封闭式回风立井井筒注浆堵水施工工艺

王松青，向 阳，陈廷虎

1.中煤矿山建设集团二十九工程处，安徽宿州，234000；2.武昌理工学院城市建设学院，湖北武汉，430223

封闭式回风立井井筒注浆堵水施工工艺

王松青1，向 阳2，陈廷虎1

1.中煤矿山建设集团二十九工程处，安徽宿州，234000；2.武昌理工学院城市建设学院，湖北武汉，430223

主要论述了封闭式回风立井井筒注浆堵水施工工艺：通过在风井井筒周围因地制宜地布置提升井架、稳绞车等提升系统，在风井防爆盖上实际投点割下绳孔，把吊挂钢丝绳通过下绳孔穿入井筒下放至风井井底，在井下口进行组装和悬挂吊盘，安装信号系统，从而形成井筒提升系统。井筒提升系统形成后利用吊盘对井筒进行实际检查，对出水点有针对性的注浆处理，达到封堵水的目的。其中，封闭式回风立井井筒注浆施工技术及松散层段壁后注浆施工的防范措施，为同类型的工程施工提供经验。

封闭式；回风立井；注浆堵水

回风立井是用来抽出全矿井或采区风流的井筒。井筒因担负着煤矿井下通风任务，设置专用回风立井不但增强了矿井的抗灾能力，而且可使矿井的漏风率减少2%～3%[1]。

由于地下水源的长期流失、地层动力的变化，经常造成井筒不同程度的损坏，井筒涌水量增大[2]56。近年来，淮南、淮北、永城、徐州、兖州等矿区的回风立井井筒不同程度地遭受破坏，井壁多处出现渗水、淋水及涌水现象，甚至还出现涌砂，涌水量逐渐增大，严重影响矿井回风效果、风机运行以及风井井壁安全，危及到矿井的安全。为此，本文针对兖州矿务局兴隆庄煤矿东、西回风立井和国投新集二矿中央回风立井注浆堵水治理的实践，对封闭式回风立井井筒注浆堵水施工工艺进行探讨。

1 回风立井井筒注浆堵水施工方案

(1)设计、安装临时井架、稳绞车、吊盘和井筒信号等提升设施，确保井筒提升系统。

(2)井筒提升系统形成后，自上向下检查井筒，了解井筒的破坏情况，找出井筒出水位置，完善注浆堵水设计和施工措施。

(3)采用上行式注浆方式对井筒进行堵水注浆。

(4)自上向下检查，对其他集中出水点增加布孔进行堵水注浆。

2 施工方法及步骤

2.1 注浆施工准备工作内容及安排

(1)施工提升绞车、稳车及井架基础。

(2)安装绞车、稳车、井架、天轮平台及挂钢丝绳。

(3)组装吊盘及辅助装置。

(4)挂装井内照明、通讯、信号电缆。

(5)调试提升系统，利用吊盘检查井壁，完善设计和措施。

(6)安装搅拌站及注浆系统。

2.2 提升及悬吊设施布置原则

(1)井架采用Ⅰ型钢管井架改造，根据现场条件做适当调整。

(2)地面稳车、提升绞车、搅拌注浆站的布置，原则上利用风井场地已有空间见缝插针，并尽可能利用现有设施，做到简化、实用，安全可靠，方便施工。

(3)由于受井筒梯子间及管路的影响，吊盘只能按月牙形设计制作，为减少风阻，吊盘做成网格状，不用钢板密封。承载能力满足破壁注浆的需要[2]86。

(4)注浆管和压风管从地面防爆盖下放，人员从风道口上下。

2.3 提升及悬挂设施布置和安装

2.3.1 提升及悬挂设施布置

(1)井筒采用一套单钩提升，提升绞车根据井筒深度合理选型，配1.0 m3吊桶和3.5 t钩头，提升材料和人员上下。

(2)施工用吊盘采用双层吊盘，上下吊盘用4根立柱连接，并用柔性钢丝绳连接作为辅助保险绳；吊盘直径按规范要求设计，主梁设计采用I20工字钢和圈梁(20槽钢加工，上面用-40*4扁钢立放，做成40 mm*40 mm网格)；吊盘采用双绳双叉悬吊法，地面两台单10 t稳车单独悬吊；稳绳采用两台单10 t稳车悬吊，另一根由吊盘绳兼用。

