斜井井筒过流砂层施工置换注浆技术.pdf

2 0 1 5年第 4期 童 媳蕉 斜枝 l 5 7 斜井井筒过流砂层施工置换注浆技术 陈学文 吕梁地方煤矿建设工程质量监督站 ，山西 吕梁0 3 3 0 0 0 摘要该文 以永宁煤矿斜 井穿过 流砂层 为工程 背景， 研 究应用斜井掘进工作面超前注浆技术控制该特殊段 围岩的稳定性 。 为了提高注浆加固体的承栽性能和抗渗性能，根据现场实际条件对注浆参数和止浆墙的形式和厚度做了深入的研究，取得 了较好 的技 术效果，为相似地 质条件 下斜 井施工提 供 了技 术和现场指导。 关键词斜 井开拓流砂层注浆技 术围岩控 制 中图分 类号T D2 6 2 ． 6 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 - 2 8 0 1 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 7 2 I n c l i n e d s h a ft c o n s t r u c t i o n o v e r ． ． c u r r e n t s a n d r e p l a c e me n t Gr o u t i n g T e c h n o l o g y Ch e n Xu e we n L v l i a n g L o c a l Mi n e C o n s t r u c ti o n E n g i n e e r i n g Q u a l i t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n ， S h a n x i L v l i a n g 0 3 3 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e e n g i n e e r i n g p r a c t i c e o f Yo n g n i n g c o a l mi n e i n c l i n e d s h a R thr o u g h t h e q u i c k s a n d l a y e r e s e a r c h th e a p p l i c a t i o n a d v a n c e g r o u t i n g i n i n c l i n e d s h a f t e x c a v a t i o n wo r k i n g f a c e t o c o n t r o l s u r r o u n d i n g r o c k s t a b i l i t y ． I n o r d e r t o i mp r o v e t h e b e a r i n g p e r f o r ma n c e a n d a n t i p e rm e a b i l i ty o f g r o u t i n g ， a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l c o n d i t i o n o f t h e s i t e t o d o a d e e p r e s e a r c h o n the p a r a me t e r s o f g r o u t i n g a n d g r o u t s t o p p i n g wa l l f o rm a n d th i c k n e s s ， o b mi n e d a g o o d t e c h n i q u e e ff e c t ， a n d p r o v i d e d t e c h n o l o g y a n d fi e l d g u i d e f o r i n c l i n e d s h a R c o n s t r u c t i o n u n d e r t h e s i mi l a r g e o l o g i c a l c o n d i t i o n ． Ke y wo r d s i n c l i n e d s h a R d e v e l o p me n t q u i c k s a n d g r o u t i n g s u r r o u n d i n g r o c k c o n t r o l 吕梁市离石区永宁煤矿主要含水层在流沙和卵 石层中，本组岩溶裂隙特别发育透水性强 ， ． 