冻结立井井筒壁内注浆封水施工技术.pdf

冻结立井井筒壁内注浆封水施工技术 方体利,王敏建,崔建井,李 建 中煤三建71处,安徽 宿州234000 摘 要冻结立井壁内无夹层注浆,可注性差,吸浆量小,扩散范围小,出水点不易确定。通过采用 整体下行、 分层上行注浆、 对点注浆、 连续注浆,以及含砂层上下层界面密布孔先注浆,后注中间段、 安装 孔口管防喷、 止浆装置等综合注浆技术,保证注浆安全施工,加固了砼井壁,有效封堵涌水通道,提高了 注浆封水效果,堵水率达88.7 。 关键词立井井筒;漏水;壁内注浆封水 中图分类号TD265.4 文献标识码C 文章编号1008 - 44952006 S1 - 0088 - 03 收稿日期2006 - 03 - 01 作者简介方体利1965 , 男,安徽五河人,1987年毕业 于淮南矿业学院采矿系矿建专业,现任中煤第71工程处副总 经理、 总工程师。 济西生建煤矿设计生产能力为0. 45 MtΠa ,采用 立井开拓方式。主井井筒深571. 5 m ,井筒表土层 厚457. 78 m ,冻结深488 m ,冻结段掘砌深483 m。 主井套壁于2003年7月结束,主井筒于12月落底。 目前正进行- 480 m水平井底车场及相关硐室施工, 2005年6月井筒出现漏水,至7月16日井筒漏水明 显增大,漏水量由5.55 m 3Π h增至23. 6 m 3Π h ,平均日 增加1. 05 m 3 。经现场勘察发现,在井筒- 260～ - 310 m段漏水量较大,在- 297.5 m及- 305.2 m处 有2道环向收缩裂缝砂砾层与粘土换层处 , 多个 集中出水点,水质较清,水温较低,经分析出水原因 为冻结壁解冻后,砂砾含水层沿井壁裂缝孔隙漏水。 通过采取综合注浆措施后,实测漏水量由23.6 m 3Π h 降至2.671 m 3Π h。 1 工程及地质概况 主井井筒净直径4.5 m ,净断面15.9 m 2 ,外壁厚 450～900 mm ,为单排钢筋砼支护,内壁厚450～ 850 mm ,为双层钢筋砼支护,冻结段砼标号C30～C65。 基岩段87.8 m ,为单层素砼支护,支护厚350 mm ,基 岩段砼标号C30。主井井壁结构见表1。 表1 主井井壁结构表 标高Πm - 10.5～ - 180 - 180～ - 230 - 230～ - 280 - 280～ - 340 - 340～ - 400 - 400～ - 438 - 438～ - 447 - 447～ - 461 - 461～ - 483 内壁厚度Πmm500500650650650850850850850 外壁厚度Πmm450500550600650800850900800 根据钻孔钻探资料,主井表土段位于第三系、 第 四系地层中。第四系地层0～83. 29 m ,厚83. 29 m , 其中粘土及砂质19层;第三系地层83. 29～457. 78 m ,厚374.49 m ,主要由粘土及砂质粘土、 砂及粘土质 砂、 砾土层、 岩层组成,分别占四系地层总厚度的 65.8 ,29.6 ,3.5 ,1.1 。 主井井筒- 260～- 310 m处集中出水段属第三 系地层, - 257. 8～- 260. 3 m为含砾中砂, - 280.8～ - 282.9 m为含砾粗砂, - 290. 8～- 297. 5 m为砾石 层, - 299.1～- 305.2 m为含砾粗砂。 根据主井筒2号检查孔提供的资料,0～400 m 有2个含水层组,即第四系含水层组及第三系含水 层组。第三系含水层组粘土层较厚,基本不含水,是 良好的隔水层,第三系砂层较松散,富水性较强,第 三系下部砂层多不纯,充填有粘土质,多数成半固结 状,富水性较差。 2 井壁渗漏水原因分析 1 对深厚粘土层采取强化冻结,冻结壁温度较 低,在粘土与砂层换层处温差较大所产生的温度应 力造成砼裂缝。 2 高标砼在凝固过程中温度较高,水分蒸发,体 积收缩所产生的干缩裂缝。 3 主井外壁采用下行式金属模板,短段掘砌施 工中接茬不实。液压滑升模板套砌内壁滑升时,局 部砼表面被拉裂产生表面裂缝。 4 井壁内外层之间夹层缝隙。 主井在冻结壁解冻后砂砾含水通过以上裂缝、 孔隙等过水通道产生井壁渗漏水。 88 2006年6月 矿业安全与环保 第33卷增刊 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 壁内注浆参数 3.1 浆液类型 本次注浆采用水泥浆和水泥水玻璃双液浆两 种,水泥选用P.O42. 