立井工作面预注浆施工探讨

余　兴（湖南核工业建设有限公司，湖南长沙410003）



立井工作面预注浆施工探讨

余兴（湖南核工业建设有限公司，湖南长沙410003）

在双柳煤矿郭家山风井井筒施工过程中，采用了工作面预注浆的技术，以封堵太原组灰岩含水层水，同时加强井壁围岩的强度，达到了预期效果，确保了井筒施工的顺利进行。在此重点说明本次注浆的施工方法、注浆效果，以及相关的经验。

井筒；含水层；断层破碎带；工作面预注浆

1　井田水文地质情况

1.1含水层

奥陶系中统石灰岩含水层（岩溶充水矿床），岩性以石灰岩为主，次位泥灰岩、角砾状泥灰岩及石膏带，发育少量白云质灰岩及泥岩。据资料：峰峰组岩溶发育浅埋区强于深埋区，但存在明显的不均衡性，马家沟组富水性强于其上峰峰组。区内奥灰水向东南经流，至柳林泉排泄，水位标高802.8m，高于井田内各煤层至少100m，是双柳矿井潜在的水患威胁因素，对煤矿安全生产极具威胁。

太原组灰岩含水层（为裂隙冲水矿床）：由L1～L5石灰岩组成，总厚20～30m，受露条件限制，浅部富水性较强，深部富水性较弱，溶孔呈孤立状，连通性差，主要富水层为L4、L5石灰岩含水层，地下水由东向西缓慢运移，水位标高718.95～833.01m，单位涌水量0.016L/s·m，水力坡度2%。

二叠系列砂岩含水层（为裂隙冲水矿床）：主要由细-粗砂岩（K3～K8）层组成，生产揭露证实：富水性极不均衡，通常浅埋区强于深埋区，厚度变化较大，由于节理裂隙被方解石脉所充填且厚度不够稳定，故水力连通差，富水性弱。据资料（133水文孔）：单位涌水量0.082～0.089L/s·m，水位标高754.7～776.6m，地下水向西经流。

1.2隔水层

上组煤：由4#煤底板至奥灰岩石顶板界面，岩性以砂质泥岩、泥岩、砂岩为主，夹1～5层灰岩，平均厚度约147m。

下组煤：由9#煤底板至奥灰岩顶板界面，岩性以砂质泥岩为主、夹泥灰岩、砂岩，平均厚度约60m。

2　注浆方案设计

2.1井筒施工情况

郭家山回风立井在施工过程中，由于矿方提供的水文地质资料不全，加之石灰岩裂隙发育，含水情况不详。井筒穿过3+4#煤层后，根据现有地质柱状图得知，井筒下部施工将穿过三层段高不等的太原组石灰岩和8、9#煤层。因8、9#煤层又不是现阶段开采可利用煤层，故对该煤层瓦斯含量，压力及其它相关参数均不了解，当井筒施工至420m左右时，井下涌水突然增大，达28m3/h，致使施工无法进行。

2.2井筒工作面进行预注浆的目的

在井筒工作面进行预注浆的目的，是封堵太原组灰岩含水层水，同时加固井壁围岩，保证井筒能够顺利的施工。

2.3注浆段高

井筒的工作面的预注浆段为54.5m （井深为420～474.5m段），需在该段范围内有效进行合理的布孔，并确定注浆孔数。

2.4注浆孔的布置

井筒净直径为7m，注浆孔的布置圈径为6.5m，均匀布置的注浆孔有8个，同时在井筒的中心布置了9号孔，作为检查孔、注浆孔。

布置见图1。

图1　注浆孔布置示意图

2.5注浆原料

注浆原料选用新鲜水玻璃和525号普通硅酸盐水泥。水玻璃模数为3.2，浓度为40波美度。

2.6注浆参数

2.6.1注浆的压力

注浆时的初压应该大于静水的压力；终压应该为2倍的静水压力，应取10MPa左右。

2.6.2浆液有效的扩散半径

浆液有效的扩散半径应取6～7m为宜。

2.6.3浆液的注入量

浆液的注入量往往依据孔内情况来判断，预计单孔的注入量应为90m3。

2.7单孔注浆的结束标准

单孔注浆的结束标准为：单孔注浆的终压达到8MPa，注浆的终量小于40L/min。

3　注浆施工

3.1浇筑止浆垫

本次设计的止浆垫是单级平底型，止浆垫的厚度为4m，混凝土的强度等级应≥C30。在止浆垫以上的1.5m段的井筒荒径扩大800mm，在浇筑混凝土的止浆垫时，应按照设计的位置与角度来预埋孔口管。止浆孔的孔口管采用φ133mm的无缝钢管制作，无缝钢管上应附焊16mm的钢筋螺纹挡圈，在孔口安装159mm的法兰盘。

