井筒:预注浆范文

井筒:预注浆范文（精选8篇）

井筒:预注浆 第1篇

1 地质及水文地质概况

(1) 地层。

井筒注浆段穿过的地层自上而下依次为第四系地层、三叠系石千峰砂岩、二叠系平顶山砂岩和九煤组地层。①第四系厚25.70 m, 埋深0～25.70 m, 上部为黏土层, 下部为卵石夹黏土层。②石千峰砂岩厚68.74 m, 埋深25.70～94.44 m, 由红褐色长石石英砂岩与泥岩及砂质泥岩、粉砂岩互层组成, 裂隙发育。③平顶山砂岩厚111.36 m, 埋深94.44～205.80 m, 主要由灰白—褐色中至粗粒石英砂岩和长石石英砂岩组成, 中间夹薄层泥岩、砂泥岩及粉砂岩, 底部含砾石, 裂隙发育。④九煤组地层厚度69.20 m, 埋深205.80～275.00 m, 主要由砂岩、泥岩、砂质泥岩和九煤组成。其中, 九煤顶板砂岩厚57.89 m, 为灰白—灰绿色粉砂至粗砂岩组成, 成分以石英、长石为主, 裂隙发育。

(2) 水文地质。

根据注浆孔段穿过的地层层段划分, 分为4个含水层组。根据附近平煤六矿进风井井检孔的抽水试验资料, 井筒275 m以浅基岩含水层段的预计涌水量为302.78 m3/h, 说明本地区275 m以浅基岩含水层的含水量丰富。①第四系含水层组。含卵石5层, 总厚度6.1 m, 埋深12.60～25.70 m, 属孔隙潜水含水层, 卵石孔隙为黏土充填, 含水很弱。②石千峰砂岩含水层组。总厚度68.74 m, 裂隙发育, 水位标高+211.16 m, 属风化带裂隙承压含水层, 含水较弱。③平顶山砂岩含水层。总厚度111.36 m, 裂隙发育, 在五矿进风井井筒施工时, 实测该段的井筒涌水量已超过了200 m3/h, 水位标高+164.44 m。④九煤组顶板砂岩含水层。总厚度53.89 m, 裂隙发育, 根据进风井开凿时的出水量实测资料, 该段井筒涌水量大于75 m3/h。

(3) 地下水的流向。

根据区域水文地质条件和节理裂隙的发育方向推断, 地下水流向N70°W, 朝向李口向斜轴的深部, 即从向斜翘起的东南部流向倾伏的西北方向。

2 注浆堵水方案

(1) 注浆质量要求。

通过注浆在井筒荒径外形成帷幕, 封堵含水层过水通道, 使受注段的井筒剩余涌水量不大于6 m3/h, 达到《矿山井巷工程施工及验收规范》要求。

(2) 地面预注浆方案。

①注浆孔平面位置。在井筒荒径外1 m的圈径上 (即以井筒中心为圆心, 直径为10.5 m的圆周上) 布置注浆孔, 各孔均为垂直孔。②注浆层段。埋深26～275 m的石千峰砂岩、平顶山砂岩和九煤组段。③终孔层位。见九煤终孔, 单孔注浆孔深约275 m。④注浆孔数量。按孔间距4.12 m均匀布置, 共布置注浆孔8个。⑤浆液有效扩散半径。设计取8 m。⑥注浆材料。以黏土水泥浆为主, 以单液水泥浆为辅, 外加剂为水玻璃。⑦注浆方式。采用下行式, 即钻进一段后对该段注浆, 根据初注情况可进行2～3次复注, 全孔结束后采用上行式注浆封孔。

3 注浆工艺

(1) 注浆段高的划分。

根据井筒地质及水文地质资料, 参考原井检孔钻进时冲洗液消耗情况和漏失位置、进风井凿井揭露的出水层位以及《矿山井巷工程施工及验收规范》的有关规定, 对26～275 m的层段共划分为9个注浆段, 其中Ⅲ—Ⅷ为重点注浆段 (表1) 。在施工过程中, 根据具体情况, 可临时变更注浆段。

(2) 注浆材料。

①黏土。要求高塑性, 黏粒多, 含砂量少, 质纯杂质少。对土样进行矿物成分、化学成分、颗粒度、物理力学性质等测试, 选用合格的黏土。②水泥。32.5级普通硅酸盐水泥。③添加剂。模数2.8～3.2, 浓度38～42°Bé的水玻璃。④水。中性水。

(3) 注浆压力。

注浆压力控制在静水压力的2～5倍。在注第1组孔时, 当浆液注入量等于或大于预计注浆量时, 采用压力值下限;若注入量达不到设计值, 注浆压力则采用上限, 以保证注浆质量。

4 注浆结束标准

(1) 每段注浆结束标准。

①各注浆孔段注浆标准根据注浆次数、注入量、终压、终量衡量。一般终压达到设计值, 终量小于200 L/min, 并稳定30 min即可结束注浆。②各注浆孔段注浆结束后进行简易抽水实验, 检查注浆效果。

(2) 井筒注浆结束标准。

①达到设计的终压、终量。②重点注浆段达到或超过设计注入量。③复注前压水试验单位吸水率小于0.05 L/ (min·m·m) 。④每个注浆段注浆不少于3次。⑤通过抽 (压) 水试验, 注浆后井筒剩余涌水量不大于6 m3/h。

5 井筒开挖效果检查

注浆工程竣工后, 开始开挖施工井筒, 通过对整个注浆段剩余涌水量的实测统计, 井筒剩余涌水量不足6 m3/h, 达到了设计要求标准。

6 结语

井筒基岩段堵水注浆治理技术 第2篇

关键词：基岩段 井壁 注浆治理

1 概况

淮南矿业集团谢一矿深部井一号风井为原主井，井口标高+26.5m，井筒净径7.0m，井深585m，井底标高-557.7m，与浅部井贯通。井筒表土段壁厚为800mm， 井筒基岩段壁厚為500mm，均为单层素混凝土井壁。井筒表土段为回填土及第四系粘土，总厚为14.8m，其余为基岩段；基岩段为二叠系石千峰组，岩性以泥岩及砂岩为主，砂岩段裂隙较发育。井筒掘砌前对井深0～490m区段进行了地面预注浆，其余区段未进行地面预注浆；井筒掘砌施工过程中，预注浆段井筒掘进时涌水量很小，未预注浆段井筒掘进时发生3次出水。本次注浆施工前，对井筒出水情况进行了调查，井筒主要出水位置在530～585m区段，井筒总涌水量约为45m3/h。

2 注浆方案

本次注浆治理难点主要有：一是出水量较大，总水量达45m3/h，其中靠近井底部位单个出水点水量达15m3/h，封堵难度较大；二是井壁质量差，在井筒掘砌过程中，井壁出水区段防治水措施做的不到位，造成井壁混凝土强度低，承受高压注浆的能力差，可能会影响注浆效果。根据该井筒的实际情况，在堵水治理注浆施工中，主要采用如下技术方案：

2.1 总体方案：本次注浆采用壁后注浆和对点注浆相结合的注浆方法，注浆施工采用总体下行、段内上下行相结合反复注浆的施工方法；通过对含水层裂隙、井壁出水裂隙及壁后空隙等出水通道进行有效注浆封堵，达到封水加固的效果。注浆过程中，根据现场情况，适时调整注浆方案。

2.2 施工顺序：先对井筒530m～585m主出水区段采用壁后注浆和对点注浆相结合的方法进行堵水加固注浆，然后对整个井筒采用上下行往复进行对点封水注浆。

2.3 技术重点：一是封堵井底部位主水点，采用先截后堵、疏堵结合的治理方法；二是每个注浆区段注浆时，多保留水量较大的注浆孔，起泄压作用，避免注浆时井壁出现损坏现象；三是井壁损坏部位要先采用打锚杆挂网方法修复，并用双液浆进行加固；四是堵水注浆过程中，对井壁一并进行加固注浆，加固注浆在井壁空隙较大部位可采用双液浆进行加固。

3 注浆设计

3.1 注浆孔布置：对点注浆直接在水点附近造孔，孔深要穿透井壁，一般为1.5～2.5m，水量较大出水点可先施工导水孔及卸压孔。壁后注浆孔成排布置，每排可根据现场情况来布孔，尽量均布，相邻两排孔错开布置，呈梅花型，孔深为2.5m。孔数及孔深可根据注浆情况增加，扩大注浆封水帷幕，提高堵水效果。

