亭南煤礦風(fēng)井井筒注漿施工技術(shù)

龐廣峰，張家樂中煤第三建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司三十六工程處

亭南煤礦風(fēng)井井筒注漿施工技術(shù)

龐廣峰，張家樂中煤第三建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司三十六工程處

為了保證亭南煤礦風(fēng)井井筒的穩(wěn)定性，減少井筒的涌水量，在對研究區(qū)工程概況和水文地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，對亭南煤礦風(fēng)井井筒進(jìn)行注漿加固，最后對加固效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。注漿深度范圍為-226.6～-566.315m，注漿完成后，經(jīng)檢驗(yàn)井筒涌水量從197m3/h降至5.6m3/h，達(dá)到設(shè)計要求，符合驗(yàn)收規(guī)范。

注漿；涌水量

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

亭南井田位于陜西省彬長礦區(qū)中部，地處咸陽市彬縣、長武縣接壤地帶，行政區(qū)劃隸屬于咸陽市長武縣亭口鎮(zhèn)管轄?；仫L(fēng)立井井口地面標(biāo)高+1101.6m，井底標(biāo)高+402m，凈直徑為7m，深度為699.6m。洛河組為主要含水層，位于-226.6～-566.315m，共, 339.715m。

1.2 水文地質(zhì)

該井筒揭露地層中主要含水層為洛河組砂礫巖含水層，抽水試驗(yàn)涌水量Q：6.003（l/s），單位涌水量q：0.2985（l/s·m），滲透系數(shù)K：0.09783（m/d），富水性中等。另外，井筒復(fù)內(nèi)壁前涌水量為197m3/h，復(fù)內(nèi)壁后涌水量為142 m3/h。

2 注漿方案設(shè)計

由于該井筒為普通法施工，井筒涌水量達(dá)到197m3/h，過含水層施工外壁時，該段井壁混凝土強(qiáng)度偏低，有些部位不足以抵抗靜水壓力，井壁涌水點(diǎn)很多，為了保證內(nèi)壁質(zhì)量，本次注漿分兩步走：第一步，沒有復(fù)內(nèi)壁前，在外壁比較集中的涌水部位用風(fēng)錘造孔泄水泄壓，在孔內(nèi)埋設(shè)Φ42mm×800mm×4.5mm孔口管（無縫鋼管制作），孔口管進(jìn)入外壁300mm，外露30mm～50mm，埋設(shè)完孔口管后，利用注漿方法把孔口管周圍的出水點(diǎn)逐步封堵，使涌水從孔口管集中導(dǎo)出，待涌水全部從孔口管導(dǎo)出后，開始施工內(nèi)壁，施工內(nèi)壁時，每遇到導(dǎo)水孔口管時，在模板上切割一個孔口管直徑大小的洞，使孔口管穿過該洞把涌水引到內(nèi)壁以外，雖然施工速度慢了點(diǎn)，但足以保證內(nèi)壁質(zhì)量；第二步，復(fù)內(nèi)壁結(jié)束后，先自下而上造排孔注漿充填內(nèi)壁和外壁之間的空隙，然后再自下而上造排孔注漿充填外壁于巖石之間的空隙，最后再自下而上針對集中出水點(diǎn)進(jìn)行封堵，結(jié)束注漿。

2.1 注漿方式及工作盤布置

根據(jù)井筒施工現(xiàn)狀情況，利用下層吊盤作為注漿工作盤，注漿漿液采用下吊盤現(xiàn)場攪拌，使用風(fēng)錘鑿孔預(yù)埋注漿管，下吊盤安設(shè)注漿泵。先采用上行式壁間充填注漿，再采用上行式壁后充填注漿，漿液均以單液漿為主，充填時出現(xiàn)漏漿時，以水泥—水玻璃漿雙液漿作為輔助漿液，兩次上行式注漿結(jié)束后，再采用下行式找出水點(diǎn)復(fù)注水泥—水玻璃雙液漿封堵涌水。

2.2 注漿分段如下

采用上行式注漿時，壁間注漿時，孔深以穿過內(nèi)壁100mm為宜，壁后注漿時，孔深須穿透外層井壁300mm。各水平分別沿井壁一周均勻布注漿孔8個，壁間注漿孔和壁后注漿孔各4個，交叉布置。相鄰兩排注漿孔應(yīng)錯開布置，呈“梅花狀”。

2.3 注漿管的制作

注漿管采用Φ42mm×450mm×4.5mm和Φ42mm×750mm× 4.5mm無縫鋼管制作，一頭車馬牙扣，一頭車30mm絲扣，注漿管用麻繩絲纏繞，打入孔內(nèi)，外露長度不得大于30mm～50mm。

2.4 漿液的配制

本次注漿采用單液水泥漿和水泥—水玻璃雙液漿。其應(yīng)用原則是以單液漿為主，水泥—水玻璃雙液漿為輔，漿液采用先稀后濃的原則，水灰比為1：0.6～0.6：1，水泥漿與水玻璃體積比控制在1：0.3～1：0.6范圍內(nèi)，水泥選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

2.5 壁間注漿壓力的確定

P`--井壁材料允許抗壓強(qiáng)度（MPa）；

E--內(nèi)壁厚度m；R0--井筒凈半徑m；n--安全系數(shù)，取n=2

表1 井壁允許承壓情況

根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)，為防止井壁被破壞，各段壁間注漿最大壓力不得超過3.1MPa。

