回风立井注浆堵水技术

回风立井注浆堵水技术（精选6篇）

回风立井注浆堵水技术 篇1

1工程概况

文家坡矿井由中煤西安设计工程有限责任公司设计, 采用立井开拓, 文家坡矿回风井设计井深752.2m, 井筒净直径7.0m, 采用普通法掘进施工。表土层井颈段±0.000 (相对于+1181.600 m) ～-295m为双层钢筋砼结构, 支护厚度550mm。基岩段-295m～-752.2m为素砼支护, 壁厚550mm, 砼强度等级为C40。目前回风立井井筒已施工至-429.7m, 揭露地层位于洛河组中粒沙岩层, 岩性为棕红色、成份以石英长石为主、次棱角状、次圆状、泥质胶结、较疏松、遇水易风化。由于井筒涌水量过大 (115.44m3/h) , 现已采取工作面预注浆方式进行封水, 5月22日实测井筒壁后涌水量为44.65m3/h, 为进一步减少井筒涌水量, 保证工程进度及质量, 我单位根据文家坡矿井风井井筒设计特征及地层水赋存情况, 对井壁进行壁后注浆。

2井筒工程地质

根据地质资料显示, 本岩组以中粒砂岩及粗砂岩为主要含水层段, 风化程度较剧烈, 富水性强, 岩石松软, 易破碎、节理、裂隙较发育, 地下水对岩层的软化作用明显, 该含水层是井筒防治水工作之重点, 通过现场观察主要出水点, 本次壁后注浆拟定为井筒累深-313m～-429.7m, 注浆长度约117m。

3注浆方案

3.1根据洛河组水文地质情况该段以细粒砂岩为主要含水层段, 涌水量大, 地质条件复杂, 裂隙发育, 本次注浆采用密集布孔, 注浆孔间排距1.5m×3.7m, 注浆孔深度2.3m, 以形成封水帷幕。

3.2根据现场实际情况选用水泥-水玻璃双液浆、化学浆液 (脲醛树脂、草酸) 进行封水注浆, 在井壁出水量大、裂隙发育的部位选用水泥-水玻璃双液浆, 在裂隙不发育、出水量小的部位采用化学浆液。

3.3壁后注浆时工作面停止施工, 并已采取工作面预注浆方式进行了封水, 主要是防止水上下乱窜。本次壁后注浆采取由下往上注浆, 然后再由上往下复注一次。

4注浆作业

4.1注浆前准备。4.1.1注浆站的建立及注浆管路:注浆站布置在井口附近, 站内安装一台型号为2ZBQ-11.5/3的风动注浆泵。4.1.2工作台安装。拆除三层吊盘上的两个喇叭口, 铺设70mm厚的大板, 大板之间用8#铁丝绑扎牢固, 作为注浆工作平台。4.1.3注浆前, 先压水试验, 球阀与高压混合器接好后, 开动注浆泵, 用清水冲孔, 并作串通试验和耐压试验。将吸浆管拧紧上牢, 分别放入在储浆桶内, 按照设计好的浆液配上, 利用供液阀门调整好流量, 可进行注浆工作。注浆过程中, 视压力情况或涌水情况, 随时调整浆液配比。每个孔注浆结束后, 必须用清水冲洗净注浆管路, 吸甲液吸浆管和乙液吸浆管要做好标记, 以防混用。

4.2注浆参数。4.2.1注浆压力。根据以往注浆经验和岩石裂隙的发育情况, 决定此次注浆终压取4MPa, 正常注浆压力2～3MPa, 为防止破坏井壁, 井壁接茬注浆压力为2MPa。注浆施工时, 可视具体情况酌情调整。注浆结束标准:注浆达到终压后, 吸浆量降低到30L/min, 稳定时间为10～30min。注浆终压计算公式为:P终=2P0。 (P0为静水压力) 。4.2.2注浆孔布置。该段含水层水压低、水量大, 岩石层理、节理发育, 透水性好, 井壁模板段高大、多为井筒壁后岩石裂隙渗水和井壁接茬出水, 因此要采用密集深孔注浆, 形成封水帷幕, 注浆孔深2.3m, 根据井壁特点, 注浆孔开孔位置在模段上下0.4m～0.5m布置, 上、下模注浆孔按梅花型分布, 布孔要均匀, 注浆孔间排距1.5m×3.7m, 以形成封水垫, 防止形成壁后串水。对于井壁集中出水部位, 注浆孔要布置在出水点附近0.5m～1.0m, 注浆孔应穿透混凝土井壁进入岩石不少于1.7m, 孔口管规格Φ40mm×600mm。4.2.3浆液材料选择及现场浆液配制。本次注浆选用水泥-水玻璃双液浆、化学浆液 (脲醛树脂、草酸) , 水泥-水玻璃双液浆可以封堵较大的孔隙, 充填发育裂隙, 减小由于裂隙发育带来的井壁淋水;化学浆液 (脲醛树脂、草酸) 可以将微裂隙中的毛细水排出形成幕墙。4.2.4浆液配制:水泥-水玻璃双液浆的配置:水泥浆水灰比为W:C=1.25～1, 浆液配比C:S (水泥:水玻璃) =1:0.5～0.6。水泥为PO42.5R冀东 (盾石) 牌袋装水泥, 水玻璃选用液体硅酸钠型、浓度为38～40 Be'、模数2.8～3.3M。化学浆液配置根据现场试验进行配比 (见表1) 。