3.2 注浆材料：本次注浆以普通硅酸盐水泥和超细水泥为主，根据堵水效果，必要时使用化学浆。浆液类型以单液浆为主，堵水可使用双液浆，加固井壁必要时也可使用双液浆。

3.3 注浆压力：因本次注浆段井壁质量较差，为防止压坏井壁，最大压力值取受注点水压的1.0～1.2倍，注浆时可根据现场情况适当调整，在井壁损坏部位要降低注浆终压。

4 注浆施工

4.1 注浆工艺

因本次注浆井筒出水位置在基岩段，主出水位置较深，在530m～585m区段，另外根据井筒装备情况，选择井下注浆工艺。井筒采用临时井架配临时绞车和吊桶进行提升，井筒内安装三层吊盘，井筒内通过稳绳悬吊两路Ф25mm高压胶管、一路Ф50mm供压风专用高压胶管、一路35mm2动力电缆、一路视频监控光缆及一路通讯信号电缆。在地面形成制浆站，在井下第二层吊盘上形成井下注浆站，地面制浆站制好的浆液用地面注浆泵或自吸，通过井筒内高压胶管输送到井下注浆站，用井下注浆泵进行注浆。注化学浆可把化学浆桶直接下到井下进行注浆。造孔打眼直接在吊盘上进行。注浆工艺流程详见图1。

[图1 井下注浆施工工艺流程图]

4.2 注浆施工

4.2.1 施工工序。根据井筒出水情况，先对井筒530～585m主出水区段采用壁后注浆和对点注浆相结合的方法进行堵水加固注浆，然后对整个井筒采用上下行往复进行对点封水注浆，最后对井筒主要区段500～570m进行再次壁后加固注浆。

4.2.2 施工技术。①井筒530～585m主出水区段为本次注浆重点区段，该区段注浆治理先对530～550m区段进行壁后注浆，然后对582m处主出水点进行堵水注浆，最后对井底进行堵水注浆。根据井筒掘砌期间出水情况及井筒地质柱状图来分析，在井深538～548m区段岩性为砂岩含水层，该含水层可能是井壁主要出水点主要水源，先采用壁后注浆的目的是对该含水层出水裂隙进行封堵，在井壁外围形成一定范围的封水帷幕，来隔断井壁出水通道与含水层出水裂隙之间水力联系。壁后注浆过程中，同时对井壁出水点进行封堵，并对井壁损坏部位进行加固。②582m处主出水点水量较大，水量达15m3/h，从井筒柱状图可以看出，该位置处在细砂岩层位。根据出水点出水特征，采用先截后堵、疏堵结合的治理方法，即先施工截水孔、导水孔及卸压孔，对截水孔进行注浆，后对导水孔进行注浆。③582m主水点堵水注浆结束后，发现井底及东马头门底板向外冒水，水量为4～5m3/h。封堵井底水点先在井底井壁周圈、井底及东马头门各施工一排注浆孔进行加固注浆，然后再进行对点注浆。④注浆初期，因含水层裂隙、壁后空隙等受注情况掌握不清，注浆材料先选用颗粒细的超细水泥，注一段时间后，发现大多数孔都能注入浆液，说明受注空间较大，注浆材料改用颗粒状P·O42.5普通硅酸盐水泥。后期封堵小水点注浆以超细水泥为主。最后主出水区段再次壁后注浆选用固尔亚化学浆，来扩大浆液扩散范围，让浆液充分进入到含水层深部裂隙及细小裂隙，使细小出水通道得到进一步有效封堵加固。

5 注浆效果

5.1 本次注浆共注入P·O42.5水泥97.5t、超细水泥20t，注入固尔亚化学浆2t，消耗水玻璃16.6t。主要注入段为530～585m主出水区段，封堵主水点及壁后注浆绝大部分均采用单液浆注入。通过分期选择不同类型注漿材料，可充分对含水层及井壁细小裂隙进行充填，达到注浆堵水加固目的。

5.2 在井筒主要出水区段进行再次壁后注浆加固过程中，仅有少数孔出水，其余均为干孔或有少量滴水现象，说明井壁裂隙、壁后空隙及含水层裂隙等出水通道已充填实，达到注浆预期效果。

5.3 注浆结束后，井筒无明显渗淋水点，经现场实测井筒水量为4.8m3/h，堵水率达89%。

6 结束语

本次注浆堵水加固达到预期的效果，为今后类似工程施工积累了一定的经验。本次注浆在施工设备及技术创新方面有一定的成效和突破，具体有以下几个方面：

6.1 本次井筒堵水注浆首次使用2ZBQ-10/12型气动双液注浆泵，这种类型注浆泵流量和压力较大，最大流量为60L/min，最大压力为18MPa，可无级调量，也可定压自动变量，性能稳定，体积小，不需要电气设备，使用安全。通过使用，效果良好，可以在所有注浆工程中推广使用。

6.2 本次注浆在吊盘上作业，需要起落吊盘，吊盘在起落过程中，可能会挂断井壁注浆孔口管，井壁注浆孔口管一般使用Ф42×550mm地质管，这种类型孔口管管壁较厚，吊盘起落通过时，挂断难度较大，会影响吊盘起落，给安全带来一定的威胁。针对这种情况，从安全及成本两方面考虑，对原孔口管进行了改进，选用1寸无缝钢管加工成注浆孔口管，通过使用，效果良好，因改进后1寸注浆孔口管管壁较薄，吊盘起落通过时易挂断，另外可以节约成本，提高经济效益。因1寸注浆孔口管不能二次透孔，适合在井筒基岩段堵水注浆中使用，井筒冻结段堵水注浆仍然使用Ф42×550mm地质管。

参考文献：

[1]李世峰，金瞰昆，刘素娟.矿井水文地质 [M].北京：煤炭工业出版社，2009

[2]李华奇.矿井防治水[M].北京：煤炭工业出版社，2012.

作者简介：

井筒:预注浆 第3篇

在矿产资源日趋紧张的今天,如何合理安全开采不利开采条件下的矿产资源,特别是埋藏深度大、地下水量丰富的矿区,是一个比较复杂的综合性问题。采用地面预注浆的帷幕方法,隔离地下水力联系,达到安全开采条件,不失为一个行之有效的经济合理方法。

1 项目基本情况

本项目所述竖井为一铁矿探采结合井,井位地层处于山前洪积扇中部,竖井直径为4 m,竖井深度设计为400 m。根据施工区内(距竖井西南15 m)探采井检查钻孔资料介绍,埋深0 m～262m为亚砂土、粘土、卵砾石等松散洪积物,埋深262 m～276 m为黑云角闪片麻岩风化裂隙带,埋深276 m以下为五台群金刚库组黑云角闪片麻岩。在竖井施工过程中,在井深109 m深度时见地下水,随后,采用壁后注浆堵水施工至140 m,但由于井筒内出水量达到了60 t/h,壁后注浆无法穿越实施,工程被迫暂停施工。

2 堵水方案选择

根据竖井深度、断面直径、地层岩性、含水层特征和出水量等条件,结合我们以往类似项目施工经验,该竖井帷幕堵水方案采用了沿井筒外围,按一定间距(考虑扩散半径)均匀布置注浆钻孔,从地面钻孔并形成帷幕,达到堵水目的的注浆工艺。帷幕堵水施工过程和工艺原理是在地面钻孔达到设计深度时,逐渐把配制好的水泥浆液用高压泵注入、填到松散地层的孔隙和基岩地层裂隙内,使注入段松散地层与水泥浆液重新固结,实现注浆扩散半径内土层孔隙、基岩地层裂隙得到充填固结。利用浆液扩散凝固充填使其形成一个环行帷幕体,尽可能地隔离开帷幕体内外地下水力联系。

3 具体施工方案

3.1 地面帷幕钻孔布置

由于竖井断面直径设计为10 m,根据国内有关注浆施工规程和我们以往的施工经验,松散地层中浆液的最大注浆扩散半径一般为3.0 m左右,考虑到浆液扩散半径要重叠0.5 m,因此,设计帷幕直径为14 m,帷幕周长43.96 m,共布设注浆钻孔9个,孔距为4.4 m,预计注浆完成后帷幕体厚度可达5 m～6 m。