根据立 井 的揭露 水源 ，预计 涌水量 3 0 ～ 5 0 r n ／ h左右 。给凿 井带来 了极大 困难 和危 害。 该 矿 主 斜 井 井 筒 设 计 斜 长 5 8 0 m， 倾 角 2 3 。 1 7 1 9 ” ， 井筒断面为直墙半圆拱形， 巷道净宽5 ． 2 m， 净高 4 ． 6 m，已完工程量 1 2 7 m，支护形式为锚网砼砌 碹支护， 壁厚 5 0 0 m m， 砼标号C 2 5 。 为确保安全生产， 有必要针对斜井过流砂层的注浆施工技术展开研究。 l 注浆技术方案与参数 根据山西省在斜井施工经验及施工设备可能条 件因素，通过综合分析认为在工作面选用钻机钻孔， 进行工作超前预注浆的方案。具体的技术路径为 通过斜井掘进工作面超前预注浆加固井壁围岩 ，以 加固的围岩圈堵塞流砂通道 ，提高井壁结构的抗渗 收稿 日期2 0 1 4 1 2 3 0 作者简介陈学文 1 9 7 4一，男，汉族 ，毕业 于东北大学采矿 工程专业 ，本科 ，工程师 ，现任煤炭工业 吕梁地方煤矿建设 工程 质量监督站副站长 。 性与稳定性，然后采用锚网喷支护。 1 ． 1 止浆墙的结构形式及厚度计算 根据现场揭露的岩层情况，主斜井岩体裂隙发 育，受掘进放炮振动等影响，会产生岩体裂隙增大 等现象，含水层上部无 良好隔水层，不具备预留止 浆帽条件。为确保注浆效果，防止浆液从底板及周 边涌出，并保证浆液在最大压力不跑浆 ，沿空隙有 效扩散，需砌筑人工止浆墙以代替止浆帽。止浆墙 应用好处在于强度高封水止浆效果好，并便于快速 施工，从技术和经济效应尽量采用 C 2 5以上的高标 快凝混凝土 ，因单级平面型止浆墙结构简单 ，施工 方便 ，决定选择混凝土平面型止浆墙。 止浆墙厚度计算 [ 1 j ．／ 1 2 ’ l 1 式 中 一 混凝土止浆墙厚度，m； 一 安全系数，取 1 ． 4 ； 一 作用在墙上的全荷载 ，W P F，N； P一 注浆终压， 注浆终压是注浆点静水压力2 - 5 倍； 1 5 8 童 媳茬 舛技 2 0 15 年 第 4 期 F 一 混凝土止浆墙的面积 ，2 5 m ； B 一巷道宽度 ，取 5 ． 2 m； 一 巷道高度，取 4 ． 6 m； 一 混 凝 土 允 许 标 抗 压 强 度，k g ／ m ， 取 2 ． 51 0 5 k g ／ m 。 经过计算，止浆墙 的浇筑厚度为 2 m，砼标号 C 2 5 ，墙外底板砼辅底，厚度 l m，长 1 ． 5 m。主斜井 经二次工作面预注浆从 1 4 8 m开始一次注浆 4 0 m，掘 进 3 0 m，留 1 0 m止浆岩帽，最后一次注浆到 2 0 8 m。 1 ． 2 注浆孔布置 为了保证注浆效果 ，钻孔布在止浆墙内布孔数 为 6 9 个 ，第一圈孔距 0 ． 4 m，第 2圈孔距 1 ． 0 m，布 孔 4 5 个 ， 第三圈孑 L 距 l m， 7 个孔 ， 布孔分布放射型 ， 预埋 q b 7 5 mm钢管，长 5 ． 0 m注浆管 ，注浆管一头 平焊 3寸标 准法 兰盘。 说 明 1 两周 边孑 L 垂 直方 向较 巷 道方 向下 ，夹角 2 4 o ，水平方向较巷道方向偏外 ，夹角 3 。 5 0 。 2底部孔垂直方向较巷道方向偏下 ，夹角 2 4 。 ，水平与巷道一致。 3 顶部孔向巷道水平向下夹角 2 1 。 。 4第三圈孔与巷道方向一致。 1 - 3 浆液注入量的估算 主斜 井 巷 道净 高 4 ． 6 m，净宽 5 ． 2 m，浆 液扩 散 面积为 1 6 6 ． 3 2 m ，则浆液注入量的估算值为 l D 翌 2 m 式 中 a一浆液损失系数，取 1 ． 2 ； 一 岩层裂隙率，取 0 ． 