4.3注浆施工工艺。4.3.1注浆孔结构:注浆孔结构为孔口管Φ40×600mm。终孔深以穿透井壁进入岩石1.7m为准。4.3.2孔口管选用Φ40无缝钢管制作, 长度为600mm, 前部加工成500mm长的马牙扣, 后部用1.5无缝钢管50mm长加工成30mm长丝扣, 孔口管与1.5高压球阀采用长100mm的短节变头连接, 高压阀与注浆管采用变径短节连接。孔口管的马牙扣部位缠上生麻, 抹上适量的黄油后, 利用大锤或风锤推进器、将孔口管推进孔内。孔口管埋设后要进行耐压试验, 试验时逐渐加压, 壁后注浆孔耐压试验最大压力为5MPa。4.3.3施工程序:风锤开孔 (孔径42mm) 至孔深2300mm时, 安装孔口管→安设高压阀门 (10MPa) →关闭阀门并连接好注浆设施→打开阀门→开启注浆泵进行压水→注入一定浆液后封孔→关闭阀门→换孔。待浆液养护一段时间后, 再从阀门内套孔复注, 直至达到设计要求。特别注意:壁后注浆孔注浆后的封孔必须绝对可靠, 所有透到壁后的孔, 不论出水与否, 均必须进行注浆压力封孔。4.3.4注浆施工顺序。本次壁后注浆采用先上行式后下行式进行注浆。

4.4注浆量估算

利用公式粗略计算如下:

式中:Q———注入量m3;r———浆液扩散半径r=1.0m;R———封水帷幕平均半径R=5.4;H-段高H=1m;η———岩层孔隙率%η=16%;β———注浆有效充填系数β=80%;m———结石率m=0.9;λ———注液损失系数λ=1.2。

经统计本次注浆量显示为:117×11.58=1354.86 m3

4.5注浆结束标准。单孔注浆结束标准:为防止周围钻孔大量跑浆, 要将其它注浆孔阀门打开一半, 待出现浆液时, 将其阀门拧紧封死, 注浆孔达到终压, 欲堵的出水点不再漏水, 10分钟后打开注浆孔口放浆阀不漏水, 可结束本孔注浆。

5效果分析

实施壁后注浆后, 该井筒内的涌水量降至10 m3/h以下, 集中出水点水量不大于0.1m3/h, 且达到了注浆结束标准, 有效的将地下含水层的涌水封堵于壁后。

结束语

通过实践证明井筒壁后注浆是一种有效的防治水方法, 采用壁后注浆可以有效的将地下含水层的涌水封堵于壁后, 同时还起到加固井壁的作用。本方案的实施成功对其他新建井筒的井壁淋水处理具有较高的推广价值。

立井井筒注浆堵水技术研究 篇2

1 工程概况

振兴二矿是郑煤集团技改矿井。为满足生产需要,需新建一副井,该副井净直径6.5 m,采用砼浇支护,净断面积33.16m2,井底车场标高为+34.0m,井深190.0m。副井井筒处松散层厚度113.9m。自上而下分为两个含水层组,第一含水层组为二迭系山西组砂岩含水层,该组有2~3层较厚的灰色细中粒砂岩组成,累厚15.5米,是二1煤层顶板直接含水层;第二含水层组为第三系泥灰岩含水层,距井口70m,该含水层组以灰色泥质为主,夹灰白色、紫红色钙质黎土和砾石层,厚86.5米,岩溶发育,同时该区段跟三李断层较近,岩层较破碎,出水性较强。井筒施工施工采用浅孔爆破的方式作业,采用强度为C25混凝土浇注,井壁厚400mm。井筒浇注后,随井筒向下施工,爆破作业使上下裂隙连通,导致工作面涌水逐渐增大。施工至45m处涌水量达到12.7m3/h,施工至70m处涌水量达到18.8m3/h。根据现场观测研究发现,导致井筒渗、漏水的主要原因为壁后裂隙勾通,水从井壁砌缝漏出。经研究决定采用壁后注浆的方式进行堵水。