3.2 注浆钻孔设计深度

根据已完成的探采井检查钻孔和本矿区区域地质资料分析,注浆段的完整黑云角闪片麻岩是致密状,裂隙也不发育,该岩石风化带厚度以14 m计算,设计注浆段进入完整黑云角闪片麻岩10 m,因此,初步设计帷幕注浆钻孔深度为286 m,但如果在孔深286 m深度范围注浆量较大时,必须增加钻孔深度,以确保注浆质量。

4 钻孔和注浆施工工艺及技术质量要求

4.1 钻孔结构及钻进工艺的设计

1)帷幕钻孔结构设计。

在非注浆钻孔段0 m～100 m范围内,钻孔直径设计为133 mm,全孔段下入127 mm套管隔离;在第1注浆段(松散层注浆段)100 m～200 m范围内,钻孔直径设计为113 mm,全孔段下入108 mm套管隔离;在第2注浆段(松散层注浆段)200 m～262 m范围内,钻孔直径94 mm,下入89 mm套管隔离;在第3注浆段(基岩注浆段)262 m～286 m范围内,钻孔直径设计为75 mm,裸眼。

2)钻孔钻进工艺设计。

在上部非注浆段(松散层段),采用常规优质泥浆护壁不取芯全面钻进工艺;在松散层注浆段也用泥浆护壁不取芯钻进,要注意的是,此孔段在注浆前必须用稀泥浆冲洗孔壁;在岩石风化带和完整岩石层注浆段,采用清水不取芯全面钻进工艺。应该注意的是:须选择第一次序的1个钻孔,作为全孔连续取芯孔钻进,并要进行地层编录,确保钻孔资料的完整性和可靠性。

3)钻孔下套管及固管工艺。

按照设计钻孔深度和钻孔结构设计,在不同的孔段,下入不同直径的套管,每段套管要用相同材质的同径接箍丝扣连接,每层套管相互重叠5 m～8 m。每径套管底部留设20 mm注浆孔,沿长度方向分布长8 m～10 m,用注浆器注入(水灰比1∶1)水泥浆液,每注10 m3间歇4 h,直至达到相应深度注浆压力或浆液从管外返出,使套管与孔壁固结。

4)钻孔孔斜误差的技术要求。

钻孔偏斜率每50 m测量一次,误差不得超过10‰。

5)孔深误差。

钻孔深度每50 m丈量一次,误差不得超过1%。

6)扫孔。

注浆段注浆结束浆液达到初凝后,用同径钻具将该段初凝浆液清扫至孔底,开始下一注浆段钻进。

7)封孔。

钻孔最后一个注浆段注浆工作结束后,必须在全孔段用水灰比为1∶1的水泥浆液,自下而上逐段灌注,直至全孔段灌注封孔完成。

4.2 浆液材料及配比

注浆材料的选择:通常选用标号为42.5 MPa的普通硅酸盐水泥、早强剂、速凝剂作为注浆材料。

注浆浆液配比选择:根据以往完成的竖井帷幕堵水经验和计算,初步设计本竖井帷幕堵水方案为:在土层和岩石层段,最终注浆浆液水灰比为1∶1,在卵砾石层和岩石风化带段最终注浆浆液水灰比0.75∶1,但可根据注浆压水试验具体数据,适当对浆液做浓、稀调整。具体操作方法是:按设计确定的注浆浆液浓度,量取水、早强剂、速凝剂(早强剂加入量为每吨水泥5 kg,速凝剂加入量为每吨水泥0.5 kg)和水泥,加入搅拌池搅拌。加入顺序依次为:水、水泥、早强剂、速凝剂,首先搅拌5 min～8 min,然后再将混合好的浆液放入吸浆池内,再开始注浆。注浆过程中吸浆池中的浆液仍需进行不间断地搅拌。所制备的浆液量要与注浆泵吸浆能力相适应。特别强调的是,必须在浆液发生絮凝前将其全部注入孔内,防止在吸浆池内絮凝,影响注浆质量。

4.3 注浆

1)优选注浆工艺。

当帷幕钻孔完成一个注浆段钻进后,需用稀泥浆和清水冲洗孔壁,将孔壁泥皮及孔内稠泥浆返出孔口,观察孔口上返水是否水清砂净。然后用50 mm的钻杆将相应直径的摩擦式橡胶注浆器下入孔内,并固定在套管底部。再用高压胶管将孔内钻杆、注浆器、地面注浆管与高压注浆泵连接好,检查密封性能确定不漏水(气)。

下行式分段注浆:本项目采用的注浆方式是下行式。从注浆起始深度至初见水位以上10 m,即从孔深100 m开始,至设计钻孔深286 m,为注浆延长段186 m。

注浆段长度确定原则:注浆段长度的确定应按不同地层分为:土层不大于20 m、卵砾石层不大于10 m、岩石风化带不大于20 m、完整岩石层不大于30 m,不可以太长,以免影响注浆质量。

确定注浆施工次序:本项目帷幕注浆钻孔分3个次序施工,每一序列3个钻孔,其中:第一次序为1号、4号、7号孔,第二次序为2号、5号、8号孔,第三次序为3号、6号、9号孔。

2)压水试验。

注浆前进行压水试验,检查注浆器止浆效果。压水试验结束压力按下式计算:

计算结果P<0.5时,取0.5。

其中,P为压水试验结束压力,MPa;h为钻孔孔深,m;d为帷幕注浆起始标高处的孔深,m;L为注浆段长,m。

达到试验结束压力后持续30 min,停止压水。

3)注浆结束标准。

a.注浆压力:各注浆段注浆结束压力应不小于设计标准。各注浆段注浆结束压力标准根据孔深和注浆段长按下式计算:

其中,P为孔口压力,MPa;p0=0.03(h-d)-0.014(h-L/2),当计算结果p0<0时,取p0=0,h为钻孔孔深,m,d为帷幕注浆起始标高处的孔深,m,L为注浆段长,m。

各注浆段注浆结束压力标准范围为0.5 MPa～5.4 MPa。

b.注浆终结吸浆量:不大于设计吸浆量标准(Q≤5 L/min)。

c.稳定(标准压力、吸浆量)注入30 min。

4)正常注浆。

按照先稀后浓,达到注浆结束标准,稳定注入30 min后,无异常现象,停止注浆。

当单位吸浆量较大、孔口压力表不起压,或是发生向孔内倒吸浆的现象时,可按特殊情况注浆。

5)特殊注浆。

常见的特殊情况有被迫中断(如停电、停水、缺料、机械故障、管路破裂等)和故意中断(如串浆、大量吃浆)。

a.被迫中断。

被迫中断后应立即采取措施,查明原因,排除故障,尽快恢复注浆。如果吸浆率与中断前接近,则应尽快恢复到中断前浓度继续注浆;如果恢复后吸浆率减少很多,说明孔隙(裂隙)已经因中断被堵,此时应起拔止浆塞重新扫孔,冲洗后再注。

b.故意中断。

一个钻孔(段)注浆时,如果有其他钻孔(段)出现串浆,应暂时中断。采取所有串浆的孔段同时注浆或暂时封堵串浆孔,待注浆孔完成注浆后对串浆孔扫孔,清理出串进的浆液再进行补注。

c.间歇中断。

当注浆段大量吃浆不止,长时间注浆达不到设计结束标准时,应进行间歇式注浆。采取调大浆液浓度、添加速凝剂、限制进浆量的措施。

一般每注入40 m3～60 m3浆液间歇一次,每次间歇时间不少于4 h。每次间歇复注时,应调整浆液的浓度,甚至增加适量的辅加剂,以缩短凝固时间,减少浆液流失。

5 施工过程及效果

根据该工程项目地层富水特征,采取帷幕堵水注浆后,堵水效果要达到85%以上,即竖井开挖时井中涌水量在15 m3/h以下,不至于影响竖井开挖施工。

注浆施工严格按照施工设计执行,实际施工钻孔9个,钻探进尺2 644 m,注浆2 970 m3(包括固管浆液),水泥用量1 896 t,速凝剂450 kg,早强剂4.5 t。