(3)井架采用Ⅰ型钢管井架改造，根据现场实际条件，调整井架上下尺寸和高度，满足提升的需要。

(4)稳绞布置和天轮平台布置必须根据实际工况进行布置。

2.3.2 井筒提升及悬挂设施安装方法

(1)吊盘组装：因风井防爆盖无法打开，吊盘不能在地面组装，在井下口马头门组装；组装时，用方木搭高度500 mm平台进行组装。

(2)钢丝绳安装：根据设计图安装天轮，把吊盘及稳、绞车绳点引到防爆盖上，用气割把4个钢丝绳孔割出，孔径80 mm。割孔前，先在要割掉的防爆盖钢板上用孔径16 mm圆钢各焊接一个手把，待钢板割掉后拿走保管好，注浆结束后再恢复。绳孔割好后及时用两块300 mm*300 mm胶带封孔，防止漏风，胶带一个中间带圆孔，一个不带，用两个螺栓固定在风帽上。下绳时，通过绳孔把钢丝绳松到第一层梯子平台，挂卸力和重锤后再向下送，到底后垂直固定，待吊盘三根绳全到位后挂吊盘。

在防爆盖上割下绳孔时，为防止氧焊物被风机吸走打坏风叶，施工时建议停风后进行施工作业，施工时间约20 min。

(3)吊盘形成后，提升钢丝绳，在第一层梯子间装3.5 t钩头和滑架，并沿钢丝绳下放，在井下挂吊桶。

(4)利用吊盘检查井筒。

2.4 供电、井筒通讯和信号、压风及注浆管路

(1)供电：设计总负荷约400 kW，从地面变电所引入一路380 V电源到风井施工配电点，再由配电点向绞车、3台稳车、注浆站、照明等施工设备供电。

(2)井筒内布置一趟通讯和信号电缆，沿吊盘绳敷设。井口上人平台、绞车房和吊盘实行通讯、信号联系，并建立相应的联络制度。

(3)供风系统引自地面压风机房干管，井筒内布置一趟高压胶管(直径25 mm，压力21 MPa)到吊盘，利用吊盘下放，管路固定在梯子间主梁上。

(4)两趟注浆管路从注浆站经防爆盖引入井筒，沿梯子间侧下放到工作面，利用吊盘下放，管路固定在梯子间主梁上。

3 注浆施工

3.1 注浆孔布置

3.1.1 对集中出水点孔的布置

在井筒集中出水点部位上下1～3 m范围内，布置3～5个注浆孔进行出水点降水，待原出水点无水或出水无压力时进行封堵严实(用水泥或木塞加棉纱堵)，关闭降水孔，观察原出水点不出水或出水很少时接管注浆。集中出水点处理采用下行式注浆方法。

3.1.2 夹层注浆段孔的布置

待集中出水点处理完毕，采用上行式注浆方法，对井筒双层井壁段按10～20 m排孔间距进行夹层充填注浆加固，达到堵水目的；每排布置五六个孔，上下排注浆孔按“三花状”布设。

3.1.3 壁后注浆段孔的布置

对基岩段井壁进行壁后注浆堵水，设计段高5～10 m，每排布置五六个孔，上下排注浆孔按“三花状”布设。

3.2 注浆孔施工

(1)表土冻结段为双层井壁，设计孔深为穿过内壁进入外壁50 mm，然后埋设42 mm×5 mm注浆管。

(2)基岩段为单层井壁，设计孔深2.5 m；施工时先打600 mm深孔，然后埋设42 mm×600mm的注浆管，装阀试压合格后再用直径为28 mm的钎头打够孔深进行注浆。

钻孔施工采用7655风钻配直径为42 mm的钻头打眼。为控制孔深，施工时在钎子上必须做好眼深记号。孔口管设计直径为42mm的无缝钢管加工，一端制作成马牙扣，一端车丝，长度根据井壁厚度而定。埋设前，将麻丝缠绕注浆管，然后在孔口管丝口端安设废旧闸阀，用大锤配砸管器将孔口管打入孔内，注浆管外露长度不大于50 mm[3]。

(3)注浆压力：注浆压力的大小首先应满足井壁承受能力，其次应满足进浆的需要。根据以往井筒注浆施工经验，考虑井壁承受能力，保证施工安全，一般来讲，井筒壁间或破壁注浆，注浆终压取静水压力+1.5 MPa[3-5]。

(4)注浆材料：采用PO.42.5R普通硅酸盐水泥和水玻璃，同时备用三乙醇铵和氯化钠速凝；注浆以单液浆为主，水泥和水玻璃双液浆为辅。在渗水部位，颗粒状水泥较难注入，也可适当选择化学浆液。

(5)浆液配制：单液水泥浆水灰比设2∶1、1.5∶1、1∶1共3个级配。为保证注浆效果，增大注入量，注浆先压清水洗孔。注浆时，视吸水量确定注浆工作的起始浓度，然后根据压力的变化进行浆液配比调换，一般按先稀后浓的原则调配浆液(表1)[4]。