1 5 ； ， 一注浆段长 ，6 0 m； V一有效注浆体积 ，1 6 6 ． 3 2 m2 ； T 1一注浆充填效率 ，取 0 ． 7 ； m 一 浆 液结石 率 ，取 0 ． 8 5 。 按上式计算 ，单孑 L 浆液注入量 Q 1 4 7 9 m3 ，共 布置钻孔 6 9 个 ，则浆液总注入量为 1 0 2 0 5 l m 。 1 ． 4注浆液 配 比 此次注浆以单双液结合 ，在涌水量较大时需要 及时，封堵时可用水泥一水玻璃双液 ，水泥浆采用 4 2 5 新鲜普通硅酸盐水泥和水配制而成，见表 1 。 双液注浆由水泥一水玻璃配制而成，水玻璃浓 度为 3 5 4 o波美度，模数为 2 ． 4 ～ 2 ． 8 ，水玻璃与水泥 体积比控制在 0 ． 3 1 ，水灰 比按 l 1 考虑 ，每方浆液 含水泥按 0 ． 7 5 t 计算，水泥为 1 4 7 9 0 ． 7 5 1 1 0 9 t ，玻 璃水 1 1 0 9 0 ． 3 3 3 2 t ，止浆墙砼需 6 5 m 。 表 1 现场配制表 水灰 比 水 泥 袋 水 L 制成浆量 m 0 ． 5 1 2 4 5 7 0 1 ． 0 0 0 0．6 1 2 2 6 3 2 1 ． 0 2 6 0 ． 7 5 1 l 9 6 8 8 1 ． 0 2 9 1 1 1 5 7 31 1 ． 0 0 0 1 ． 2 5 1 l 3 7 9 6 1 ． 0 2 9 1 ． 5 1 l 1 8 1 1 1 ． 0 0 8 2 l 9 8 8 9 1 ． o 0 5 2 注浆施工工艺及安全技术措施 2 ． 1 注 浆施 工工 艺 2 ． 1 ． 1 止 浆墙 的施工 按照止浆墙的设计位置和厚度，在巷道周边凿 出基槽 ， 止浆墙混凝土标号 C 2 5 外力模板支撑牢固， 不 漏浆 ，浇筑混 凝 土要分层 捣 固 ，并 加入水 泥 3 ％ 的速凝剂 ，对于 巷道的顶底板 连接处 ，注意施 工质 量 ，巷道和混凝土要紧密连接，止浆墙打完后，洒 水养护 3 ～ 5 d ，经试验合格方可使用。 2 ． 1 ． 2 钻进作业 钻机选用T X L L 一 1 5 0 型， 钻头配备 9 0 m m钻头， 钻孔按顺序可根据现场布置，各个钻孔在钻进时一 定掌握好角度 ，不准偏斜，每孑 L 打 l m注 l m，每孔 套注 4 0 m， 终孔要实测钻具的长度 ， 确保钻孔 的质量。 2 ． 1 - 3 注浆站的布置 注浆站布置在斜井向工作面退回 1 0 m处搭一个 工作台， 布置一台2 T G 一 6 0 ／ 2 1 0 型注浆泵一台， 0 ． 2 m 搅拌机和高压注浆胶管。 2 ． 1 ． 4 压 力试验 压力试验主要用于注浆段的吸水量 ，根据吸水 量大小选定浆液类型及配比浓度，同时检查注浆泵 及管路有无泄漏，以便及时处理，压力试验尽可采 用大泵量，尽量使用压力控制在比注浆压高 0 ． 5 MP a 左右 ，压力 1 0 ～ 2 0 mi n 无 异常即可注浆 。 2 ． 1 ． 5 化 学注浆 水泥浆把大裂隙封堵后， 细小裂隙仍然漏水现象， 需用化学浆液 堵水宝 复注，彻底把细小裂隙漏水 堵死，确保凿井期问的安全施工。 预计用量 1 5 t 2 ． 1 ． 6浆压 的调 配 1 在初期注浆压力条件下，吸浆为吸水量 的 8 0 ％，可视为正常否则可调稀一级。 2当压力不变 3 0 mi n后吸浆量不变，可调 2 0 1 5年第 4期 点 媳蕉 斜 救 1 5 9 浓 一级 。 3 当压力缓缓上升， 吸浆量逐渐减少为正常， 一 直到终止 ，在浆液不超过 1 1 时，吸浆量不大于 6 0 L ／ mi n ，稳定 2 0 m i n即可结束注浆。 4 注浆停后，要压注一定量的清水 ，水量略 不大于管路的体积，每次注浆结束后都对设备和管 路进行检修，清洗或运转，为下一段注浆做好准备。 2 ． 1 ． 7 注浆效果检查 由于钻注工作采用打一孔注一孔的作业方式 ， 故后施工的钻孔可做前一孔的检查孔，确认注浆效 果 明显 ，超 前孔 检 查水 量小 于 2 m 3 ／ h 。