筒施工速度。

5.3 適用范圍

超前探與注漿相結合的施工方式主要適用于井筒涌水量較大或含水層較多的立井。同時，當巷道掘進中，采用超前探時，或存在涌水量較大需注漿時，也可將兩種工藝進行結合使用。