立井井筒含水层地面预注浆施工技术.pdf

立井井筒含水层地面预注浆技术是矿山特殊地 层凿井的一项重要技术， 被广泛应用于矿山立井井 筒建设中，特别是在含水层厚度大、含水丰富、水压 大的基岩地层中，地面预注浆是首选的方法。立井井 筒含水层地面预注浆就是在拟建矿井井筒周围一定 圈径上通过地面打孔注浆形成帷幕， 以达到隔断含 水层与井筒过水通道之目的， 为立井井筒建设创造 有利条件。 由于立井井筒含水层地面预注浆关键技 术多，质量要求高，施工难度大，在施工过程中如果 不把握好每一道工序， 将直接会影响注浆堵水的效 果，给以后井筒的施工带来难度，影响建井的工期、 井壁质量和费用投入。 多年来， 我单位在平顶山矿区承担并完成多个 立井井筒含水层地面预注浆工程， 针对矿区平顶山 砂岩含水层厚、含水量大、水压高、高角度裂隙发育 等特点，吸取以往经验教训，科学设计，精心施工，探 索总结出一套行之有效的施工技术和方法， 取得了 较好的经济效益和社会效益， 为建井单位实现干打 井创造了条件。现结合实际施工经验，从注浆技术及 质量要求、施工技术难点、施工技术措施等方面探讨 立井井筒含水层地面预注浆施工技术问题。 1预注浆技术及质量要求 1.1技术要求 ①正确选取注浆孔的数量、孔间距、合理布置注 浆孔的位置。 ②合理选用注浆材料。 ③合理划分注浆段高，正确使用注浆参数。 ④计算井筒剩余涌水量， 对注浆堵水效果进行 质量评定。 1.2质量要求 ①孔斜。 注浆孔偏斜率控制在0.8以内。 ②井筒涌水量。 注浆段的井筒剩余涌水量不大 于6m3/h。 2施工技术难点 ①如何通过有限的钻孔数量对穿过井筒的主要 裂隙进行有效控制，需要做一系列的技术工作。特别 是对类似平顶山砂岩近垂直裂隙非常发育， 而侧向 作者简介郭培强1971，男，工程师，探矿工程专业，主要从事钻 探工程和岩土工程施工及管理工作。 收稿日期2009-05-11 责任编辑樊小舟 立井井筒含水层地面预注浆施工技术 郭培强，尚国安 （中国平煤神马集团勘探工程处，河南 平顶山467000） 摘 要在矿山立井井筒建设中，立井井筒含水层地面预注浆技术是对含水层厚度大、含水丰富、水压大的基岩地层 进行水患防治的首选方法。 通过对其施工技术要求、质量要求及施工技术难点的分析，总结出了在注浆孔布置、孔斜 控制、冲孔和洗井、注浆材料的选择、注浆段的划分、注浆顺序和注浆压力诸方面的施工技术措施，并以平煤五矿风 井井筒地面预注浆工程为例进行了说明，提出了地面预注浆技术的技术关键点和注意事项。 关键词立井井筒；强含水层；地面预注浆；施工技术 中图分类号TD262.11文献标识码A Vertical Shaft Aquifer Surface Advance Grouting Engineering Technique Guo Peiqiang, Shang Guoan Exploration Engineering Department, Shenma Group, Zhong Ping Energy Chemical Group, Pingdingshan, Henan 467000 Abstract In coalmine vertical shaft construction, the vertical shaft aquifer surface advance grouting technique is the preferred to control mine flooding in thick aquifer, abundant water high water pressure bedrock strata. Through analyses of engineering technical requirement, quality requirement and engineering technique difficulty, summarized technical measures of grouting holes layout, deviation control, boring and hole ing, grouting material selection, grouting sector division, grouting sequence and grouting pressure, and explained by the example of Pingdingshan No.5 coalmine ventilating shaft surface advance grouting engineering, pointed out technical key points and matters needing attention. Keywords vertical shaft; strong aquifer; surface advance grouting; engineering technique 中 国 煤 炭 地 质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．