2.6 壁后注漿壓力的確定

（1）注漿初始壓力

Pa=Po+0.1

Po—注漿點(diǎn)靜水壓力，H/100，Mpa

正常注漿壓力Pb=Po+0.3

注漿終壓Pc=Po+0.5 Mpa

取注漿終壓Pc為注漿點(diǎn)靜水壓力的2倍。

（2）壓力對比

井壁混凝土為C55，其強(qiáng)度不小于58.1MPa為合格；則注漿壓力大小對比為Pa＜Pc＜58.1MPa。

3 注漿

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）加強(qiáng)穩(wěn)車、絞車檢修工作，確保施工期間運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（2）利用下層吊盤作注漿施工的操作平臺，下層吊盤四周焊制圍欄確保人員安全。

（3）通訊、信號、照明、動力電纜沿吊盤繩布置。

（4）提升選用一臺3.5米絞車提升和一臺3米絞車提升，分別采用4m3吊桶和3m3吊桶，進(jìn)行下料和人員升降。

（5）注漿使用袋裝水泥，水泥入井后必須放置在沒有淋水的地方。水泥放在吊盤上必須使用防水雨布進(jìn)行覆蓋，以防淋濕水泥，影響注漿質(zhì)量。

3.2 注漿技術(shù)要求及參數(shù)

注漿施工總體采用先上行后下行式的方法，分水平作業(yè)。個別涌水較大部位必須增加孔數(shù)或縮短水平間距。

注漿材料：以水泥單液漿為主，水泥—水玻璃漿為輔的注漿方式。

注漿孔設(shè)計：注漿孔布置為梅花布置，層間距為5m，孔距為2.75m，每圈8個孔。

孔深：壁后注漿孔深1050mm。壁間注漿孔深550mm,超過內(nèi)壁100mm。

3.3 造孔

（1）造孔深度、孔口管選擇

井筒為雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1#壁座以下2#壁座以上為雙層井壁段，該段設(shè)計壁厚內(nèi)壁450mm，外壁300mm。造孔深度壁后注漿孔深1050mm。壁間注漿孔深超過內(nèi)壁550mm。注漿管在井筒內(nèi)外露井壁的長度為30～50mm。

孔口管采用Φ42×4.5mm無縫鋼管，壁后注漿管長750mm，壁間注漿管長450mm，一端加工30mm絲扣，能與變頭相連接，另一端加工成馬牙扣。

（2）造孔步驟、孔口管安裝

造孔選用YT-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)，用Φ42釬頭鉆進(jìn)（與孔口管相匹配），鉆至設(shè)計深度?？卓诠荞R牙扣端外壁用麻絲反復(fù)纏繞后，然后用大錘將帶有保護(hù)管絲的孔口管撞入孔內(nèi)，裝上注漿閥門后，連通注漿管路，進(jìn)行清水試壓。

3.4 注漿材料，漿液種類及配比

本次為壁后充填及封水注漿，以單液水泥為主，雙液漿為輔。

具體使用：液漿的配合比要根據(jù)施工進(jìn)展及涌漏水情況確定，注漿水泥和水玻璃在注漿之前必須做原材料復(fù)試。漿液濃度要根據(jù)進(jìn)漿狀況、調(diào)整清水試壓結(jié)果而定。根據(jù)注漿壓力、注漿泵量來調(diào)整漿液的水灰比。調(diào)整漿液配比的情況如下：

（1）根據(jù)壓水泵量，選擇漿液的起始濃度，一般水灰比為1：1。

（2）當(dāng)壓力不變，連續(xù)注入2小時左右，漿液可調(diào)濃一級，當(dāng)注漿最后用的水灰比為0.6：1或其他配比時，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)延長注入時間，盡量滿足注入量要求，必要時再提高漿液濃度。

（3）注漿壓力緩慢上升，吸漿量逐漸減少，可視為正常，達(dá)到注漿終壓、終量和一定注入量時，保持20－30分鐘可結(jié)束注漿。

（4）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1）注漿壓力達(dá)到規(guī)定的注漿終壓，保持20－30分鐘。

2）注漿泵量小于20L/min。

3.5 注漿準(zhǔn)備

（1）管路和混合器安裝

準(zhǔn)備注漿孔，安裝閥門，安裝混合器，并連接輸漿管路系統(tǒng)，安裝時防止連錯。

（2）清水試壓

管路連接好后，要關(guān)閉進(jìn)漿閥門，打開個管路閥門，開泵用清水試壓。標(biāo)準(zhǔn)為注漿終壓的1.2倍，持續(xù)10～15min，無漏水為合格。

（3）測定靜水壓力

用壓力表測定注漿孔出水壓力，根據(jù)測定的水壓確定。

3.6 注漿流程及設(shè)備

造孔——安裝孔口管——連接注漿管路——清水試壓——漿液制作——注漿，本次注漿泵選用2GTZ-210/105型高壓雙液注漿泵兩臺，存放清水、水玻璃桶各一個、水泥漿桶三個。

4 結(jié)論

結(jié)合亭南煤礦風(fēng)井井筒的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，并依據(jù)以往的注漿經(jīng)驗(yàn)，為防止井壁被破壞，各段壁間注漿最大壓力不得超過3.1MPa。通過8天的外壁注漿導(dǎo)水，復(fù)完內(nèi)壁后，又經(jīng)過27天的壁間、外壁充填，涌水封堵，涌水量由197m3/h降至5.6m3/h，達(dá)到設(shè)計要求，符合驗(yàn)收規(guī)范。

[1]注漿施工手冊.北京：煤炭工業(yè)出版社，2013.

[2]建井技術(shù).北京：煤炭工業(yè)出版社.

龐廣峰（1972-），男，安徽合肥人，高級工程師。