若注浆施工时，注浆范围内出水点明显，缝隙漏浆严重，可根据现场情况由单液水泥浆调整为水泥-水玻璃双液浆相结合的注浆方式进行，必要时采用双液浆封孔。双液浆中水泥浆与水玻璃比采用1∶0.5～0.8的体积比，水玻璃选用40～45 Be°，M=2.5～3.0为宜[5]。

3.3 注浆结束标准

(1)单孔注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压。

(2)井筒深度小于600m的，井筒总漏水量不大于6m3/h, 不得有0.5m3/h以上的集中出水孔。

4 表土段破壁预防措施

(1)钻孔施工前，根据每段井壁情况及设计孔深在钎子上做好限位标志，方可进行钻孔施工。表土段钻孔时，操作人员及时准确地把握钻进速度和孔深，严禁表土段注浆孔终孔穿过外壁。钻孔达到设计深度后，安装并固定孔口管。

(2)一旦发生表土段钻孔穿过外壁，立即采取圆锥形木锥(一端直径大于钻孔孔径10mm，另一端直径小于钻孔孔径10mm，长度要求500mm)进行强行封堵，然后根据钻孔穿透外壁的深度，在距0.5m处选择位置施工，对新孔进行夹层充填注浆。

(3)在松散层较厚、地应力较大的砂层部位破壁或注浆钻孔发生溃砂时，除用木塞处理外，应安装孔口管和防喷板，孔口管外部距丝口端0.6m处周圈焊直径16mm的螺纹钢，防喷板采用10mm厚、300mm×300mm钢板做成，居中位置挖出孔口管孔径，在孔口管安装后用防喷板将孔口管卡牢卡实，然后将防喷板用4根16mm×500mm的锚杆固定在井壁上，防止孔口管的喷出。待孔口管和防喷装置安装完毕后，采用直径为28mm的钻头从第一层孔口管内钻进，疏通注浆通道后及时闭阀注浆。

5 安全注意要点

(1)吊盘上电缆及小型电器要做好防水保护，防止漏电和损坏。

(2)风道口信号和通讯必须同时使用，确保上下人员或材料安全。

(3)吊盘上作业人员必须系好保险带，注浆时必须配带防护眼镜及防护手套。所有工器具和材料必须入筐摆放，严禁坠落井下。

(4)注浆前要对整个管路系统做耐压试验。

(5)注浆时，必须指派专人观察井壁，发现井壁有异常现象应立即打开卸压阀、结束注浆并及时处理。

(6)注浆时，作业人员要站在孔的两侧施工，远离出气孔。

(7)在表土段造孔时，掌握好井筒深度和内壁厚度，严格控制造孔深度。

(8)上、下井口通道口必须设置警戒线，警戒线距井口不得小于20m，并在警戒线上悬挂警示牌，非工程施工人员严禁进入警戒线内[5]。

(9)在防爆盖上割钢丝绳孔时，必须有烧焊措施，防爆盖上绳孔必须封闭严实。

6 结束语

(1)采用上述回风井井筒注浆堵水施工工艺，井筒无集中出水点，涌水量减少，涌水量由原来的30～50m3/h减小到2～6m3/h，注浆效果十分明显。

(2)经对回风立井注浆堵漏，起到了对井壁的加固作用，减缓了因地下水的长期流失而产生地层收缩对井壁的破坏，增强了井壁自身抗压能力，延长了井筒服务年限，确保煤矿安全生产。

(3)通过对风井井筒的注浆堵水，减少了井壁渗漏水对矿井抽风设备的长期侵蚀，延长了抽风设备的运行寿命，大大减小了矿井回风阻力，提高了矿井总回风量，为矿井安全提供了有利条件。

(4)封闭式回风立井井筒注浆堵水工程，通过安设提升系统、信号系统、注浆系统等，使注浆工作在井筒内有针对性操作，施工工艺简单，注浆效果明显，能对井壁进行实地观测，做到安全可靠，经济价值和安全效果明显，解决了类似封闭式井筒出水后无法进行有效注浆堵水的技术难题。此方法的可行性及合理性在兴隆庄煤矿和国投新集二矿回风立井井筒注浆堵水中得到了验证，在类似矿井注浆堵水中值得推广和借鉴。

[1]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000：136-145

[2]王介峰.凿井工程图册[M].北京：煤炭工业出版社，1991

[3]丛山.矿山帷幕注浆堵水工程设计和施工[M].北京：地质出版社，2011：97

[4]国家安全生产监督管理总局，国家煤炭安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2010：56-61

[5]李新.煤矿安全生产管理与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008：152

(责任编辑：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.07.032

2015-03-22

王松青(1966-)，安徽桐城人，高级工程师，主要研究方向：矿井建设及井筒防治水施工。

TD262

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1673-2006(2015)07-0117-03