鲍店煤矿井筒注浆加固方法及效果.pdf

5 4 煤 田地质 与勘探 C 0AL GE0I 0GY ＆ E XPI 0RATI ON Vol l 2 6 No．6 Dec ． 1 9 98 √ 一廿 店煤矿井筒注浆加 固方法及 粱作 江 阎 军 充州矿业 集 团地 质工程公 司 邹城 2 7 3 5 0 0 摘要阐述 丁鲍店煤矿主 、 副井筒的破坏机理， 选择 地面注浆方法加 固井筒 ， 采用水泥一水玻 璃浆液作为注浆材料 ， 采取上行 式和 闻歇式注浆工艺。并介 绍了注浆治理 的效果和夸后 的改进方 蓍 书 羹 P 4Z 26带 中 国 图 书 资 料 分 类 法 分 类 号 ． 『 作者简介 粱作江 男 3 1岁 工程师 煤田地质与矿 井地质 1 引 言 鲍店煤矿是年产 3 0 0万吨的特大 型矿井 ， 采用 立井开拓 ， 工业 广场 内凿一对主、 副井 ， 第一生产水 平 为 4 3 0 m。矿井 主、 副井分别 于 1 9 7 7年 1 O月和 1 9 7 8年 4月 1日破 土动 工 ， 1 9 8 5年 1 2月 移交 生产 。 1 9 9 5年 6月 5日～7月 1 2日， 鲍 店矿 主、 副井 筒分别发现了井筒破坏。 副井刚性罐道 出现变形 ， 主 井井壁砼脱落。经检查 在井深 1 3 6 ～1 4 4 m处井壁 严重破坏 ， 环形裂隙沟通 图 1 、 2 。 2 并简破 坏机理 根据鲍店煤矿建井地质报告资料 ， 井筒 附近第 四系总厚 1 5 0 I n ， 分上、 中、 下三组， 上组厚 Z 5 m， 主 要为砂及砂砾 层 ， 为本地区主要 含水层 ； 中组厚 7 O i n． 主要 由粘土、 砂质粘 土组成， 为 良好隔水层 ； 下组 厚 5 5 m， 为砂及 粘土互层 ， 是本地 区的另一个主要 含水层。 由于下组全隐伏于透水性不 良的中组之下， 地下水的主要补给来 源是上部的微弱垂直渗透和山 坡风化残积带补 给， 故下组 各含水 层虽含水丰 富 ， 盎东 甫 西 毙 北 靠 罐 道 i 一 ～ i 8 卜 gT 圈 1 主井 井筒 开裂情况展开 图 注 单位为毫米 但补给条件较差。 经井 田抽水证实， 下组与风化基岩 带有水力联系。 第 四系以下的地层分别为侏罗系、 二叠系、 石炭 系和奥陶系灰岩 ， 其中二叠 系山西组含主要可采煤 层3煤 ， 厚度为 8m。 因大面积开采 3煤层 ， 裂隙 带 已延伸至侏罗 系砂岩， 造成第 四系下组水 向下垂 直补 给 据 水 文 观测 资 料， 1 9 8 8年 1 1月 成 孔 的 Q 。 号水文 长观孔下组 的稳定 水 位埋 深 为 7 2 ． 2 5 m； 1 9 9 5年 8月已降至 8 8 m。 由于水位下降 ， 含水层 固结沉缩 ， 地表随之产生沉降。 据观测资料 ， 1 9 8 5年 至 1 9 9 5年 ， 井筒附近地表下 沉 1 2 0 mm 地层沉降 对井壁施加了巨大 的竖向摩擦 力， 而井筒设计 时并 未考虑这一竖向附加荷载 ， 当竖 向附加荷载超过井 筒竖向抗压极 限强度时 ， 井筒发生破坏 。 3 钻孔 布置 方式 鲍店煤矿 主、 副井筒各布置注浆孔 1 o个 ， 孔深 1 5 3 ～1 5 8 m。注浆孔布置圈径主井为 3 0 m 副井 布 置圈径为 内圈 2 3 m， 外 圈 2 6 m， 主井布置检查孔 1 个 1 3号孔 ， 如图 3 。 7 2 0 0 I 1 。 图 2 副 井井 筒开裂情况展开 圈 ■ 罐 道桨 3i I 堵道 蘩 3 罐 道禁 个 狮 习 维普资讯 ● 第 2 6期 粱作江， 阎军 鲍店煤矿井筒注浆加 固方法及效果 5 5 4 注 浆方 式 4 ． 1注浆 深度 第 四系下组的深度为 9 O ～1 5 0 r i b ． 大部分地层 为砂层、 牯土层交替 出现 ， 是注浆的理想层位。