2 注浆方案

在涌水位置,自上而下逐段进行注浆,即采用分段下行式进行壁后注浆,这种方式能够改善注浆作业条件。在各分段内,先注底部再注上部,可控制浆液不向下渗漏,保证充填密致,提高注浆效果。

3 注浆关键技术参数[1,2]

注浆技术主要参数包括井壁强度校验、注浆孔布置、注浆量、注浆压力、注浆浆液配比等内容。

3.1 井壁强度校验

P—注浆部位井壁能够承受的最大压力,MPa;

K—井壁材料的允许抗压强度,M Pa。

A—井筒壁厚,mm;

R0—井筒的净半径,m。

B—井壁材料极限抗压强度,MPa;

n—安全系数,取2。

3.2 注浆孔布置

注浆孔眼深穿过内壁和夹层,进入外壁不超过100mm,每水平均布8个眼,上、下水平孔应错开,注浆管采用φ32无缝钢管制作,长度根据壁厚加工,打入孔内,外露长度50mm。

3.3 注浆浆液配比

采用水泥—水玻璃双液浆液(42.5级普通硅酸盐水泥和模数为2.4~3.2浓度为35~45°Bé碱性水玻璃)进行注浆。前期,利用水泥浆单液注浆,水灰比前期为1:0.8,后期为1:1;封孔时为增加封孔的质量,提高封孔效果,采用水泥—水玻璃双液浆封孔,水泥浆与水玻璃比为1:0.3~1:0.5。

3.4 注浆压力

注浆压力的大小与注浆孔静水压力的大小及岩层裂隙发育程度等因素有关有关。注浆压力太大,会造成浆液浪费。因此,正确选择注浆压力及合理控制单孔注浆量,是注浆成功与否的关键。一般注浆终压取工作面静水压力的2~2.5倍。根据经验,注浆压力2MPa,为静水压力的2倍。

3.5 注浆量计算

式中:α,λ—浆液损失系数(λ取1.3);

R—浆液扩散半径(R取3m);

H—注浆孔深度(H取2m);

n,η—岩层孔隙率(η取1.8%);

β—浆液有效充填系数(β取0.8);

m—浆液结石率(m取0.8);

V—需充填的体积,m3。

浆液注入量用上式计算,其数量为1.32m3。

4 注浆施工

4.1 注浆施工工艺流程

注浆工艺流程为:打孔→制浆→注浆→扫孔→下一段注浆或复注。

4.2 注浆工艺

使注浆浆液上、下水平串通可保证注浆效果,为达到这一目可采用上水平注浆孔作检查孔的方式,上水平安装闸阀并打开,然后在下水平注浆。注浆前进行压水试验,检查间隙沟通情况,确定注浆量及浆液的浓度,逐孔压水后,记录同水平孔的流量和压力,压水量较大的孔作为同一水平第一注浆孔进行注浆。

选定注浆孔后,打开其余孔的闸阀,同一水平孔出现冒浆后,将闸阀逐一关闭,若压力和流量无显著变化且无跑浆时,可适当提高浆液量的配级,但压力应控制在终压范围内;若已达到终压,进浆量很小时(小于3L/min)说明该注浆孔达到注浆标准,注浆完成,可进行封孔。

注浆结束后,井筒涌水量降为1.34m³/h,使井筒涌水显著降低,及大的改善了施工的条件,建井施工进度和质量有了可靠的保证。

摘要：对于复杂水文地质条件下的基岩井筒,采用注浆施工不仅可大大改善作业条件,简化施工工序,加快建井速度,而且可以降低施工成本,通过进行注浆达到封水和加固井壁的良好效果。

关键词：立井,井筒涌水,壁后注浆,注浆工艺

参考文献

[1]李海燕.立井工作面预注浆止浆垫的设计与施工技术[J].煤炭科学技术,2008,36(03):48-50.

