某礦井副井基巖段含水層探水注漿工藝研究

肥城礦業(yè)集團(tuán) 梁寶寺二號(hào)井籌建處 李志國(guó)

某礦井副井基巖段含水層探水注漿工藝研究

肥城礦業(yè)集團(tuán) 梁寶寺二號(hào)井籌建處 李志國(guó)

一、工程概況

梁寶寺二號(hào)井位于山東省濟(jì)寧市嘉祥縣梁寶寺鎮(zhèn)境內(nèi)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬(wàn)t／a，為低瓦斯礦井。該礦井采用立井開拓方式，主井、副井、風(fēng)井井筒布置在同一工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)。其中，副井井筒凈直徑6.5 m，全深1 090.5 m，基巖段深度562.5 m。相關(guān)水文地質(zhì)資料顯示，該基巖段第Ⅲ含水層位于井深– 689.7 ～ – 715.0 m處，厚約25 m，巖性為灰白色長(zhǎng)石石英砂巖，局部夾粗砂巖薄層，裂隙發(fā)育，有垂向裂隙分布，裂隙間溝通性差。根據(jù)抽水試驗(yàn)，預(yù)計(jì)該井筒涌水量為17.62 m3/h，但根據(jù)相鄰井筒的治水經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)其涌水量在120 m3/h以上。因此，應(yīng)對(duì)該含水層進(jìn)行預(yù)注漿施工。

二、注漿參數(shù)及方法

1.止?jié){墊厚度計(jì)算。此次注漿采用平底型混凝土止?jié){墊，預(yù)留10 m巖柱與止?jié){墊作為共同承壓部分，止?jié){墊位于含水層上泥巖中。止?jié){墊厚度計(jì)算公式如下：

式（1）中，β為止?jié){墊厚度；D為井筒凈直徑，為6.5 m；P1為巖柱加固段注漿壓力，取靜水壓力的1.5倍；λ為超載系數(shù)，一般為1.1～1.2，這里取1.1；γ為混凝土容重，取2.6×103kg/m3；C為混凝土允許抗剪強(qiáng)度，取抗壓強(qiáng)度的1/10。

2.注漿孔的布置和劃分。工作面注漿孔數(shù)計(jì)算公式如下：

式（2）中，N為注漿孔數(shù)；D為井筒凈直徑，為6.5 m；A為注漿孔與井壁距離，為0.5 m；L為注漿孔間距，取1 728 mm。

經(jīng)計(jì)算，注漿孔數(shù)N＝10。將注漿孔分為奇數(shù)組和偶數(shù)組，奇數(shù)組主要封堵較大裂隙，偶數(shù)組主要封堵細(xì)小裂隙，奇數(shù)孔先于相鄰的偶數(shù)孔施工。先施工的孔兼作注漿前水量檢查孔，后施工的孔兼作注漿質(zhì)量初檢孔，奇數(shù)孔兼做注漿質(zhì)量中檢孔和終檢孔。

3.鉆孔深度。鉆孔設(shè)計(jì)深度為35 m，實(shí)際深度以現(xiàn)場(chǎng)穿過(guò)該含水層進(jìn)入泥巖2 m為準(zhǔn)。

4.注漿壓力。設(shè)計(jì)注漿終壓為靜水壓力的2.5 ～ 3.0倍。

5.漿液有效擴(kuò)散半徑。漿液有效擴(kuò)散半徑R＝3 m。

6.漿液注入量。漿液注入量計(jì)算公式如下：

式（3）中，N為注漿孔數(shù)，為10；λ為漿液損失系數(shù)，取1.2；R為單孔漿液擴(kuò)散半徑，為3 m；H為注漿段高，為37 m；η為巖石裂隙率，取2%；β為漿液在裂隙內(nèi)的有效充填系數(shù)，取0.8；m為漿液結(jié)石率，取0.75。