21 Sup.2 Sep．2009 第 21 卷增刊 2 2009 年 9 月 文章编号1674－1803（2009）S2－0060－02 doi10.3969/j.issn.1674-1803.2009.09.018 增刊2 裂隙非常不发育的含水层， 其布孔是否合适尤为重 要。 ②孔斜要求为每百米偏移不大于0.8m，当地层 条件较差时，孔斜极易超限，一旦孔斜大，且各孔的 孔斜方位不相同时， 就会造成钻孔孔身间位置的变 化，从而形成盲区。 ③冲孔洗井效果不好会影响浆液对裂隙的有效 充填，影响止水质量和抽水资料的准确性。 3施工技术措施 3.1注浆孔布置 注浆孔的数量及布置即要考虑确保注浆质量， 又要考虑尽量减少工程量和便于钻场布置和施工。 3.1.1注浆孔的布置原则 根 据 矿 山 井 巷 工 程 施 工 及 验 收 规 范 （GBJ213-79）的规定，“地面预注浆孔，宜在井筒荒 径外不超过1.5m处的同心圆的周围上，按等距离排 列。 ”通过我们的实践，认为注浆孔布置在井筒荒径 外1.0m处的同心圆的圆周上，按等距离排列较为合 适， 其孔口的坐标位置要根据穿过井筒的主裂隙方 向具体确定。要保证钻孔尽可能多地揭露裂隙，减少 对个别大裂隙的重复控制， 而有的大裂隙没有揭露 形成盲点， 这一点对高角度裂隙发育而裂隙连通性 较差的含水层尤为重要，就平顶山矿区而言，平顶山 砂岩就属于此类含水岩层。 平顶山砂岩高角度裂隙 极为发育，各主要裂隙几乎平行分布，相邻裂隙在一 定范围内基本不连通，有部分偶见细小裂隙连通，从 而形成了相对独立的导水通道。 3.1.2注浆孔的数量 根据矿山井巷工程施工及验收规范的规定， 注浆孔的数量以3～6个为宜。 这一规定对水平节理 发育的地层来说是合适的，而且以取大值为宜，而对 高角度裂隙发育， 而侧向裂隙不发育的地层来说是 不合适的。因此，在确定注浆孔数量之前要对受注层 的裂隙特征进行分析研究，找出其发育规律，确定孔 间距，进而计算出注浆孔的数量。我们施工井筒平顶 山砂岩注浆段的成功经验，是通过对井检孔资料、岩 层露头、附近采石场岩石揭露等资料分析，选取注浆 孔间距为4m左右， 因此实际注浆孔数均达6～8个 以上，现在已按10～12个孔布置。 3.2孔斜控制 控制孔斜，重在防斜。 造成孔斜的因素很多，这 就要从施工技术上去克服， 防斜工作要重点从以下 几方面来把握。 ①抓好设备的安装。 由于预注浆施工需多钻机 平行作业（一般按2轮施工），水、浆液、冲洗液等液 体介质多，要求集中设置循环系统、供排水系统，对 钻场特别是塔基部分要预制灰土盘， 增大基础的承 载力和防浸泡能力。钻塔底座要水平，钻机安装要水 平、周正、稳固，确保“三线对中”。 ②钻 具 组 合 要 合 理 。 注 浆 孔 孔 径 一 般 为 Φ113mm，钻具的组配要遵循“粗、重、刚、直”的原 则，采用Φ83mm钻铤，并合理安设扶正器，使加压 钻具特别是加压钻具的下部形成多点扶正， 增加钻 具的稳定性。同时要保证钻铤的使用数量，确保中和 点落在钻铤上。 ③把好开孔防斜关。开孔钻进一般为加压钻进， 要保证开孔直，一要用好开孔钻具，二要合理选用工 艺参数。开孔时要使用短直不旷动的主动钻杆，粗径 钻具要随钻孔延深逐渐加长到6m以上； 钻进要选 用轻压、慢转、大泵量的工艺参数；开孔若为第四系 地层，还要采取“划眼”钻进的工艺方法。 ④及时测斜和纠斜。 按要求每钻进20～30m测 斜一次，发现孔斜及时降斜或纠斜。由于地面预注浆 孔孔深相对较浅，如果孔斜超限严重，纠斜效果不明 显时，要重新开孔补孔。 3.3冲孔和洗井 井筒预注浆工程一般采用多注浆段施工， 一个 孔一个注浆段出现质量问题就会影响整个工程的质 量，因此注浆前岩层裂隙是否畅通非常重要。减少人 为因素对裂隙通道的影响， 要重点把握以下两个方 面一是冲洗介质的选用，二是冲孔洗井操作。 3．3．1冲洗介质的选择原则 ①首选空气钻进。 空气钻进不仅对裂隙通道人 为堵塞影响最小， 而且还起到洗井打开裂隙通道的 作用， 如果配合潜孔锺钻进技术还有利于提高钻进 效率，缩短工期。 ②次选清水钻进。 清水钻进可以克服泥浆钻进 对地层的污染。 ③第三选择泥浆钻进。确因地层不稳定等原因需 要用泥浆护壁时，选择泥浆钻进。 对泥浆的使用一是 要加强除砂，减少岩粉二次入孔，二是要加强泥浆性 能的调配，通过提高泥浆粘度，降低泥浆密度等措施， 减少液柱压力，从而减小泥浆在裂隙中的扩散范围。 