掘 3 0 m，在 掘进前必须在巷道顶板注浆孔中插入 2寸钢管预防 在掘进期间顶板来压造成塌方，并在注浆段 内混凝 土井壁进行充填加固注浆确保施工万无一失。实测 涌水量小于 1 ． 5 m ／ h ， 达到以上要求 ，本段注浆施工 井筒注浆结束 ，本段注浆涌水量不得大于 6 m。 ／ h 。 2 ． 2注浆质 量及 安全技 术措施 1 所参加注浆工作人员，必须认真学习 煤 矿安全规程 和 煤矿建设安全规定 中的有关规定， 认真学习执行斜井施工组织设计及安全技术措施之 规定 ，提高 自身安全意识。 2注浆时对于注浆材料的凝胶时间要进行 测定 ，不符合技术要求的材料不准使用。 3为防止浆液中混入杂物堵塞管路，在搅 拌机出灰口设置过滤网。 4注浆过程中必须观察注浆压力和吸浆量 的变化情况 ，并做好记录发现异常情况立即采取措 施及时处理 。 5 注浆过程 中各工种要坚守工作岗位，把好 环节精心施工，灰浆搅拌一定先加水后加灰，保证连 续供浆不间断， 开泵人员要控制好泵量保持压力稳定。 6 井上下设立专用注浆信号和通讯设施 。 3 应用效果分析及结论 吕梁市离石区永宁煤矿斜井过流砂层超前预注 浆加固先后进行了地面和井下试验 ，实施现场注浆 前期是由于工艺配套和工人操作不熟练等问题进度 较低 ，发生一次漏顶，通过工艺改进和强化培训， 施工进度显著提高。 实施以上施工方案后 ，为了观测支护效果 ，分 别设置 了一个井筒涌水观测点和两个围岩变形观测 点。 测得注浆后涌水量由3 0 ～ 5 0 m ／ h 降至 2 0 - 6 0 m ／ d ， 斜井围岩掘开半个月左右即能稳定 ，顶板最大下沉 量为 1 4 0 mm，两帮最大变形量 l O O m m，如图 1 、图 2所示。通过分析测点数据 ，注浆效果 良好 ，顺利 通过 了流沙层 ，该煤矿斜井最终建 成。 一 1 4 0 0 1 l 00 0 2 0 0 妻器 氍4 0 0 m 2 0 0 { l I 1 0 观稠时阍 d 现稠对同 ‘ d 图 1 注浆前后 涌水量 图 2 注浆后斜井 围岩 变化 曲线 变形 曲线 施工中，经过反复实践检验，总结出一套斜井过 流砂层施工技术，取得了显著的技术和经济效益，较 好地满足了斜井井筒过流沙层的支护与加固要求，保 证了斜井井筒的长期稳定及安全使用，对相似地质条 件下矿井建设和安全高效施工具有很好的指导意义。 【 参考文献 】 [ 1 ] 梁太光 ． 冻结斜井流砂层段井壁壁后注浆技术的研 究与应用 [ J ]． 价值工程，2 0 1 3 41 0 8 1 0 9 ． [ 2] 刘志胜，管伟 ． 斜井施工过流砂层的技术应用与 探析 [ J ]． 科技博览，2 0 1 3 2 1 9 7 1 9 8 ． [ 3] 刘效贤，谢建厚，胡俊峰，等 ． 皮带平硐 穿越流 砂层加固与支护技术 [ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 1 3 0 5 ． [ 4] 张金接 ． 稳定性水泥浆体在岩体裂隙中的流动性 能及其灌浆技术 [ J ]． 水利学报 ，1 9 9 3 7 ． [ 5 ] 张奇 ． 平面裂隙接触面积对裂隙渗透性的影响[ J ] ． 河海大学学报，1 9 9 4 25 7 6 4 ． [ 6 ] 速宝玉，詹美礼 ，赵坚 ． 仿天然岩体裂隙渗流的实 验研究 [ J ]． 岩土工程学报，1 9 9 5 5 1 9 _ 2 4 ． 上接第 1 5 6页 模型拟合准确率高于以线性函数为变异模型的泛克 里金插值方法。 【 参考文献 】 [ 1 ] 翟进乾 ． 克里金 g ．m g 插值方法在煤层分布检测 中的应用研究 [ D] ． 太原太原理工大学，2 0 0 8 ． [ 2 ] 何涛，李玲 ，张武，等 ． 泛克里金的漂移函数参数 估计新方法 [ J ]． 石油仪器，2 0 1 0 46 2 6 5 ． [ 3] 颜慧敏 ． 空间插值技术的开发与实现 [ D] ． 成都 西南石油学院，2 0 0 5 ． [ 4] 范永东 ． 模型选择 中的交叉验证方法综述 [ D]． 太原 山西大学，2 0 l 3 ． 槲 赫 帮 ／ 一 I 诲 ～ 量 一 { 祝 一 一 扳 ． 一 一 ＼