回风立井注浆堵水技术 篇3

阳煤集团新元矿回风立井,设计井深638 m,井筒净直径8 m,采用浇筑混凝土支护,表土段壁厚0.8 m,基岩段壁厚0.5 m。施工至井深596.5 m处时,放炮后工作面大量出水,涌水量达102.48 m3/h,3 d后水淹井筒共94 m,稳定涌水量为60 m3/h。根据水质化验分析,结合地质层位等综合因素,判断出水为距工作面下6 m处K2石灰岩出水。主要原因是采掘炮振影响,导致次生裂隙与石灰岩含水裂隙导通。

针对本次涌水,公司制定“强排水至井底,中间设置转水站,清理井下工作面矸石,构筑止浆垫,工作面预注浆治水方案”。下面重点阐述注浆技术在本次治水方面的应用。

2 工作面注浆施工方案

2.1 止浆垫的构筑及孔口管埋设

浇筑混凝土止浆垫采用单级平底型混凝土止浆垫,混凝土强度等级C25,添加早强减水剂。止浆垫厚度计算公式为:

其中,B为止浆垫厚度,m;ρ为注浆终压,ρ=8.0 MPa;r为井筒净半径,r=4.25 m;σ为止浆垫混凝土允许抗压强度,一般取28 d强度的2/3再除以安全系数2,σ=10 MPa。计算得,B=4.46 m,取4.5 m。

浇筑混凝土止浆垫前先铺滤水层,混凝土止浆垫浇筑高度4.5 m(与成井部分交接1.5 m),混凝土强度C25。

在浇筑止浆垫的同时,预埋钻注孔口管,注浆孔数按下式计算:

其中,N为注浆孔数;D为井筒净直径,D=8.0 m;A为孔口距井筒净直径距离,取0.5;L为孔间距,取2.75 m。计算得,N=7.85,取8个。

注浆孔径向倾角计算公式为:

其中,σ为钻孔倾向斜角,(°);S为终孔超出井筒净直径的距离,取2.0 m;H为注浆段高,H=16 m;A意义同前。

计算得,σ=8.8°,施工中取9°。

为使钻孔尽可能多地揭露岩层裂隙,钻孔切向角取120°。

井中预埋检查孔两个,作为对预注浆效果检查和对下部灰岩探查。

预埋孔口管规格:108 mm×4.5 m×10根(铁管、末端带法兰)。

2.2 工作面注浆

止浆垫凝固7 d后,对滤水层、孔口管进行钻孔及注浆工作。

1)钻孔。本次工作面预注浆共设计钻孔10个(其中检查孔2个),单孔设计钻进16 m。按照布孔参数,先钻注单号孔,再钻注双号孔,最后检查孔。钻进前孔口管必须安装防突水装置,选用QZJ-100B风动潜孔钻机,配90 mm冲击钻头,按设计单孔钻进深度16 m,无芯钻进见图1。在钻进过程中出现涌水(大于3 m3/h),立即进行注浆施工,以免较大水量涌出,并换下一孔进行钻注施工。2)注浆:采用下行注浆,钻进当中单孔涌水量大于3 m3/h应立即进行注浆,在注浆过程中通过预埋孔口管的每一次注浆,都是对上一注浆段的复注,增加了复钻工程量,直至各孔都经过反复钻进、注浆达到设计深度16 m,并达到设计注浆终压。3)注浆操作程序:涌水(终孔)※接输浆管路※启动注浆设备※制浆※调整注浆参数※达到注浆压力※关闭进浆阀门※进入下一循环。4)浆液配比及注浆压力、终量。工作面预注浆液选用原则为:单液水泥浆为主,水泥—水玻璃双液为辅。单液水泥浆配比:W∶C(水灰比)=1.0∶0.5～1.0∶1.5。C∶S(体积比)=1.0∶0.4～1.0∶1.0。水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥。水玻璃取模数2.4～2.6 45 Be和模数2.8以上38 Be。

工作面预注浆经验值为静水压力的2倍～4倍。由于静水位不详,本次注浆设计取终压5 MPa～8 MPa。在现场经过压水试验后可相应调整。

注浆终量不大于10 L/min,持续时间不少于15 min。

3 注浆采用设备与材料

1)设备。

注浆采用设备见表1。

2)材料。

注浆采用材料见表2。

4注浆(验收)标准

全部钻注孔钻注到设计深度,达到设计注浆终压、终量。注浆堵水结束后,经实测工作面涌水量为2.2 m3/h,达到预期注浆堵水效果。

5壁后注浆

壁后注浆是对井筒整体进行全面涌水量的控制,其基本原理与工作面预注浆相同。在此井的施工过程中我们采用了自下而上,从上往下复式注浆的施工工艺,采取了在水量不大的出水点造孔;水量较大的出水点,在出水点周围采用三花形造孔;在成片渗水区域采用五花形造孔。壁后注浆眼深控制在2.0 m,注浆压力控制在2 MPa,注浆终量不大于10 L/min,持续时间不少于15 min。