經(jīng)計(jì)算，漿液注入量V＝268 m3。按漿液水灰比1∶1計(jì)算，水泥用量＝268×0.75＝201 t。

7.注漿方式。采用下行壓入式注漿，根據(jù)逐序掃孔情況進(jìn)行掃孔復(fù)注。

8.鉆探注漿機(jī)具。采用Φ50 mm×6 mm地質(zhì)鉆桿、Φ55 mm PDC復(fù)合片無(wú)芯鉆頭和SGZ–Ⅲ型液壓鉆機(jī)鉆進(jìn)；采用HFV–C型注漿泵注漿。從地面到工作面的輸漿管路為1條用傘鉆繩捆扎的Φ25 mm高壓膠管，清水管可兼做第2條注漿管路，管路的耐壓強(qiáng)度不低于25 MPa。

9.工藝流程。漿液從攪拌桶經(jīng)注漿泵、輸漿管、控制閥、孔口管進(jìn)入巖層裂隙。

10.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。單孔注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為每一個(gè)孔段都必須達(dá)到終壓、終量和注入量的設(shè)計(jì)要求。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后，泵量在30 L/min左右時(shí)穩(wěn)定20 ～ 30 min，即可結(jié)束該孔段注漿。確定工作面探水注漿是否結(jié)束時(shí)，應(yīng)在各單孔均達(dá)到單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，再抽檢4個(gè)檢查孔和中心孔，在4個(gè)檢查孔聯(lián)合放水總涌水量＜10 m3/h、中心孔水壓≤2 MPa時(shí)，注漿即可結(jié)束。若總涌水量＞10 m3/h或中心孔水壓較大，可采用打分支定向孔的方法補(bǔ)充注漿，確認(rèn)達(dá)到工作面探水注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后方可鑿井。

三、注漿實(shí)施情況

此次注漿從2010年6月11日開始，至7月16日結(jié)束，平均單孔打孔各1次，掃孔各2次，總注漿量為200.4 t，單孔初始涌水量由21 m3/h降至3 m3/h，中心孔水壓為2 MPa，4孔聯(lián)合放水＜10 m3/h，達(dá)到了最初制定的各項(xiàng)指標(biāo)。

四、施工注意事項(xiàng)

為避免發(fā)生探放水突水淹井事故，鉆孔時(shí)應(yīng)使用小直徑鉆具揭露含水層，降低單孔涌水量。如涌水量較大，可在封注后再以較大直徑的鉆具進(jìn)行掃孔，然后進(jìn)行二次封注。施工中，應(yīng)注意反壓防噴裝置的可使用性和堅(jiān)固性，發(fā)現(xiàn)水量較大時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉反壓防噴裝置；可適當(dāng)提高鉆探工作臺(tái)高度（最好≥5 m），并加長(zhǎng)防噴裝置，利用排水泵排水，緩沖提取鉆桿時(shí)間。

在注漿過(guò)程中，如出現(xiàn)進(jìn)漿量差的現(xiàn)象，可采用以下方法解決：如果鉆孔涌水中含有大量碎巖等雜物，對(duì)該孔應(yīng)進(jìn)行≥8 h的放水；注漿前，先壓清水沖洗含水層裂隙充填物，壓水時(shí)間≥30 min；注漿時(shí)，采取比重由小至大（1.3 ～ 1.5）、循序漸進(jìn)的方法；孔口管埋深至6 ～ 8 m時(shí)，利用預(yù)留圍巖巖帽補(bǔ)充止?jié){墊承受壓力的能力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)提高注漿壓力；壓力超過(guò)15 MPa時(shí)，根據(jù)進(jìn)漿量，考慮交替使用超細(xì)水泥注漿與普通水泥。如遇裂隙不發(fā)育但水量較大，可在鉆孔孔底進(jìn)行爆破松動(dòng)，使豎向裂隙導(dǎo)通，進(jìn)而增加進(jìn)漿量。

book=83,ebook=144