思山岭铁矿1#回风井掘进工作面预注浆实践

张洪海, 王宏勋, 朱月飞

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.本溪龙新矿业有限公司， 辽宁 本溪 117000)

1 前言

井筒(巷道)掘进通过含水层，裸露井筒预测涌水量大于20m3/h或井、巷穿过导水断裂破碎带，围岩稳定性较差或涌水量大于基建期的排水能力时，应注浆堵水加固后再掘进，以保证安全。若受注岩层埋藏深，含水层之间间隔较远时宜采用工作面预注浆[1]。

思山岭铁矿1#回风井由中国恩菲工程技术有限公司设计,它主要承担回风任务，井筒内装备有梯子间，作为矿山的一个安全出口。井筒净直径7.5m，井口标高+265m，井底标高-1 053.5m，井深1 318.5m。锁口段采用厚800mm的双层钢筋混凝土支护；井颈段以下至-895m正常段采用厚500mm的混凝土支护，较破碎岩层段采用锚网一次支护+厚500mm的混凝土支护，破碎岩层段采用锚网一次支护+厚500mm的双层钢筋混凝土支护；-895m至井底井筒段采用锚网一次支护+厚500mm的混凝土支护。

1#回风井井筒掘进至井深197.1m时，工作面出现涌水，涌水量为76.22m3/h。为了改善井筒施工条件，保证混凝土施工质量，降低排水费用，决定进行工作面预注浆。

2 工程、水文地质概况

1#回风井岩土工程勘察报告显示，137.15～203.45m段为千枚岩，岩心较完整，呈柱状-短柱状，个别块状，RQD值为87%；层理较发育，岩心轴与层理夹角10°。203.45～217.65m段为构造角砾岩，原岩为千枚岩，岩心破碎，呈碎块状和块状，个别短柱状，RQD值为11%；裂隙发育，裂面粗糙，充填泥质矿物，有地下水活动迹象。217.65～247.35m段为泥灰岩，主要矿物成分为黏土矿物，层状构造，岩石较完整，呈短柱状-柱状，个别块状，RQD值为61%；裂隙较发育，裂面倾角45°；其中221.85～223.55m、224.00～225.05m、231.95～232.85m岩石破碎，裂隙发育，裂面粗糙，裂面倾角50°，有地下水活动迹象。247.35～260.30m段为构造角砾岩，原岩为泥灰岩，构造角砾明显，胶结差，岩心较完整，呈短柱状-块状，岩石蚀变强烈，岩心采取率100%，RQD值为64%；构造裂隙发育，被泥质充填。

根据工作面预注浆钻孔施工情况进行综合分析，受岩石产状等因素影响各钻孔揭露情况略有差异，施工情况如下：井深200.6～212.6m段钻进速度较慢，部分钻孔出现不冲击现象，结合岩粉判断该段岩性破碎，充填有泥质矿物，地下水活动频繁；212.6～234.6m段岩性与上一段相比相对较完整，但局部破碎，富水程度差异较大；234.6～242.6m段岩性破碎，充填泥质矿物，胶结较差，遇水软化影响钻进，有明显地下水活动。从检查孔施工情况来看井深242.60m以下岩性仍破碎，充填泥质矿物，遇水软化，有地下水活动迹象。

3 注浆方案及设计参数

3.1 注浆段高

由于井筒197.1m工作面涌水较大，不具备直接进行工作面预注浆施工条件。故采用敷设滤水层、浇筑止浆垫进行工作面预注浆的治水方案。

3.2 主要设计参数

钻孔参数：段高控制在50m，钻孔数量28个，其中24个钻孔为切向斜孔，钻孔切向角为149°52′8″、钻孔顶角为3°26′23″；4个为垂直检查孔，孔深为55m。注浆孔布置如图1所示。

图1 1#回风井工作面注浆孔布置

浆液类型与注浆参数：浆液类型选用单液水泥浆和水泥-水玻璃浆。水灰比为4∶1～1∶1，水泥-水玻璃浆体积比为1∶0.5～1∶0.2，注浆终压控制在8 MPa。

4 施工主要情况

4.1 滤水层、止浆垫施工

1)滤水层施工

首先安装2只高度分别为4.7m和4.85m的φ600mm滤水管，然后进行裸井段导水措施，之后向井底抛碎石子(20～40mm)敷设滤水层，滤水层敷设高度为1.7m。

2)止浆垫施工

为防止井壁上部淋水影响止浆垫的质量，浇筑止浆垫前通过截水槽将井壁淋水导入吊盘临时水箱。在确保井底排水、供电、下料等设施均能正常运行后，采用C30商品混凝土浇筑止浆垫，浇筑厚度为2.8m。