在注浆过程中,通过压水试验发现,由于松散层地层的特殊性,在设计压力下可注性较差,因而注浆压力在实际注浆过程中比设计压力加大1 MPa,浆液在第二、第三次序孔多采用水灰比为1.25∶1～1.5∶1的浆液,单位注浆量平均为1.3 m3/m。

井筒地面注浆后,在开挖过程中,总体效果没有达到设计要求。

6 效果分析

通过井筒开挖后实际涌水量的变化情况,局部涌水量大于设计预想值,究其原因,可归结如下:

1)含水层主要为山前洪积形成的卵砾石,分选性差,级配较好,但骨架间存在粘土充填物,纯水泥浆作为注浆浆液,不能很好地起到堵水效果;

2)由于受注地层主要为第四系松散层,注浆器的止浆塞只能下设在不同口径的套管中,浆液在孔内注入过程中,压力传递受到一定影响,浆液进入钻孔注浆段后,地层孔隙性的不同导致吸浆速度的不均匀性,进浆量小的部位开始絮凝,一旦局部吸浆量较大,注浆时间较长,注浆段下部浆液很容易发生凝固,不能充分进入受注地层中,达不到设计扩散半径,起不到堵水效果;

3)注浆段偏长,浆液不能充分均匀地进入受注层;

4)根据以往施工经验和相似工程实例所设计的扩散半径偏大,两孔之间局部存在不搭接情况,造成堵水效果差;

5)虽然钻孔偏斜率在设计范围之内,但其方位有一定偏差,也造成局部的不搭接;

6)松散地层的联通性与其自身孔隙度及其充填物密切相关,浆液可注性与其配合比、水泥细度、浆液添加材料性能、初凝时间等关系密切,单一的配合比不能完全适应不同地层,注浆时没有及时调整;

7)考虑到注浆地层的特殊性,以单层环形布设注浆钻孔,一旦发生偏斜,不宜补救,应布设成双层梅花形,利用不同次序的注浆间隔,可最大限度地达到最佳注浆效果。

7 结语

1)受注层为洪积物时,单纯水泥浆作为帷幕堵水浆液,效果不理想;

2)帷幕钻孔孔距应小于3 m;

3)主要含水层注浆段,段长不能大于10 m;

4)松散地层的特殊性,尽可能将止浆塞位置下放,距受注段顶部不能大于10 m;

5)浆液以稀浆为主,利用速凝剂调配进浆量,使其达到设计扩散半径。

摘要：根据竖井深度、断面直径、地层岩性等条件,介绍了松散地层井筒工程中地面预注浆的施工工艺及质量要求,并对其注浆效果进行了总结,提出了改进方案和存在的不足,以供类似工程参考。

井筒:预注浆 第4篇

2007年8月21日22:00下伞钻打眼, 施工前进眼前, 分别在高低帮各施工1个探眼, 探眼显示7 m内无水。22日夜班放炮, 放炮后发现井底出现涌水, 估计水量约50 m3/h, 后水量逐渐增大至127 m3/h。此时成巷深度为349.2 m, 模板下空帮4.2 m。井底有约6 m的虚渣, 模板下约2.5 m为渣面。由于排水系统不能满足排水要求, 考虑水下浇筑止浆垫, 之后对此含水层进行工作面预注浆。

1地质概况

井筒目前所处的层位为二叠系上统的上石盒子组 (P21) 的底界田家沟砂岩, 即丙组煤层的顶板。井筒在深度318～332 m处揭露龙王庙断层, 该断层为正断层, 走向117°～297°, 倾角68°, 落差30～40 m。充填物松散, 成分复杂, 含煤屑、泥岩、砂岩和紫斑碎块。该断层底部为砂岩 (田家沟砂岩) , 该砂岩竖向裂隙发育, 颗粒较粗。8月10日, 探断层显示断层带无水。随后继续向下施工至349.2 m。21日打探水孔时, 3.6 m处见1层灰白色中粒石英砂岩, 该区域岩层倾向南西, 倾角15°～20°。

据井筒预想地质剖面推测, 出水的层位在预想剖面上应为338.3～355.1 m之间的1层厚为16.8 m的灰白色中粒石英砂岩 (实际揭露此层砂岩厚度为19.5 m) 。初步推断该层砂岩受龙王庙断层及其次生断层影响与导水通道连接所致, 补给水源可能为北侧的汝河 (汝河水位标高+89.6 m) 。井筒与汝河同一标高的最近距离约300 m。此段含水层具有水压大、竖向裂隙发育、硬度高等特点。

2预埋孔口管

在浇筑好混凝土止浆垫以后, 由于水压大, 故考虑在工作面预注浆前, 先在工作面预埋8个孔口管, 以防止造孔期间由于水量太大造成淹井。根据经验, 套管长度为6 m, Ø108 mm, 外露不超过0.5 m, 开孔前, 先用7 m的钎子短探, 若孔内无水, 则采用潜孔钻机Ø120 mm的钻头造孔, 孔深5.5 m。灌稠水泥浆, 安装孔口管, 适当添加水玻璃, 孔口管上端焊接法兰盘。依照此法, 沿距井筒断面周边0.5 m处均匀布置8个角度为83°的孔口管。

孔口管凝固1 d后, 安装高压阀门, 用注浆机试压, 当压力达到10 MPa且持续10 min后套管无异常, 方可打深孔注浆。

3深孔注浆

在加固完止浆垫和虚渣后, 采用潜孔钻机在安装好的孔口管内造孔, 由于含水层较厚, 再考虑止浆垫 (厚度5.5 m) 和虚渣厚度, 决定先对前20 m砂岩含水层段 (包括止浆垫和虚渣厚度) 进行工作面预注浆, 使强含水层变为弱含水层。向下掘进时允许进尺最多不超过15 m, 至少预留5 m的超前距, 直至井筒安全通过砂岩含水层段。

(1) 注浆主要设备。

2JK-3.5/15.5型主提升机1台;XKT2×3×1.5B型副提升机1台;4 m3主提吊桶1个;2 m3副提吊桶1个;Ø159 mm×6 m溜灰管1趟 (并配有缓冲器, 灰浆经下部软管流入吊桶内) ;JL-200型搅拌机1台 (搅拌灰浆用) ;2TGZ-60/210型双液调速高压注浆泵1台;0.5 m3铁桶4个 (用于盛放灰浆、水玻璃及清水) ;DQ-50型潜孔钻机1台 (配Ø95 mm钻头, Ø50 mm×1.0 m钻杆) 。

(2) 注浆孔的布置。

在套管里布置注浆孔, 孔底超过荒断面周边2 m以上, 以孔深20 m的钻孔 (Ø95 mm) 作为注浆孔, 注浆完成后在以上8个注浆孔之间打检查孔;若无水, 再以井筒中心为中心、1.5 m为半径均匀布置4个角度为90°的检查孔。检查孔深度为20 m, 不下套管, 使用止浆胶垫组合成的注浆管注浆。如果以上检查孔无水, 则注入适量浆液并达到设计终压后进行封孔;有水则重新注浆, 直至无水。注浆孔如穿过砂岩, 应超过砂岩底板不小于1 m。

(3) 注浆材料选择。

采用水泥—水玻璃双液浆液 (P.O42.5级新鲜普通硅酸盐水泥和模数为2.4～3.2、浓度为35～45°Bé碱性水玻璃) 进行注浆。

(4) 注浆参数选择。

开注时, 利用单液水泥浆注浆, 水灰比前期为1∶0.8, 后期为1∶1;封孔时为增加封孔的质量和效果, 采用水泥—水玻璃双液浆封孔, 水泥浆与水玻璃比为1∶0.3～1∶0.5。封孔前期使用15～20°Bé的水玻璃浆液, 后期加大浓度到25～30°Bé, 终孔时加大浓度到35°Bé。

(5) 注浆压力及扩散半径。

根据经验值, 此次工作面注浆压力以10 MPa为宜, 为静水压力的3倍左右, 视具体情况而定。注浆扩散半径取3 m。

(6) 注浆量。

含水层的注浆分3次进行, 其中第3次工作面预注浆主要是因为此层砂岩竖向裂隙比较发育, 第2次工作面预注浆对含水层封水效果不理想而采用的。第3次工作面预注浆的注浆孔深度为7.5 m, 采用多打孔缩小相邻注浆孔之间间距进行封水的施工方案, 把裂隙水封在井筒以外。第1次注浆, 注18个孔, 钻孔总深376 m;水泥用量587.6 t, 水玻璃用量196.2 t;注浆范围345.7～366.7 m。第2次注浆, 注17个孔, 钻孔总深297 m;水泥用量427.5 t, 水玻璃用量148.2 t; 注浆范围360.3～381.3 m。第3次注浆, 注26个孔, 钻孔总深195 m;水泥用量240.25 t, 水玻璃用量92.2 t; 368.6～376.1 m。合计注61个孔, 钻孔总深868 m;水泥用量1 255.35 t, 水玻璃用量436.6 t。

