表土层注浆在查庄煤矿深部风井施工中的应用

2014-04-10陈百新

河南科技 2014年1期

陈百新

(辽宁东煤基本建设有限责任公司，辽宁沈阳 110122)

查庄煤矿深部风井设计深度427.8m，第四系表土层厚度40.1m，表土层为双层井壁，外壁厚350mm，内壁厚250mm，砼标号为250#素砼，井筒净径5m。第四系表土主要由粘土和砂礓粘土组成，这两种土层本身比较稳定，且大部分不含水，但它具有触变裂化特性，即遇水后体积膨胀，呈粘稠状不易失水。位于第四系表土层以下的基岩风化带厚11m，岩性为粗砂岩，极其破碎且含有大量承压水。详见附表1：表土层及基岩风化带检查孔柱状表。

依据施工组织设计，我们采用短掘短砌、超前小井降水的方法，很顺利地施工到－32m，进入基岩风化带之上的砂礓粘土层。由于安装吊盘、挂设主提升绞车，井筒停工5天，致使工作面的砂礓粘土层遭到水的浸泡，而这一层砂礓粘土位于承压含水层上，下部早已长期经受水的浸泡。当井筒恢复下掘时，发现工作面上涨了1m多，且粘土层呈泥浆状，工作面随掘随涨，以后虽然三次采取超前井降水疏干、短段掘砌、分块开帮、板桩护壁的方法强行通过这一砂礓粘土层，但都没有成功。最后，经多方研究决定采取工作面预注浆的方法。

1 注浆的目的

封堵基岩风化带的承压水，挤压－32～－40.10m已经受扰动呈泥浆状的砂礓粘土，使其失去水分，强度增加。

表1 表土层及风化带检查孔柱状表

2 注浆孔的布置

按照上述注浆目的，布置了三种类型的注浆孔：浅孔深度4～5m，外倾角20°；中深孔深度10～11m，外倾角15°；深孔15～16m，倾外角10°30′。浅孔和中深孔用来在砂礓粘土层中的挤压注浆，深孔用来在基岩风化带中的封水注浆。这三种类型的注浆孔各5个，均布在4 200mm的圈径上，后来在进行深孔注浆时，发现基岩风化带的涌水量远远大于预计的涌水量，5个深孔不能满足需要，于是在浅孔和中深孔之间又分别增加1个深孔，使深孔总数达到10个，详见附图——注浆孔布置图。

图1 注浆孔布置图

3 注浆机具

注浆泵选用锦西注浆泵厂的2TGZ－60/210型高压双液调速注浆泵，钻机选用TXU－75型钻机。

4 浆汇类型

在浅孔和中深孔中主要注单液水泥浆，水灰比为1∶1；在深孔中根据注浆的实际情况采用单液和双液二种浆液，单液水泥浆的浓度为1∶0.5～1∶1，双液水泥浆和水玻璃浆的体积比为1∶0.3～1∶0.5，水玻璃浓度为40°Be。

5 注浆终压

P=（2－3）P°式中：P°——静水压力

浅孔中P=（2－3）×3.5=7－10.5kg/cm2

中深孔P=（2－3）×4.1=8.2－12.3kg/cm2

深孔中P=（2－3）×4.6=9.6－13.8kg/cm2

考虑到砂礓粘土层中注浆是为了挤压、排出含水，故浅孔的终压定为15－20kg/cm2，中深孔的终压为20－25kg/cm2。在深孔注浆中，根据打钻孔的情况得知基岩风化带的粗砂岩已经风化成松散状，故深孔注浆实际上也是在砂层中的挤压注浆，因而终压也较高，为30－40kg/cm2。根据后来实际情况可知，以上注浆终压都达到了预期的目的。

6 浆液浓度及终量的控制

在浅孔和中深孔中完全是一种挤压作用的注浆，故浆液注入量越大，终压稳定时间越长，挤压作用越强，浆液浓度越大，结石率越高，注浆效果越好。在实际注浆的过程中，多采用水灰比1∶1以上的单液水泥浆，为打通注浆通道，加大注浆量，在正式注水泥浆之前，先高压快速注入清水，然后再注1∶1水泥浆，当连续注浆不升压时，则加大水泥浆的浓度到1∶1.5直至达到终压并稳定一段时间为止。

在深孔注浆中，根据钻孔涌水量先注单液水泥浆，再根据注浆压力的变化，改变水泥浆的浓度，或者是改注水泥——水玻璃双汇浆。一般情况下，当钻孔涌水量小于0.5kg/cm2时，先注1∶0.5的单液水泥浆，然后再调整水泥浆的浓度，当水灰比达到1∶1时，压力仍不上升则改注水泥——水玻璃浆，1∶1的水泥浆同水玻璃浆的体积比为1∶0.3～0.5，当注浆压力还不上升时，则将水泥浆的浓度调到1∶1.5，直到达到设计终压为止。各孔的浆汇注入量见附表2注浆量统计表。

表2 注浆量统计表

7 注浆效果

当原设计的注浆孔和后增加的注浆孔全部注完以后，打了一个检查孔，并对其取芯，结果涌水量为0.328m3/h。砂礓粘土层的岩芯比较稳定，土层中夹杂着大量的水泥颗粒，而风化砂岩仍极其松散，故而没有能够取出岩芯。

当破除止浆垫井筒恢复下掘时，发现原已呈泥浆状的砂礓粘土层经挤压注浆后极其稳定，水泥浆有的呈脉状，有的呈片状分布在砂礓粘土层中，最厚的部位达200mm，最大的面积布满整个井筒掘进断面，整个工作面几乎没有涌水。从基岩风化带揭露的情况看，基本和砂礓粘土层一样，因粗砂岩已经风化成完全松散的粗砂状，已经没有什么明显的裂隙，经水泥浆的挤压和片状扩散也比较有效地封堵了涌水，掘进工作面的涌水只有3－4m3/ h。