3．3．2冲孔洗孔 冲孔是每个注浆段注浆前必不可少的一个环 节。 每次冲孔时间不得少于30min，以孔口返出清水 基本无岩粉为止。 如果裂隙小，冲孔效果不好时，要 进行洗井。 3．4注浆材料 自1992年以来， 我们学习其它单位的经验，利 用粘土水泥浆作为注浆材料， 已经在多个井筒地面 预注浆中取得成功。 （下转第107页） 郭培强，等立井井筒含水层地面预注浆施工技术 61 增刊2 粘土水泥浆是以粘土为主要成份 （占固体材料 的8590），可以就地取材，只要粘土呈高中塑性、 粘粒多，含砂量少，就可使用。 使用粘土水泥作为注浆材料， 不仅节省大量水 泥，降低了施工成本，而且粘土水泥浆具有很好的可 调性、可泵性、可注性，不易被水稀释，输送过程不凝 固、不易堵管堵孔，停止流动后，具有塑性强度、结石 率高、 结石后具有良好的隔水性和耐久性等诸多优 点。 3．5注浆段的划分和注浆 ①注浆段高的划分要根据井筒受注含水岩层的 埋藏条件、风化程度、裂隙发育情况、受浆能力以及 注浆泵性能等因素确定， 一次注浆段的段高可选择 540m，裂隙发育较均匀时，注浆段高可适当加大。 实际施工时还要根据具体情况及时调整段高， 通过 合并注浆段或增加子段等措施来达到设计要求。 ②注浆顺序一般采取分段下行式， 这种方式的 最大优点是有利于保护孔壁和止浆。 当岩层稳定且 垂直节理不发育，并在含水岩层中间有隔水层时，可 采用上行式注浆。 由于平顶山砂岩裂隙发育的特殊 性，我们施工的工程均采取了下行式的注浆顺序。 ③注浆压力的选用取决于诸多因素， 选用的注 浆压力即要保证浆液扩散到设计的扩散半径， 又要 不至于扩散太远造成浪费。 注浆终压应采用静水压 力值的2～4倍， 使用粘土水泥浆时要达到5倍或5 倍以上。 4工程实例 2005年我单位承接平煤五矿风井井筒地面预 注浆工程， 该工程注浆段穿过的地层自上而下依次 为第四系粘土卵石层，层厚25.7m；金斗山砂岩，层 厚68.74m；平顶山砂岩，层厚111.36m；九煤顶板砂 岩，层厚57.89m。 三层基岩含水层累厚237.99m，高 角度裂隙发育，预计井筒涌水量302.78m3/h，仅平顶 山砂岩段的涌水量就超过200m3/h。 根据井检孔和广场内已有井筒的相关资料，经 过认真论证和分析， 在井筒荒径外1m的圈径上按 4.12m的孔间距均布注浆孔8个， 每孔按9个注浆 段进行注浆，采用以粘土水泥浆为主，以单液水泥浆 为辅的注浆材料，注浆最大压力取静水压力的5倍， 采用下行式注浆方式等技术方案开展注浆工作。 工 程竣工后，通过凿井开挖证实，实测井筒注浆段的剩 余涌水量不足6m3/h，完全满足技术要求，达到了预 期目的，取得了较好的效益。 5结语 立井井筒含水层地面预注浆由于其关键技术 多，质量要求高，施工难度大，因此，在施工中要抓好 每一道工序，重点抓好关键技术工作，精心设计、精 心施工，通过良好的技术手段来保证工程质量。一是 要合理选择注浆孔数量和布孔位置， 最大限度地去 揭露和控制裂隙；二是要把好防斜关，控制孔斜不超 限；三是根据不同地层条件，选择冲洗介质，减少对 地层的污染；四是认真选用注浆材料，推荐使用粘土 水泥浆；五是合理选择注浆顺序和注浆参数；六是认 真做好注浆前和抽水试验时的冲孔和洗井工作。 参考文献 [1]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京煤炭工业出版社.2003. 风化层厚度约40～60m，矿体矿化体。 2007年在上述异常地段采用地质测量与钻探 相结合的手段，先后圈定矿化体17条，并且在部 分矿化体的深部找到原生铜多金属矿。 在已施工 的17个钻孔中， 见矿钻孔有11个， 见矿率高达 65。 4结论 常规物探方法具有快捷高效的特点。 通过本次 物探工作， 在莫若格钦测区内发现已命名的激电异 常六处，磁异常三处。 经验证，已在P1、P2、P3、异常 地段发现具一定规模的铅锌银矿体， 在IP4异常地 段发现铅锌银和铜银矿化带。 在本区取得了找矿突 破。 由此可见，激发极化法、高精度磁法在研究区进 行直接或间接找矿的方法是可行的，效果是显著的。 电磁法资料还提供了有关构造格架和控矿因素等方 面的信息，为研究本区的矿床成因、寻找新的矿体提 供了可靠的依据。 参考文献 [1]孙晓昔,大功率激电测深在寻找有色金属矿方面的应用[J].地质装 备，2007，915-17. [2]黄仙珊,激发极化法在桃坪山铅锌矿区的应用效果[J].福建地质， 2006，253P132-140. [3]李荣光，内蒙莫若格钦铜多金属矿调查工作成果报告[R].华北地 质勘查局519大队，2006. （上接第61页） 李荣光，等常规物探方法在内蒙莫若格钦多金属矿调查中的应用 107