4结语

在井筒过此强含水层过程中, 采用了使强含水层转化为弱含水层、短段掘注和多打孔缩小相邻注浆孔之间间距的注浆方案。经过此次工作面预注浆, 该段砂岩含水层的封水效果明显。注浆前涌水量约480 m3/h, 注浆后井壁淋水量约7 m3/h, 封水效果达到98.5%。

摘要：平煤集团建井一处十三矿项目部在施工十三矿己四进风井井筒至垂深353.4 m时, 打探孔探到1层灰白色中粒石英砂岩。此层砂岩实际揭露厚度为19.5 m, 涌水量约480 m3/h。该井筒过此段含水层时, 采用使强含水层转化为弱含水层、短段掘注和多打孔以缩小相邻注浆孔间距的施工方案进行工作面预注浆, 达到了较好的封水效果。

采用注浆法治理井筒淋水 第5篇

关键词：立井,井筒,淋水,注浆,治理

1 工程及水文地质概况

鸿鑫煤矿是一座年产15万吨的小型矿井, 主井井筒于2004年10月施工完毕并投入使用, 该立井采用混合提升, 提升煤炭、矸石、材料及人员。立井井筒净径3m, 净断面7.07m2, 井口标高+23m, 落底标高-159m, 井筒深度182m, 支护采用500mm厚混凝土, 其中井口向下11.6m段砼井筒外套300mm厚毛石碹, 井筒区域矸石层厚4m, 黄土层结束在8～10m处, 11.6m段进入风化石, 13.1段进入基岩。

2 淋水经过及原因

原井筒施工时井口向下9～10m处有三处漏水, 已采用导水处理, 近期发现在8.8m～12m处新增三处出水点, 且有逐渐增大趋势。由于立井浅部有4m厚的矸石充填层与南部淮西湖塌陷区水塘相连通, 其下仅有薄层黄土层 (4～8m段) 不足以隔水, 因此风化带裂隙有充足的渗透补给, 井筒淋水如不及时处理, 将对矿井生产造成较大的安全威胁。

3 治理方案的确定

为较好的治理井筒淋水, 确定在15m以上风化带含水层段井壁进行注浆堵水处理, 重点部位是6～12m出水段。

3.1 布孔方式:

井筒内自下而上分段 (截止段、风化带、黄土段、矸石段) 分组 (排) , 沿井壁相对均匀布孔, 钻孔直径为42mm, 均垂直井壁开孔, 孔深视不同目的分别为0.6m (打穿井壁后100mm) 、0.8m (打穿井壁和毛石碹) 、1.2m (打进含水层空裂隙带)

3.2 注浆压力:

黄土层及以下壁后注浆P终=1.0～2.0MPa

黄土层以上矸石层注浆P终=0.5～1.0MPa

3.3 注浆材料:

本次注浆考虑堵水和壁后加固的效果, 根据井筒地质和水文条件及井壁淋水情况, 选用水泥、水玻璃双液浆作为堵水材料, 选用单液水泥浆作为加固材料。矸石层段为控制扩散范围, 采用单液浆加少量水玻璃 (5%左右) 堵水使用R32.5普通硅酸盐新鲜水泥, 水玻璃浓度为35～45Be’, 模数为2.8～3.4, 浆液的水灰比为1.5～1.1, 水泥～水玻璃双液体积比按1:0.6～0.4控制, 双液凝胶时间控制在120s～400s以内。加固孔使用R32.5普通硅酸盐新鲜水泥制备的单液浆, 水灰比按1.5～0.8:1。

4 方案的实施

4.1在12m和15m处井壁四周布置两排注浆孔 (每排按等距布置4个孔, 弧间距约2.3m, 孔径42mm, 孔深1.2m, 下入42m m×1.0m注浆花管) , 通过注浆, 截断上部出水下行通道, 并起到锚注作用。

4.2先在8.5m～10m段四个主出水点周围各布置2～4各堵水注浆孔 (孔深0.6m, 孔径42mm, 下入42mm×0.5m注浆套管) , 通过注浆控制出水点水量。然后在8m和10m处沿井壁四周布置两排锚注孔 (每排按等距离布孔6个, 弧间距约1.5m, 孔径42mm, 孔深1.2m, 下入42mm×1.0m锚注花管) , 通过注浆基本控制风化带井壁淋水。

4.3 4m和6m处沿井壁四周布置两排注浆孔 (每排按等距离布孔6个, 弧间距约1.5m, 孔径42m m, 孔深1.2m, 下入42m m×1.0m锚注花管) , 通过注浆, 截断黄土垫层与原黄土层间及矸石层出水通道。

4.4在矸石层含水0～4m段沿井壁四周布置两排注浆孔 (每排按等距离布孔6个, 弧间距约1.5m, 孔径42m m, 孔深1.2m, 下入42m m×1.0m锚注花管) , 通过注浆, 起到驱远水源的作用。 (见图)

5 注浆效果

5.1 注浆堵水结束后, 通过有关部门联合验收, 确认井筒淋水已得到有效封堵, 其效果十分明显。

5.2 通过对井筒壁后注浆, 使井筒支护质量大大提高。

6 结论

井筒堵水中压注浆技术研究 第6篇

关键词：渗流速度,中压,导水通道,注浆

随着我国煤炭工业中心向西部特别是鄂尔多斯盆地的转移,矿井工程面临新的水文地质环境。在井筒突水中,发生中等突水量(60,600)m3/h的案例近几年有所增多。以往在井筒内较为成熟的注浆技术遇到了困难。立井井筒发生井壁压裂事故往往与(疏)排水后的含水层沉降有直接关系。

1 井筒注浆堵水

1.1 井筒出水

门克庆煤矿副立井为单层井壁。井筒周围冻结管解冻后开始出水(2012年5月),最大为233m3/h。出水状况为分散性出水,没有集中突出的较大出水点。

门克庆煤矿的水文地质条件符合鄂尔多斯盆地的典型特征。井筒揭露4个含水层。其中第四系松散层潜水含水层为强含水层。其他有:白垩系下统志丹群、侏罗系中统直罗组、侏罗系下统延安组,这些以砂岩为主的地层均富水性弱,局部中等。井筒的出水主要是第四系潜水。

1.2 井筒内注浆

井筒内注浆采用“浅注”工艺。孔深0.6m~1.5m。打孔机具选用YT28风钻。堵水材料为普通425﹟水泥、超细水泥、水玻璃。确定帷幕注浆层位如下:(1)壁座位置,第260m位置;(2)安定组第460m位置;(3)直罗组第620m位置;(4)3-1煤层顶板以上50m,第670m位置。

一期堵水工程结束时水量4.5 m3/h,但是后来水量又反弹,增大。在2013年8月,达31 m3/h。于是又开展了二期、三期堵水工程。第三期注浆工程最后在井筒底部机电峒室施工了一个泄水降压钻孔(1号)。

2 注浆技术分析

2.1 注浆压力

浆液的内摩擦力和外围阻力使注浆泵所加压力在传递中快速衰减。例如在注浆泵上读到15MPa的压强数值,通过注浆系统中传递到孔底的压力却衰减非常大。因此,定量表述注浆的高低压有其必要性,经分析且根据施工经验同时参考类似专业学科的规定,认为可以把注浆压力的高、中、低做如下定量,在注浆过程中危险的情况发生过一次,应力集中的井筒南西侧靠近马头门位置井壁出现了裂缝和掉皮。因此认为高压注浆是风险较高的选择,决定选择中压。

2.2 渗流充填半径

扩散半径是描述浆液充填范围。浆液在压力推动下的运移,其运动状态与球型扩散作用有很大不同,因此用渗流充填半径代替扩散半径在表述上更贴近浆液运行机理,部分专家把渗透系数和渗流系数加以区别的原因也是如此。