5R普通硅酸盐水泥,水玻璃选 用40～45 Be′,模数2.8～3.2。 3.2 浆液配比 水泥浆水灰比取0.75∶1 , 1∶1 ,1. 5∶1三种,双液 浆C∶S 1∶0. 6 ,采用立式搅拌机搅拌。本次注浆以 双液浆为主,水泥浆以浓浆为主,注浆时宜先注稀 浆,后注浓浆。 3.3 注浆压力 对井壁强度进行核验 [1] pKE 2 2R0EΠ 2 R0E 2 1 式中 K 井壁允许抗压强度,KRΠn; R 井壁材料极限抗压强度,MPa ; n 安全系数,n 2 ; R0 井筒净半径,R0 2.25 m; p 注浆部位井壁承压能力, MPa ; E 井壁厚度,E 0.65 m。 由主井施工图 - 230 m以上R 30 MPa ,内壁 厚0.50 m; - 230 m以下,R 50 MPa ;壁厚0. 65 m。 代入式1得 - 230 m以上,p 2. 48 MPa ; - 230 m 以下,p 4.98 MPa。 经综合考虑, - 230 m以上注浆压力为3 MPa , 终压为4.5 MPa ; - 230 m以下注浆压力为4 MPa ,终 压为5.5 MPa ,施工时严格控制注浆终压。 3.4 注浆量 为达到最佳注浆效果,在不超过注浆终压情况 下,可大量注浆。 3.5 注浆孔深度 注浆孔深度为超过内壁进入外壁100 mm。 3.6 注浆结束标准 1 单孔结束标准达到终压,出水点不再漏水。 2 整个注浆段应无集中出水点或成片渗漏水。 3 整个井筒漏水量符合规范要求。 4 壁内注浆施工 4.1 施工方案 本次注浆目的是内外壁夹层注浆堵水。采用整 体下行,分层上行注浆方式 [2] 。 1 井壁裂缝漏水处,采取下行式注浆,集中出水 处先注浆,分散漏水处后注浆。 2 井壁漏水范围同含水层厚度一致时,可先在 下层界面注浆,然后在上层界面注浆,最后中间注 浆,以防驱散地下水,扩大漏水区。采用单液及双液 注浆,注浆泵及造浆站布置在上井口,通过注浆管路 对井壁夹层进行注浆,在罐笼上搭设工作台进行钻 孔及注浆作业。 4.2 注浆施工 1 注浆范围为冻结表土段,垂深260～310 m为 重点注浆段。 2 注浆设备采用2TGZ- 60Π210型注浆泵,立式 搅拌筒,Φ25 mm高压胶管。 3 造浆站布置造浆站设置于地面井口东侧,由 双路高压胶管输送浆液至井壁注浆段。 4 工作台搭设在罐笼上搭设工作台进行钻孔 及注浆作业。 5 注浆孔布置排距① 集中出水段为6 m ,无出 水段10 m;② 每周布孔4～6个,注浆孔数可根据现 场堵水情况增减。注浆孔深入外壁100 mm。 6 孔口管施工用 Φ42 mm钻头在内壁打孔,孔 底留100 mm井壁作为保护层,将 Φ40 mm5 m无 缝钢管加工的孔口管缠上麻线,孔口管加工成倒马 牙扣型,用风钻配专用自制顶具装入孔内,外露 50 mm,孔口管外装25 MPa高压球阀,必须经清水试 压合格。孔口管试验压力必须大于注浆压力1 MPa , 保证孔口管的承压控水能力及安全装置灵活可靠。 再用 Φ28 mm钻头套孔钻进,钻透内壁进入外壁 100 mm。 7 集中出水段注浆施工在- 297. 5 m及 - 305.2 m处有2道环向裂缝,裂缝均布在井筒东部 及西部,长2～3 m ,宽1～2 mm ,漏水形态为沿裂缝 顺井壁渗漏水及线状喷水。注浆采用先注出水区段 下层界面- 310 m水平。在集中出水点漏水量较大 时,在距集中出水点500 mm处,布孔注浆。集中出 水点较小时,采用顶水注浆。该层注浆无渗漏水后, 用同样方法注集中出水上层界面- 260 m水平。最 后从- 310 m水平向上按设计布孔注浆。 8 跑浆、 漏浆、 防喷处理方法可采用缩短凝胶 时间、 间歇注浆、 打入木楔、 棉纱、 双液浆等方法进行 处理 [3] 。在孔口管端部50 mm处加焊100 mm 100 mm5 mm钢板防喷水、 止浆盘,在装入孔口管 前在防喷、 止浆盘处缠麻线,保证孔口管紧贴壁面, 有效防止突水、 跑浆现象。 9 井筒内注浆泄压浆液处理在罐笼下层放一 辆矿车,把泄浆管接至矿车,用于存放浆液。 10 输浆管路布置输浆管采用 Φ25 mm高压胶 管沿井筒压风管路敷设,每5 m用10 铁丝绑扎 1次,每20 m用U型卡一道固定,直至注浆位置,注 98 2006年6月 矿业安全与环保 第33卷增刊 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 浆管路采用2路高压胶管连接至注浆位置。 