壁后注浆前,井筒的总涌水量为18.1 m3/h,壁后注浆完成后,井筒的总涌水量为3.7 m3/h,达到设计要求及规程标准,取得了较好的注浆效果。

摘要：针对阳煤集团新元矿回风立井涌水事件,提出了工作面注浆施工方案,重点介绍了工作面预注浆及壁后注浆的施工工艺,所采用设备及相关技术参数、技术要求等,通过采用工作面预注浆及壁后注浆工艺,分别对即将穿越的含水层及井筒最终涌水量进行控制,取得了较好的防水效果。

关键词：注浆,工作面预注浆,壁后注浆,含水层

参考文献

回风立井注浆堵水技术 篇4

一矿三水平下延北三回风立井井筒布置在一矿北三工业广场内。井筒净直径为D6500mm, 设计工程量为约1075m (至-950m) 。井筒在施工到726m处时双层井壁出水。根据施工情况, 需要对井筒双层井壁段 (+110m~-260.0m) 壁间注浆, 采用上行式壁间注浆。

2 注浆方案

从井筒Z=-260.0m位置开始, 利用吊盘, 采用上行注浆的方式注浆充填内、外层井壁之间的缝隙和充填外层井壁接茬缝及由于冻结压力产生的外壁裂隙等。采用YT-28型风钻造孔, 孔深650mm, 安设注浆管注浆, 注浆材料以水泥单液浆为主, 以水泥-水玻璃双液浆为辅。

3 注浆方法

3.1 施工设备及布置

(1) 设备选用2TGZ-60/210型双液调速高压注浆泵。 (2) 设备布置:在井口利用1060转高速搅拌机拌制浆液, 在吊盘二层盘放置一台注浆泵及一台馈电、一台操作开关。吊盘上另需存放三个0.5m3的铁桶, 分别存放水泥、清水和水玻璃。供水、水泥浆和水玻璃利用吊桶运送到吊盘。

3.2 注浆方式

(1) 注浆应采用上行式, 由下往上分段进行, 每组高度为5m, 每组2排孔, 每组段高为10m。如内层井壁出现漏浆, 则采用水泥-水玻璃双液浆封堵、缩小段高和间歇注浆等措施。 (2) 每组注浆孔应沿内壁圆周均匀布置, 每排布置4个孔, 上下排注浆孔位应交错按五花型布置, 即上排孔中的任一孔应在下排孔相邻两孔的垂直平分线上。孔深应穿透夹层, 进入外壁深度不得大于50mm, 要求钻孔平直不变形, 严禁穿透外层井壁。 (3) 每次注浆必须先钻完上下两排注浆孔, 当下排注浆孔注浆时, 上排注浆孔作为观察孔, 观察出浆 (水) 情况, 并依此调整注浆参数, 分析每段注浆效果。 (4) 每段注浆前应先注清水冲洗夹层与井壁间缝隙, 待水路畅通后方可正式注浆。 (5) 根据现场实际注浆量合理调整扩散半径, 计算壁间间隙。

3.3 注浆材料及参数

(1) 注浆材料采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥、水玻璃。注浆应以水泥单液浆为主, 当发现吸浆量较大时, 或注浆即将结束时, 亦可采用水泥-水玻璃双液浆。 (2) 水泥浆配合比为水泥:水=1∶1;双液注浆水泥浆与水玻璃的体积比宜为:1∶0.6~0.8, 最大不得超过1∶1, 水玻璃应选用35~40Be, 2~3.0模数的碱性水玻璃。 (3) 注浆压力:按照《矿井工程施工及验收规范》, 壁后注浆压力应比静水压力大1.2~1.4倍。

为保证井壁壁后安全注浆压力取5MPa, 在向上注时取1.2~1.4倍静水压力, 但压力不得超过5MPa。

3.4 注浆工艺

(1) 在井口利用每分钟1060转高速搅拌机拌制水泥浆液。供水泥浆、供水及水玻璃采用吊桶运送至吊盘。双液浆在吊盘上随注随配。注浆时, 先用清水冲洗夹层空间, 疏通注浆通道, 借此掌握空间大小, 为确定注浆压力和注浆量提供依据。 (2) 一孔注浆, 同排其它孔暂时关闭。若压力和浆量无异常变化, 可进行正常注浆, 待上排孔返浆时, 关闭上排孔阀门, 直至压力达到5MPa停止注浆, 然后再用双液浆加以封孔。