在前三期注浆施工中,总结注浆孔与跑浆裂隙之间的距离是2.8m。在浆液的密度、黏稠度等内在指标限定在一定范围,同时在压力不允许升高的条件下,渗流充填半径是与注浆量呈正相关的。渗流充填半径也反映了受注层的孔隙、裂隙发育程度。加大浆液的渗流充填半径,其实现方式最好是加大注浆孔的孔径、孔深。

2.3 注浆的困难

堵水过程中注浆的主要困难有三个:

(1)注浆压力高。截至2014年1月10日第三次注浆工程结束,钻孔总数3275个,占三分之一的钻孔注浆压力能够冲击到15MPa~16MPa。这种压力对井壁会产生不良影响。

(2)占80%的钻孔不进浆,吸浆量少。这也是导致注浆压力高的原因。

(3)没有揭露壁后导水通道。占80%的钻孔没有水,或水量极小。

3 注浆方案落实

3.1 导水通道

本次出水,井壁后面围岩松动圈的裂隙及冻结管周围的环形空间均是被怀疑的导水通道。

扩大渗流充填范围在目标层裂隙率一定的前提下首先是加大注浆孔孔深、孔径。分析到原堵水工程中的困难均可以在气腿式凿岩机—风钻的工艺局限上找到原因:孔径小,孔浅,不能找到裂隙,不进浆,从而压力高。因此,加大注浆孔孔深是优化注浆工艺的重点。

3.2 中压、深孔注浆

原有深孔、深注的距离普遍小于3m,即“深孔”不深。研究决定采用相对大型的钻机(杭钻-100型,—相对于落座于井筒内吊盘上而言),施工相对较深的钻孔(10m)。在堵水工程中,凡是出水量较大的钻孔,不仅是打中导水通道,而且它本身就是导水通道的延伸。

渗透系数随深度增加而衰减是含水层的普遍规律。渗透系数衰减的结果是注浆压力必须提高。对于平均埋深698m的地下水而言,其静水压力接近7 MPa。2014年3月12日完成2号孔,水量189m3/h,水压3.5 MPa。因为位置深(-705m),试注的结论证明即使以高压注浆仍然困难,于是在-681m位置施工“补2号”孔作为泄压孔,让“补2号”呈放水状态,创造中压注浆的条件,从而使得针对2号的中压注浆得以顺利实施。其他钻孔相互间的注浆与泄压关系类似于2号与“补2号”。通过泄压,使注浆压力维持在6MPa~7MPa,最终实现对导水通道的渗流充填,堵水成功。

第四期的注浆工程,累计:钻孔112个,注入水泥134.85t,水玻璃34.25t。2014年3月18日竣工。副井井筒总漏水量为2m3/h,注浆效果理想。

4 结论

(1)井筒内注浆效果显著。

(2)注浆压力的高、中、低可以量化,中压:P2∈(1.5,10)MPa符合生产实践和相关要求,对地区性注浆具有重要意义。

(3)加大注浆孔的孔深是扩大渗流充填半径、找到导水通道的积极措施。堵水工程中凡是出水量较大的钻孔,其本身就是导水通道的延伸。

(4)渗透系数随深度增加而衰减是含水层的普遍规律,即使是大水孔也可能不进浆,在其上、下适当位置施工泄压孔是很好的解决方案。

参考文献

[1]李秀彬,等.大涌水钻孔封堵技术在顺发矿的应用[J].中州煤炭,2010,9.

[2]汪来春,刘敏.注浆堵水技术在鸣西矿井的应用[J].江西煤炭科技,2012,1.

[3]李朋,等.大水量高水压条件下封堵井下漏水钻孔[J].山东煤炭科技,2010,6.

[4]万力,等.含水层的一种普遍规律:渗透系数岁深度衰减[J].高校地质学报,2010,16(1).

深井高地应力下井筒注浆加固技术 第7篇

对井筒而言, 由于存在着高地应力和围岩体低强度之间的突出矛盾, 井壁出现破裂横向位移等现象, 维修较为困难, 且工作量大, 支护成本大。因此, 深井高地应力下井筒注浆加固技术研究, 可以从根本上解决深部井筒破坏问题。

1平煤股份一矿北二风井工程概况

一矿北二风井1997年建成投产, 地表无冲积层, 井筒全深748 m, 底板标高-540 m, 井筒直径7 m, 以450 mm厚C20砼支护。2007年井筒壁一侧凸起并出现裂纹, 裂纹逐渐延长扩大, 沿井筒壁向右下45°方向延伸, 总长度10 m, 最大裂缝达100 mm宽, 井筒横向支撑工字钢发生弯曲。

2井筒破坏因素

一矿北二风井井筒裂隙, 主要分布在井筒的南北两侧, 以南侧较严重。2007年井筒壁一侧凸起并出现裂纹, 裂隙宽度在70～90 mm, 沿45°方向向下延伸, 裂隙长度在3.5 m左右。2011年6月份, 裂隙发育, 宽度达70～150 mm, 长度达7.5 m左右。在该处裂隙的底部还存在一条较大裂隙, 裂隙宽度在50～110 mm, 裂隙长度在4 m左右, 其开口东高西低。在井筒底部北大巷南侧底板以下6 m处, 有一处较大凸起, 其凸起面积达4 m2, 凸起高度约在150～220 mm。在井筒底部北大巷南侧底板以下7.5 m处, 还有一处大凸起, 其凸起面积达2 m2, 凸起高度约在150～200 mm。井筒底北侧有若干小裂隙, 宽度在20～30 mm左右, 长度在150～350 mm左右。

根据以上情况, 初步判断井筒的破坏大致有以下几个原因:①井筒揭露地层涌水量较多, 冲刷断层带内破碎岩体与断层泥。②断层带内的充填物为破碎岩体与断层泥, 强度小、节理裂隙发育。③井壁附加力的增加。④建井时, 施工质量没有达到标准。

3井筒加固方案

通过对井筒破坏情况统计及破坏原因分析, 采用“预应力锚索+注浆”联合加固。

3.1 设计思路

通过预应力锚索, 对松动圈进行加固, 提高地层抗压缩变形能力, 增强井筒围岩对外界的承载能力, 降低井壁围岩承受的竖向附加应力。

通过在井壁上钻孔, 将浆液灌注到井壁一定范围内的砂岩岩层中, 提高井筒周围岩层的稳定性, 同时可防止周围地层的失水沉降。注浆可以在井筒周围形成一个帷幕带承受附加应力, 改善井壁的受力状态。还可填充井壁周围的空隙, 进一步提高了井壁的防水、抗渗能力。

3.2 施工顺序

搭接工作平台→打注浆孔→井筒裂隙预处理→安装成束锚索→注浆加固→封孔。

3.3 主要支护参数及要求

1) 注浆材料确定。

选用超细水泥基注浆材料MPC, 注浆时以水为胶凝剂和流动分散载体, 配以超细水泥基材料专用外加剂MPCA调节凝胶时间和流动性。

2) 注浆量确定。

按理论公式估算:

Q=λπR2Lnβ/m=0.46 (m3)

式中:λ为损失系数, 取1.2;

R 为扩散半径, 取1.2 m;

β 为充填系数, 取0.7;

L 为注浆深度, 取8.0 m;

n 为岩石裂隙率, 为1.5%;

m 为结石率, 取1.0。

3) 注浆压力确定。

注浆压力是浆液扩散、充填、压实的动力, 岩石完全破碎、冒落时可选用<0.5 MPa, 严重破碎情况<1 MPa, 裂隙较小采用1～2 MPa。

4) 封孔工艺。

压入式封孔是一种适合孔径<42 mm的封孔工艺。备件主要有特制封孔装置1个, 截止阀1个, 导浆管等。采用内径16 mm, 长2.0 m的铁管, 前端焊快速接头作为注浆封孔管, 在注浆管距孔口处1 m, 缠废旧棉布, 放入孔内。将硅酸盐水泥在水灰比0.6～0.7配置成封孔材料, 从截止阀处灌入特制封孔装置, 关闭截止阀。特制封孔装置的接风口接入风管, 另一端的出浆口连接导浆管, 将导浆管伸入孔内部。打开风管阀门, 使封孔装置内的封孔材料在风压作用下顺着导浆管流入注浆孔, 从而达到封孔效果。