11 造孔注浆工艺流程钻孔Φ42 mm→安装 孔口管 →安装高压球阀 →进行耐压试验 →在孔 口管内套孔钻进 →放水 →注浆管路及混合器安装 →清水试验 →测定静水压 →注浆。 5 施工注意事项 1 注浆泵、 高压管、 混合器、 球阀在正式注浆前 应压清水试验,一切正常后再向孔内压清水试压及 观察出水点井壁变化情况,注浆时宜先注稀浆,后注 浓浆。应连续注浆,因故障等原因停注时,应注清水 冲洗管路;注水玻璃浆前、 后均应注清水冲洗管路, 保证注浆管畅通。 2 严格按设计注浆压力进行注浆,保证注浆压 力表完好,严禁无压力表监测控制进行注浆,无论地 面、 井下压力表超过设计值时,都必须及时泄压、 停 机。泵站司机时刻观察压力表的变化,如压力突升 或突降,要及时停泵查明原因,进行处理。 3 钻孔施工前应对排水设备进行检修,保证在 钻孔突水时能正常运转及时排水。 4 拌浆人员要严格控制浆液配比,按设计配比 拌浆。为防止纸屑、 石子及其它杂物进入泥浆池,放 浆口应设过滤网;水泥浆采用电动搅拌器搅拌,防止 水泥浆沉淀。 5 注浆期间要设专人注意观察井壁是否有变 形、 掉块、 跑浆、 漏浆等现象,发现问题立即停止注 浆,进行处理。 6 下放注浆管路前,必须对每根注浆管进行导 通试验及接头连接试验,接头必须用专用U型卡连 接,保证连接牢固可靠。 6 注浆效果 主井筒注浆深506 m ,注浆施工30 d。共造孔 319个,完成钻孔进尺236.45 m ,安装孔口管319根, 孔口管总进尺165.8 m ,注水泥224.3 t ,水玻璃12 t。 通过采用整体下行注浆,分层上行注浆,最后自下而 上进行复注的注浆方案,有效封堵涌水通道,提高注 浆封水效果,达到了预期注浆效果。经实测注浆前 漏水量为23.6 m 3Π h ,注浆后漏水量为2.671 m 3Π h ,堵 水率达88.7 ,且无明显出水点。同时对井壁进行 了注浆加固,提高了井壁质量,取得了较好的技术和 经济效果。 7 结语 1 主井筒内外壁之间原设计无夹层,套壁后未 进行壁内注浆。主井筒深厚表土层采用积极强化冻 结,冻结壁较厚,解冻时间较长。2003年6月停冻至 2005年6月出水,解冻期2 a。主井筒经注浆后,实 测漏水量2. 671 m 3Π h。经一段时间观测,漏水量基 本稳定,证明注浆时间与方式选择合理,注浆施工取 得了预期效果。 2 由于立井壁内无夹层,注浆时吸浆量小,可注 性差,扩散范围小,采取加大注清水压力扩孔,在水 内加适量水玻璃润滑通道,增大终压等措施,获得较 好的注浆效果。 3 注浆前应对注浆设备、 搅拌系统进行检修试 运转,对易损部件购置备用,防止因设备故障影响注 浆施工。 4 采用主副提升罐笼放置同一水平,搭设注浆 工作平台,注浆站设在上井口,提高工作效率,改善 作业条件。 5 对注浆孔口管进行改进,加装防喷、 止浆装 置,采用孔口管套孔钻进,有效防止突水、 跑浆现象, 保证安全注浆施工。 参考文献 [1]沈季良,崔云龙,等 1 井巷工程施工手册[M].北京煤炭 工业出版社,1980 [2]矿山井巷工程施工及验收规范编写组.矿山井巷工程施 工与验收规范[M].北京计划出版社,1991 [3]中国矿业学院.特殊凿井[M].北京煤炭工业出版社, 1981 责任编辑卫 蓉 上接第87页 4 结语 采用锚注支护技术能有效地固化围岩,使巷道 松散岩体形成一个再生自然拱,提高了围岩的自承 能力,使围岩内部的位移量减小,巷道变形得到了明 显控制,使矿井软岩巷道巷修周期得以延长,改善了 巷道状况,减小了矿井通风阻力,提升了矿井的安全 能力。实践证明,锚注支护技术对于控制软岩巷道 的变形具有显著经济效益,而且其施工工艺简单,操 作方便、 安全,成本低廉,该技术不仅适用于巷道维 修,而且对于其它不稳定地层中的支护有着较好的 应用价值,该支护技术在土城矿得到广泛应用,在长 9 km的1495主平硐扩巷及维修过程中,全部采用锚 网喷锚注支护。 责任编辑吴自立 09 2006年6月 矿业安全与环保 第33卷增刊 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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