五举煤矿主立井井筒水下混凝土止浆垫施工技术

◎刘 鹏

五举煤矿主立井井筒水下混凝土止浆垫施工技术

◎刘 鹏

平凉天元煤电化有限公司五举煤矿设计生产能力2.4Mt/a，采用立井-暗斜井开拓方式，井筒净断面直径6m，掘进断面直径7.2m。2013年1月井筒正式掘砌施工，于2013年6月施工至井深225.7m时发生裂隙断层突水，最大涌水量达到360m3/h，超过现场强排能力，造成淹井事故，最深淹井达131.5m，最终采用静水压下混凝土封底堵水成功，排干积水，再通过深孔注浆的方案成功穿越该承压含水层。

水文地质条件

主立井井筒所穿越含水层根据含水性可分为三层。

第四系松散岩类孔隙潜水含水层，为①含水层，厚1.2m。下白垩统六盘山群第一段砂岩、砾岩承压含水层，为②含水层。岩性以砾岩为主，受胶结程度控制的混合含水层，厚154.93m。为井筒中遇到的主要承压含水层。侏罗系＋三叠系砂岩复合承压含水层，为③含水层。是由多个厚度不等的含水层组成的主要受岩性控制的层状混合含水层，厚161.3m。为井筒中遇到的主要含水层。

水下混凝土止浆垫施工

施工方案。根据现场情况，采用C50混凝土施工厚度7m的止浆垫，为防止混凝土离析，C50混凝土中除了掺加UWB-Ⅱ早强型水下不分散絮凝剂（用量为水泥用量的3～3.5%左右）剂，利用特制的底卸式吊罐运送混凝土。按照一定速度下放吊桶，保证浇筑混凝土止浆垫的施工质量。止浆垫施工完毕水下养护20天后开始排水，排水时水位每下降20m停止抽水，进行水位观察2h，若水位变化，表明止浆垫失效，进行止浆垫补强措施；若无变化，则继续进行排水，水排至井筒210m位置时（止浆垫上面），分段注浆加固井壁，井壁加固完毕后。再排水露出井底。然后清除止浆垫上面已离析而未凝固的水泥浆。若止浆垫有漏水现象，采用注浆加固堵漏措施，后打钻注浆加固混凝土止浆垫及埋设孔口管注浆堵水。

止浆垫设计参数。止浆垫选择以近平底型为原则，其计算公式为：

B=P0r/σ＇+0.3r。P0—最大注浆压力，Mp；r—井筒的掘进半径，m；σ＇—混凝土的允许抗压强度，Mpa；σ＇=σ/k —σ为20天时混凝土的极限抗压强度，k为安全系数，取3；

根据经验，暂考虑注浆压力取静水压的3倍，静水压最大为2.4Mpa；由于为水下下放混凝土，为保证安全，混凝土极限抗压强度按C20强度计算，20×60 %=12Mp；混凝土采用标号为C50的混凝土；综上，计算得出止浆垫的厚度B=7.2×3/12/3+0.3×3.0=6.3m。

根据现场情况，本次止浆垫施工厚度确定为7m。

止浆垫混凝土的配比。在浇筑止浆垫时为防止混凝土离析，使用UWB-Ⅱ复合型(或早强型)水下不分散絮凝剂，掺量为水泥重量的2～2.5%，考虑到施工影响，参合重量为3～3.5%，与水泥、石子、沙同时加入搅拌机内搅拌，搅拌时间不少于3分钟。

水泥采用P.042.5级普通硅酸盐水泥，砂采用中沙，石子级配采用10～20mm范围，最大粒径不超过20mm，石子应为连续级配或二级级配。

C50混凝土按配合比计算，每方混凝土水泥用量420Kg

混凝土用量：7×29=203m3；水泥用量：203×420/1000=85.3T

絮凝剂用量（水泥量的3%）：85.3×3-3.5%=2.6-3T

C50混凝土的质量保证

混凝土中除了掺加UWB-Ⅱ早强型水下不分散絮凝剂（用量为水泥用量的3～3.5%左右），不参合其他外剂；混凝土搅拌时派专人，查看混凝土搅拌的每一个环节；混凝土制备时要进行混凝土的配合比试验，并进行水化热、泌水率、水下混凝土试验；为减小水化热的影响，尽量选用水化热较低的水泥，普通硅酸盐水泥或低热矿渣水泥，防止混凝土裂缝；砂、石料的杂质含量：石子的含泥量≤1%，砂含泥量≤3%。

下放混凝土。浇筑前，必须确保水位静止且保持1天后，方可浇筑混凝土；浇筑前按计算好混凝土用量，掺加絮凝剂的混凝土连续浇筑；混凝土利用特制的底卸式吊桶运送。吊桶进入水面时的速度不得超过0.5m/s。吊桶在水中下落时尽可能保持匀速运行，加减速度不得超过0.2 m/s2，速度先按1m/s进行试验运行，后逐渐加快至2m/s；连续浇筑直至止浆垫施工完毕为止。

混凝土的养护。止浆垫养护20天后进行排水。养护期间派专人观察水位变化情况，并做好记录。

井筒排水。水下止浆垫凝固20天后，开始进行井筒抽水，水位每下降20m停止抽水，进行水位观察2h，若水位变化较大（每小时水位上涨300㎜以上），表明止浆垫失效，进行止浆垫补强措施；若无变化，则继续进行排水，水排至井筒210m位置时，分段注浆加固井壁，井壁加固完毕后，再排水露出井底。然后清除止浆垫上面已离析而未凝固的水泥浆。若止浆垫有漏水现象，采用注浆加固堵漏措施，后打钻注浆加固混凝土止浆垫及埋设孔口管注浆堵水。

施工效果

从2013年7月6日开始施工静水压下施工混凝土止浆垫开始至2013年9月30日工作面预注浆结束，淹井事故处理历时87天，取得了圆满成功。水下止浆垫凝固20天后，进行井筒抽水和清除止浆垫表面水泥浆，期间水位无明显变化，无漏水现象。工作面预注浆期间止浆垫无上升、变形和漏水现象，经先后2次工作面预注浆后，井筒掘砌时涌水量不到3m3/h，达到预注浆验收标准。

在静水压下施工混凝土止浆垫封底堵水后再进行工作面预注浆为深井井筒淹井事故处理提供了新的经验，也创造了普通凿井法施工通过水害严重地层的国内先例。采用静水压下施工混凝土止浆垫封底堵水后预注浆方法具有工期较短，效益较高的特点。相比于费用较高的冻结法，该治水方法费用只占冻结法的28%左右，工期只相当于冻结法的50%左右。因此，该是采用非冻结法治理白垩系六盘山群第一组含水层的一条经济可行的道路，对全国均有借鉴价值。

（作者单位：甘肃平凉天元煤电化有限公司）