5) 注浆孔布置。

通过工程类比和理论分析, 沿开裂井筒径向布置7排注浆孔, 最上面一排5个孔, 其余6排每排11孔, 共计64孔, 锚索孔间排距2 m×2 m。

6) 成束锚索。

锚索采用Φ22 mm×8 000 mm的钢绞线, 每孔3根锚索, 预应力等级300 kN/根, 锚索钻孔规格Φ89 mm×8 000 mm;锚盘采用托板规格为200 mm×180 mm×20 mm矩形钢板。在钢绞线上涂上防锈剂, 风干后再涂上钙基脂滑油, 然后将3根处理好的钢绞线拧成一股, 每隔2 m胶布扎1次, 再套1个弹簧管。钢绞线两头对齐, 同时穿入导向帽中。在2个导向帽中间, 钢绞线的内侧安架1个铁环。其余每隔2 m捆扎1次。

4注浆效果监测

注浆工程是一项隐蔽性极强的工程。注浆的好坏也直接决定了井筒修复工作的成功与否。我们将通过地质雷达的监测来检验注浆效果。

在井筒井壁周围分别在注浆前后进行了2次检测。检测地点分别选择在靠上1条大裂隙附近、靠下大裂隙附近以及2条裂隙中间。

检测区注浆前的扫描范围1.42 m, 扫描深度4 m。从1.2 m～2.5 m的岩体之间, 出现了很多道黑色条纹, 这些条纹是高频电磁波在遇到空隙后所形成的。从而可以大致说明松动圈在1.2～2.5 m之间。

超大井筒壁后注浆防治水施工实践 第8篇

该矿采用立井开拓方式, 工业场地内布置主井、副井和中央回风井3个井筒, 主井、副井井筒设计净直径分别为9.6, 10.0 m, 井深分别为667.8, 700.8m, 冻结深度为525.0 m。两井筒冻结段均采用单层井壁, 井壁设计为:深0~150 m段为双层井壁段, 主井壁厚1 400 mm、副井壁厚1 450 mm;深150~525m段为冻结段单层井壁, 主井壁厚900 mm、副井壁厚950 mm;深525 m至井底段为普通基岩段单层井壁, 主、副井壁厚均为700 mm。由于主井、副井为超大井筒, 井筒漏水点较多、漏水量较大。通过分析研究, 科学合理选择注浆方案, 实施井壁接茬注浆, 取得了良好效果。

1 井筒地层简介

葫芦素煤矿井口设计标高+1 307.8 m, 井筒地层自上而下依次经过井深0~45.1 m表土层第四系 (Q) 、45.1~383.4 m白垩系下统志丹群 (K1zh) 、383.4~481.9 m侏罗系中统安定组 (J2a) 、481.9~589.2 m侏罗系中统直罗组 (J2z) , 最后井筒落底在侏罗系延安组 (J2y) 。其中, 338.3 m厚的白垩系地层主要以中、粗粒砂岩为主, 含水量丰富, 岩层易破碎且孔隙、裂隙较发育, 期间无砂质泥岩构成的相对隔水层, 井筒壁后注浆防治水难度较大。

2 井筒施工情况

主井、副井井筒掘砌期间, 随着冻结壁逐渐解冻, 井筒涌水量不断增加, 通过分析主井井壁漏水及3次阶段性注浆情况, 摸清了4个较大含水层的具体位置及含水量大小, 确定了井筒围岩空隙、裂隙水水压较大, 出水点相对集中的基本情况;在此次注浆方案实施前, 测得主井、副井井筒涌水量分别为58.5, 54.0 m3/h。

主井、副井井筒一期工程结束后, 根据矿井建设总体要求:主井将进行井塔施工, 且利用井塔二平台进行临时改绞, 施工主井箕斗给煤机硐室、通道等相关煤仓巷道, 提前为煤仓施工创造条件;副井将进行井筒装备, 确保副井提升机按期投入使用, 为井下巷道掘进提升创造条件;井筒冻结壁经过2年时间已全部解冻, 不会再发生随冻结壁解冻而反复注浆现象;综合以上因素, 此时井筒实施全面注浆时机适宜, 且注浆防治水的成败对矿井建设至关重要。

3 井筒防治水方案

3.1 注浆工艺

采用下行注浆方式, 以井壁接茬排孔注浆为主, 结合含水层位置、冻结孔封堵形成注浆隔水帷幕[1,2,3]。

(1) 井壁接茬注浆。排孔注浆, 以封堵较大出水点及充填加固接茬壁后为主:在每段接茬上部0.2 m、下部1.0 m位置呈“三花”眼布置钻孔;每圈注浆孔10~12个, 孔间距3.0 m, 排距1.2 m;接茬上部孔深1.3~1.5 m, 接茬下部孔深2.5 m。散水 (井壁微裂纹、微孔洞) 注浆, 以封闭细微渗水点为主:采用“点对点”注浆, 大面积散水一般布置2个钻孔, 孔位在出水点附近0.2~0.5 m位置, 孔深1.3~1.5 m;对于较小的散水, 在其位置直接布置1个钻孔, 孔深为0.6~0.8 m, 至接茬止水钢板位置, 如果不穿透止水钢板反复注浆效果不明显时, 可穿透止水钢板。

(2) 含水层位置注浆。根据井筒地层含水层位置, 在含水层上部、下部各5.0 m相对隔水地层, 实施定向注浆形成隔水帷幕, 以有效隔断相邻含水层或含水层局部之间存在的水力联系。含水层 (裂隙发育的中—粗砂含水层) 注浆:在每段接茬上部0.2m、下部1.0 m位置呈“三花”眼布置钻孔, 每圈注浆孔12个, 孔间距2.5 m, 排距1.2 m;接茬上部孔深2.5 m、下部孔深5.0 m;具体钻孔布置, 根据实际注浆情况可进行适当调整。

(3) 冻结孔封堵注浆。主井、副井井筒非全身冻结, 避免了因冻结管穿透马头门等硐室导水而出现的淹井事故, 但冻结管导水在井筒壁后地层中形成循环承压水, 且冻结管终止位置大量积水对下部地层产生不利影响, 这对井筒防治水十分不利。因此, 根据原冻结钻孔的位置, 以正南方向为第1个钻孔, 依次布置, 确保注浆钻孔方向与冻结钻孔方位一致;根据实际注浆情况, 可与含水层位置注浆相互结合。

3.2 注浆材料及配比

(1) 注浆材料。主要以普通水泥 (P.O42.5) 、超细水泥 (2 000目) 、水玻璃 (35~40°Bé) 为主, 原则上不使用化学浆。

(2) 使用原则。使用普通水泥注浆时, 注浆压力在注浆量很小的情况下已达到设计终孔压力, 且起不到封水效果, 则使用超细水泥;使用超细水泥注浆时, 通过改变注浆方式、钻孔布置、套孔复注等方法[4,5], 充分发挥超细水泥的注浆潜力, 但其注浆压力在注浆量很小的情况下已达到设计终孔压力, 且起不到封水效果, 则考虑使用化学浆, 但排孔注浆严禁使用化学浆。

(3) 浆液配比。单液浆 (水泥浆) 水∶水泥=1∶1或1∶0.8 (质量比) ;双液浆 (水玻璃) 水泥∶水玻璃=3∶2 (体积比) ;化学浆速立得A液∶速立得B液=1∶1 (体积比) 。注意:超细水泥专用减水剂用量是超细水泥质量的2‰, 并根据实际情况可以适当调整;化学浆液在无水的情况下反应膨胀系数为1.0~1.2;在遇水的情况下反应膨胀系数为8~10, 加速剂视情况少量加入。

3.3 注浆压力

根据《井巷工程施工规范》, 壁后注浆压力宜大于静水压力0.5~1.5 MPa, 在岩石裂隙中注浆压力较小时, 注浆压力可以适当调高, 但注浆压力不得超过2.8倍静水压力。化学浆液注浆时接茬处注浆压力不得超过4 MPa, 壁后注浆压力不大于6 MPa, 终压不超过8 MPa。

3.4 注浆量计算

(1) 双液浆。注浆量Q=A×π (R2-r2) Hn。其中, A为损失系数, 取1.5;R为注浆孔深度半径, 2.5m;r为1/2荒径;H为注水段长度;n为围岩裂隙率。