据国 内统计资料 ， 目前尚未发现井简破坏深度小于 8 5 m 的先例。因此 ， 确定注浆深度从 9 0 m开始。第 四系 下伏 的侏罗 系砂岩风化带发 育． 岩石破碎 ， 含水 丰 富 ． 与第四系有 良好 的补给关系。 为取得更好 的加固 效 果， 防止井简破坏向下发展， 加固帷幕体基础 ， 基 岩风化带注浆深度为 3 m。 4 ． 2 浆 液选择 为保证井筒治理后具有长期的安全性 ， 选择水 泥作为注浆材料 ， 配以 5 的水玻璃 ， 配制成水泥一 水玻璃浆液， 相对密度一般 以 1 ． 5 ～1 ． 6 为宜。这种 浆液凝胶时间短 ， 固结后的帷幕体具有稳定的长期 强度 ， 能承受地表下沉时产生的巨大竖向压力 。 4 ． 3注 浆方式 采用 下行 式 注 浆方式 ． 先 打钻 到 9 0 m， 下人 1 2 7 11 1 11 1 套管封闭以上层段 ； 注完第一注浆段后再 钻进第二注浆段 ， 直到最后一段 。利用此方式 注完 7 、 1 0 、 1 3 、 1 8孔 发现 ． 下行式 注浆造 成浆液 分配不 均 ， 浆液在下行过程 中更多地进入上部 ， 真正进入下 部 的较少 ， 造成井 简受力不均， 出现更严重 的变形 ， 致使后续的钻孔无法正常连续注浆 。因此剩余的钻 孔采用上行式注浆 ， 即 1 2 7 11 1 11 1 套管一次下入孔深 1 5 0 m 处 ， 封闭以上层段后 ． 首先对基岩段注浆 ， 打 实井茼下部基础 。 然后逐段向上射孔注浆 ， 采用石油 用射孔弹射穿欲注 目的层进行注浆 ， 直至上部 上行 式注浆浆液直接进入 目的层 ， 缓解了井筒 因一点注 浆造成的压力失控 ， 使井筒处于安全的受控状态 5注浆机 理 以往认为注浆保护井筒的机理一般为充填作 图 3 主 、 副井钻孔布置 图 用、 膨升作用 和加固的作用 ， 浆液以钻孔 为中心 向四 周均匀扩散 。但根据注浆结束后淮南矿业学 院所作 的声波检测看 ， 浆液在钻孔 四周的扩散是不均匀的． 钻孔一侧出现水 泥富集区 ， 另一侧则没有。 后续施工 的主井检查孔揭示 ， 水 泥浆液最易在砂层 与牯土层 的交界处呈较厚 的 2 ～5 11 1 11 1 层状 向外扩散 ． 其 次 在粘土层的裂隙面形成较薄的 1 mm 水泥层 ， 而在 孔隙发育、 认为浆液最易扩散的砂层中却没有水泥 。 水泥浆液在注浆泵的压力 4 ～6 MP a 作用 下 通过注浆管路到达 目的层 ， 劈开地层 中最 薄弱的地 方 ， 形成水 泥浆 通道 ， 浆 液就沿着这 一通道 向外 扩 散。 砂层与粘土层交接面、 粘土层中的裂隙是地层中 结台力薄弱处 ， 最易形成浆液通道 ， 形成检查孔所见 的水 泥 层 。 6 注浆效果 从 1 9 9 6年 3月 5日至 1 9 9 7年 5 月 2 5日， 主井 注 入水 泥 5 7 3 7 t ， 副 井注 入 水泥 4 2 2 9 t 根 据 注浆 前 l 3 号孔和注浆后主井检查孔取样化验资料， 下组 地层 注浆前后发 生了显著变化 ， 地层因水 泥成层状 挤入而被压实、 压密 ， 岩层含水量降低 ， 相对密度增 大 表 1 。 井筒破坏的危险期为每年的 ～8月份。 经过注 浆加固， 井筒安全渡过了 l 9 9 5 、 l 9 9 6年两年 的危 险 期 。经专家预测 ， 井简经过该阶段治理加固 ． 稳定期 为 5 ～1 0年 。 裹 1 注 浆前后岩层物性对 比裹 7结论 鲍店煤矿主、 副井井筒 注浆加固工程历 时 1 年 3个月 ， 共注入水泥浆 9 9 6 6 t ， 井筒安全渡过了两年 的危险期 ， 进入稳定期 ， 保证了矿井正常生产 。井筒 的注浆加 固帷幕厚度大 ， 井筒稳定时间长． 不影响矿 井正常生产。 实践证明 ， 该方法是治理井筒 破坏的有 效 方 法 。 收 稿日 期 1 9 9 8 0 0 4 I N 维普资讯