4.2 主要施工设备

采用MKQJ120/40潜孔钻机凿孔，设备数量3台，两用一备；注浆选用2TGZ-60/210 X型双液注浆泵2台，一用一备。

4.3 孔口管及其埋设

按设计位置采用潜孔钻机开孔5.0m，钻孔孔径130mm，钻孔压浆预埋孔口管。孔口管采用φ108mm无缝钢管加工而成，孔口管上部焊接法兰盘，管体部焊接防拔筋。孔口管安装好后，注入适量单液浆或双液浆固定好孔口管[2]。养护至6h后，压水进行耐压抗渗试验。

4.4 钻孔及扫孔复钻

注浆孔分两序间隔施工，单、双数编号孔数目相同，交叉布置。钻孔沿同一方向，先施工单数编号孔，双数编号孔作为检查孔。双数编号孔若未探到水，注浆终止；若探到水，继续注浆，中间的4个孔作为检查孔。周边的24个注浆孔均斜插钻进，可以确保钻孔穿过纵向裂隙。

扫孔和向下钻进时采用φ90mm钻头，钻进过程中若涌水量超过5m3/h时，应立即停止钻进而改为注浆；若出水量不大，则钻孔一次达到设计深度，然后再对该孔注浆。另外，钻孔时要在孔口管法兰盘上安装高压球阀和防喷装置，防止突然出大水，造成淹井事故。

4.5 浆液类型

注浆材料选用新鲜无结块的P.O42.5普通硅酸盐水泥和水玻璃。工作面预注浆以单液水泥浆为主，固定孔口管、漏浆严重或裂隙跑浆时，采用水泥-水玻璃双液注浆。水灰比为4∶1～1∶1，水泥-水玻璃浆体积比为1∶0.5～1∶0.2。

止浆垫接缝及滤水层段注浆时采用单液水泥浆和水泥-水玻璃双液浆。水灰比为1∶1，水泥-水玻璃浆体积比为1∶0.5。

4.6 注浆终压

设计规定注浆终压原则上按照2～4倍静水压力确定，本次注浆段设计注浆终压为8MPa。实际施工过程中，根据浆液类型及各孔段的具体受注条件进行了必要的调整。实际注浆终压一般控制在10～12MPa，个别钻孔注浆终压为15MPa。

4.7 完成的主要工作量

从开始预埋第一序孔口管到28个钻孔全部终孔，施工工期21d。完成的主要工程量为：钻孔总进尺1 434m，总扫孔1 502.5m，消耗水泥136.45t，水玻璃7.2t，耐压抗渗28次，压水74次。其中11#钻孔注浆成果见表1。

表1 11#钻孔注浆堵水成果表

5 本次注浆段存在问题分析

1)注浆参数与含水构造之间存在明显的不适应性

1#回风井虽然进行了工程地质勘察，但由于地质条件的特殊性加上工勘孔的深度大，工程勘察对井筒地下水的富水性特征认识片面。本次工作面预注浆钻孔揭露情况说明实际水文地质条件(含水层富水性、含水构造特征、涌水量及其变化)复杂程度远远超过预测。因此，设计阶段很难做到设计参数与实际地质条件应满足的参数相适应。

2)设计终压不能满足本次注浆要求

设计时预计该注浆段注浆终压8MPa，且达到设计终压稳定15～30min、注入量小于10～15L/min时，结束注浆。但在实际注浆过程中发现，当注浆压力高于8MPa时，浆液的注入量仍较大，结合工程实际本次注浆的注浆终压最终控制在10～15MPa。

3)受注段地层水泥浆可注性较差、扩散半径偏小

结合工勘资料及实际钻孔揭露情况来看，本次注浆段内岩石透水性弱、裂隙宽度小、部分段泥化严重、富水性差异大给注浆带来一定困难。本次注浆过程中水泥浆对于受注段地层来讲可注性较差，因而影响浆液的扩散半径。

6 结论

(1)因受注段地层水泥浆可注性较差，可能造成部分裂隙未被完全充填密实，故在井筒下掘过程中应采取浅孔探水措施，若发现探水孔有涌水，必须及时采取工作面堵漏注浆，保证达到预期的注浆效果。

(2)通过施工注浆孔发现本次注浆段内存在两段明显的破碎带，破碎程度高、泥化严重、遇水易软化。因此，在通过这两段破碎带时，应采取相应的井壁支护措施。

(3)根据工勘报告所提供的资料并结合井筒下掘工作面的实际情况，总结本次工作面注浆经验，应根据工作面岩性情况在合适的位置预留下一含水层注浆段岩帽，避免施工止浆垫。