(2) 化学浆 (速立得) 。岩体注浆介质可以视为孔隙渗流模型, 根据现场井筒所揭露出的岩层, 按渗透理论对注浆参数进行计算, 得出单次循环注浆所需浆液量[6,7]。注浆量Q=kn'λβhπr12。其中, r1为浆液的扩散半径, 根据现场岩性渗透试验, 取1.5m;k为浆液消耗系数, 一般取1.3;λ为浆液密度, 速立得材料取1.14×103kg/m3;β为浆液充填系数, 取0.75;h为注浆孔在岩层中的深度;n'为注浆介质岩体的孔隙率, 取0.85%。

3.5 封孔原则及孔口管利用

(1) 水泥材料封孔, 必须使用水泥与水玻璃双液浆;若使用化学浆, 则使用化学浆专用封孔器封孔[8]。

(2) 注浆封孔结束后, 水泥浆封孔的孔口管外露长度符合设计外露长度 (≤100 mm) , 保护好孔口管及孔口管丝扣, 上好闷头螺帽, 以备套孔使用。

3.6 注浆标准及效果

(1) 单孔注浆结束标志:注浆压力达到设计值, 距离注浆孔较远处跑浆, 注浆孔无涌水流出。

(2) 每一段高注浆结束标志:井壁无集中出水点, 且井壁无淋水或偶见湿泽、小水珠。

(3) 井筒注浆结束标志:井壁无集中出水点、无大面积散水, 整体涌水量≤5 m3/h。

3.7 注浆工期

主井注浆施工工期为90 d;副井注浆施工工期为100 d。

4 井筒防治水方案实施情况

4.1 注浆工艺及劳动组织

(1) 为了提高注浆速度, 按照井筒断面及吊盘结构, 合理利用空间布置了双套注浆系统。使用2台风钻、2台注浆机同时作业, 以一个井壁接茬注浆为例, 操作程序为:2台风钻同时打孔, 共同完成4~6个钻孔 (时间30 min) 后, 采用2台注浆机开始同时注浆作业, 1台风钻继续打孔。

(2) 劳动组织以满足双套注浆系统为主, 并尽量减少井下作业人员, 井下作业人员共计10人:值班领导1人、技术员1人、信号工1人、直接注浆工7人 (可打钻孔及实施注浆) 。

(3) 根据注浆实际情况, 制作了2套表格: (1) 注浆记录表, 结合井筒断面展开图, 详细记录注浆层位、钻孔位置、单孔注浆量, 为注浆分析及日后钻孔重复利用奠定基础; (2) 双套注浆系统跟踪表, 详细记录注浆工艺的分步实施时间, 进行合理管控, 提高劳动效率, 加快注浆速度。

4.2 注浆实施及改进

(1) 井壁接茬注浆。采用分段提盘复注的原则, 每个段高4 m, 10个段高40 m提盘复注。冻结段单层井壁, 接茬注浆先注接茬下排孔, 再注接茬上排孔, 如果接茬下排孔注浆对接茬起到了有效封堵作用, 则不再注接茬上排孔。无论注单孔、注排孔均需密切观测井壁及附近排孔出浆情况, 随时调整注浆方法, 如注单液升压较快则改双液, 附近出浆裂隙随时用铁楔、木楔、碎布封堵。根据井筒实测地质素描图, 针对不同岩性、岩层产状确定不同的注浆孔角度、深度。注浆孔的数量根据堵水需要确定, 各注浆孔的有效扩散半径应相交, 注浆孔一般应错开排列, 均匀布置。使用普通水泥排孔注浆完成后, 对于新的出水点, 直接套孔使用超细水泥复注, 提高钻孔利用率。 (1) 深0~150 m双层井壁段, 常规壁间注浆方法, 不再叙述。 (2) 深150~254 m冻结单层井壁段。该段地层以中粒、细粒砂岩为主。钻孔深度1.3~1.5 m, 钻孔孔内无水, 压注清水冲洗钻孔, 无压, 注单液浆时压力大, 不进浆;调整为先用水和水玻璃混合往孔内压注, 冲洗润滑岩层裂隙, 采用普通水泥进行注浆, 等注浆压力上升、进浆量差时改用超细水泥进行注浆。 (3) 深254~385 m冻结单层井壁段。该段地层以中粒、细粒砂岩为主。钻孔深度1.3~1.5m, 钻孔孔内有水, 单孔最大涌水量23.2 m3/h, 水压4 MPa, 且井壁接茬漏水点较多;该段均匀布孔, 埋好孔口管, 安装注浆阀门进行放水, 减小注浆压力, 采用引流对称注浆方法, 出现孔口串浆现象后及时关闭串浆阀门, 最大孔口管串浆达到3个孔位, 串浆距离约8 m, 对于串浆的钻孔进行套孔复注, 并反方向检验验证, 确保可能串通的裂隙全部充填密实。 (4) 深385~525 m冻结单层井壁段、525~668 m普通基岩单层井壁段。该段地层以砂质泥岩为主, 细粒砂岩、粉砂岩次之。钻孔深度可在1.3~2.5 m之间调整, 孔内无水, 注浆压力高, 进浆量小, 根据注浆实际地质情况、钻孔出水情况、地层串浆情况, 排孔适当减少至8个;进入侏罗系稳定地层后, 在施工完隔水帷幕后, 排孔注浆时出现个别钻孔压力瞬间上升现象, 依据前面注浆情况分析, 将排孔适当减少至5个。

(2) 隔水帷幕施工。根据实际情况, 将含水层隔水帷幕与冻结孔封堵注浆结合成一体, 以减少钻孔对井壁的破坏, 原则如下[9,10]:双层与冻结段单层井壁相接段设置一层帷幕, 隔断第四系表土层降水渗漏补给白垩系地层;白垩系终止层设置一层帷幕, 隔断白垩系与侏罗系之间的水力联系;冻结段单层井壁终止层设置一层帷幕, 隔断冻结孔环形空间导水;煤层上部侏罗系设置一层帷幕, 隔断井筒壁后放炮松动空间导水补给煤层。隔水帷幕施工工艺[11,12,13]:每道帷幕布置钻孔12个。首先打1.3~1.5 m浅孔进行壁后充填, 再套孔至5.0 m充填地层裂隙;浅孔注浆压力控制在7 MPa, 深孔注浆压力控制在9 MPa。根据实际情况, 主井井筒分别在深380.5, 408.6, 570.0, 622.0 m位置设置了4道帷幕;副井井筒分别在深386.2, 434.3, 506.4, 520.8m位置设置了4道帷幕。

5 注浆情况及效果

(1) 注浆工期。主井于2012年10月1日开始注浆, 2013年1月11日暂时结束, 清理井底泥浆, 2013年1月17日提盘复注及拆除井筒内管路, 并组织井壁验收, 至2013年1月26日提盘至井口, 注浆全部结束, 共用时118 d。副井于2012年9月29日开始注浆, 2013年1月8日注浆暂时结束, 清理井底泥浆, 2013年2月1日提盘复注, 并组织井壁验收, 至2013年2月21日提盘至井口, 注浆全部结束, 共计用时132 d (不含春节放假7 d) 。

(2) 钻孔及注浆量。 (1) 主井:此次注浆共施工钻孔1 998个, 共注普通水泥307.650 t、超细水泥223.055 t、水玻璃101.779 t。 (2) 副井:此次注浆共施工钻孔1 880个, 共注普通水泥94.830 t、超细水泥347.805 t、水玻璃80.135 t。

(3) 井筒涌水量。注浆后主井井筒涌水量为3.460 m3/h;副井井筒涌水量为3.637 m3/h。

6 结语

(1) 此次注浆结束后, 2个超大井筒的涌水量均降到4.0 m3/h以下, 有效将地下含水层的涌水封堵于壁后, 同时还起到加固井壁的作用。

(2) 井筒壁后注浆的施工顺序应根据含水层的厚度分段进行, 对漏水段较长的井筒, 应自上而下逐段进行, 并根据实际注浆情况确定提盘复注的距离。

(3) 注浆孔深度应根据不同注浆对象而定。对岩层裂隙注浆时, 注浆孔孔深应控制在井壁厚度的1.5~2.5倍;对含水层注浆时, 注浆孔孔深应控制在井壁厚度的5~7倍。