3.2注浆孔钻进

钻孔采用TK150型号的钻机来钻注浆孔。针对不同岩层的情况，分别选用PD钻头、75mm型潜孔锤和75mm型三翼钻头，以便加快钻进速度。

3.3注浆作业

注浆泵应选用HFVIC型高压大容量双缸双往复式活塞泵。这种泵的主要特点是可以任意调节注浆量和注浆压力的大小，并可自动控制浆液的注入量。注浆站设计在吊盘上；敷设两路高压胶管作为输浆管，一端接入注浆泵，另一端经过混合器和注浆孔处高压闸阀连通。注浆的工艺如下：

（1）注浆前应把吸浆笼头先放入吊盘上清洁的水箱内，关闭孔口的进浆阀，开启混合器的泄浆阀，检验注浆泵的管路是否畅通及工作情况是否良好。

（2）打开孔口的进浆阀，关闭孔口的泄浆阀，然后逐渐减少孔口的流量，先用清水作以此耐压试验，大于终压的0.5MPa即可视为合格。

（3）在注浆前，应首先注入足量的清水，等待15min左右；待一切显示正常后，可以开始进行正式注浆。在注入双液浆时，在水泥浆桶内放入一个吸浆笼头，水玻璃桶内放入另一个吸浆笼头，然后适当的调节吸入量，注浆泵会自动控制玻璃浆液和水泥浆液的比例，然后在混合器中通过两个输浆管道将浆液输送混合后，注入到注浆孔内。待注浆过程结束后，把吸浆笼头放置在清澈的水池中，打开注浆器的泄浆阀，同时关闭进浆阀，利用清水多次冲洗混合器及注浆管路。注浆时，依据钻孔出水的情况来决定起始浆液的浓度。采取先稀后浓，然后逐渐调节的方法。首先注入单液浆，然后注入双液浆。

3.4注浆情况

由于本次的工作面的预注浆的关键目的是封堵住太原组灰岩含水层，同时对井壁围岩进行加固。注浆孔完全穿过了太原组灰岩含水层，测得 3#孔的涌水量达28m3/h，因此对该孔进行了注浆加强，其单孔注入的水泥量达了6.23t；其它各孔均一次性钻至终孔的位置，因涌水量并不大，就分别对其他孔进行了注浆。待其他孔的注浆过程结束后，又对3#孔进行重复钻探，检验得涌水量为14m3/h，故而又对其进行了一次注浆，在单孔注入水泥的量达6.78t。注浆结束后，1～6孔进行反复扫孔然而到底未见涌水，所以9号孔（检查孔）并未进行施工（见表1）。

表1　双柳煤矿郭家山风井工作面预注浆工作量及水泥消耗量

4　注浆效果

采用上面所述的注浆参数好布孔方法，对井筒进行工作面的预注浆结束后，经现场实测，涌水量为3m3/h，达到了预想的注浆效果。从实际施工揭露的岩层情况来看，在太原组灰岩含水层裂隙中充填近20mm厚的水泥浆，裂隙封堵的效果良好。在工作面预注浆时，井筒上部20m范围内的井壁接茬缝处多处跑浆，经采取调整浆液浓度和间歇注浆等一系列的措施后，终于解决了这一问题，并为以后解决类似的立井经过竖向裂隙发育的含水层的问题提供了有价值的经验参考。3号孔钻进时出水量较大，经水质化验结果表明，涌水中有风化带水和太原组灰岩水的存在，所以推断是由于断层影响所致。因为当时利用了加强注浆的措施，在之后平巷施工时没有发生出水现象，说明本次注浆措施对太原组灰岩水以下的构造的封堵结果也较好；还加强了对井壁围岩，一举两得，有利于维护后期矿井的施工安全。

5　结束语

在注浆造孔时选用PDC钻头，比以往所采用的三翼钻头效果要更好，用PDC钻头能加快硬岩的钻进速度，今后应该重点推广和应用。关于注浆效果与注浆量的关系，人们常常只从经济的角度来考虑，盲目的控制注浆量的大小，若从注浆经济技术的角度来考虑，还可采用加大浆液浓度和间歇注浆等措施。在注浆过程中，应该始终坚持将各孔注浆的终压均应达到理想设定值，注浆养护时间应足够的做法，尽管浆液的注入量变大，养护时间延长，但注浆效果良好，井筒施工速度快，结果反而减少了投资，缩短了工期，获得了效益。因此保证一定的浆液注入量和充足的注浆养护时间，是保证注浆达到预期效果的必要条件之一。在裂隙发育的岩层破碎带施工，采用注浆的方法来加固岩层，提高岩层的稳定性，可以有效的避免井壁坍塌事故的发生，提高井筒掘进的速度，保证建井的施工安全。

［1］邝健政.岩土注浆理论与工程实例［M］.北京，科学出版社，2010，120，

［2］刘玉祥.水泥—水玻璃双液注浆中的最优参数选择［J］.矿冶，2005，14 （4）.

［3］李再朋.立井工作面预注浆施工［J］.建井技术，2013，34（1）：16～17.

［4］赵国栋.立井地面综合注浆技术研究与应用综述［J］.建井技术，2012，3 （6）：8～11.

余 兴（1977-），男，工程师，大专，主要从事矿山建设工作。

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