4 施工中采取的几项安全技术措施

(1) 注浆注浆期间通讯系统采用打点通信, 必须保证信号畅通清晰。 (2) 吊盘距井底远, 所有人员必须系好保险带。 (3) 搅拌水泥浆时, 严禁有结块水泥, 以防堵塞注浆笼头。 (4) 注浆前要对整个管路系统做压水耐压试验, 检查管路上的所有接头, 阀门及管件的耐压能力, 如有不符合要求的及时更换或调整直到符合要求方能开始注浆。 (5) 注浆泵及注浆管各接头要绑扎牢固, 注浆过程中, 工作人员应观察接头情况, 并应避开孔口管位置, 避免伤人。 (6) 相关人员跟班作业, 并做好注浆原始记录及签证工作, 井下所有人员时刻观察井壁情况, 发现问题立即停止注浆。

5 注浆效果

注浆后, 井筒冻结段涌水量不大于2m3/h, 井壁没有水眼, 井筒没有明显淋水。

本方案的实施成功对其他新建井筒的漏水处理, 提供了新的途径, 确保矿井井筒的安全。该技术操作简单、效果显著, 对井筒涌水注浆方面具有较高的推广应用价值。

摘要：采用冻结法施工的井筒冻结圈解冻以后, 井筒井壁或多或少会出现漏水现象, 由于井筒外围存在着较大含水层, 对井筒的安全带来较大隐患, 必须对井壁进行注浆堵水。本文重点介绍了冻结井壁注浆堵水的成功经验。

回风立井注浆堵水技术 篇5

永华嵩山煤矿风井井筒利用普通凿井法施工,该井筒冲积层含水量大,且坐落在2个大的滑动构造的交会处,各含水层相互连通。通过认真分析其特殊的水文地质条件特征,采取科学的防治水手段,细化各种注浆参数,有效封堵了井筒冲积层段突水,取得了良好的安全效益和经济效益。

1 井筒冲积层水文地质情况

(1)新生界水文地质条件。

该层厚度115 m,主要由黄土、细砂、黄褐色的黏土、砂质黏土及砾石层组成,抽水试验证实其为富水性中等的孔隙含水层,单位涌水量0.364 L/(s·m),渗透系数0.627 m/d,水位标高+284.704 m,水质类型为HCO3-CaMg型,该段井筒涌水量预计为44 m3/h(表1)。

(2)二叠系下统下石盒子组(P1x)水文地质条件。

该层厚度115.0～197.4 m,顶部风化带厚度43.04 m。简易水文观测有明显浆液消耗的层位在153.96～157.54 m。该段井筒涌水量预计为41 m3/h(表1)。

(3)原始资料。

“井筒检查孔穿见的各含水层之间,赋存厚层砂质泥岩与泥岩隔水层,层位稳定,未发现断层存在,各含水层之间不存在水力联系。”实际情况表明:由于受嵩山滑动构造影响,各含水层间连通,甚至基岩段上部含水层与冲积层段含水层相互连通。在施工过程中,直径75 mm的钻孔,单孔涌水量最大值为62 m3/h。

2 冲积层工作面预注浆存在的难题

(1)由于表土层黄泥结构松软,注浆时对其挤压形成了置换注浆模式,吃浆量大且浆液扩散路线及半径很难控制。

(2)打钻过程中,遇到砾石层容易卡钻,同时岩层中所含泥土容易使钻头水眼堵塞。

(3)施工地点位于滑动构造2个主滑动面的交会处(图1),岩石全部呈极度破碎状,导致各含水层间水相互连通,堵水难度非常大。

3 浆液在冲积层中运动方式及作用分析

(1)在微弱空隙中,浆液以直接充填的方式堵塞水力通道进而达到治水的目的,其作用力主要在水平方向。

(2)在各种不同岩层界面或同一岩层的不同分层界面之间,浆液先充填而后产生垂向压力,用淤泥或少量水泥浆把水力通道挤压踏实,从而把水流通道挤实以达到治水目的。

(3)浆液进入冲积层时,由于通道不畅,浆液挤压黄泥及其他冲积物,作用力主要在垂直方向传递。

在实际注浆堵水工作中往往是各种作用方式的共同存在,不是单一形式作用的结果。因此,注浆方案或工艺要随着各地区水文地质条件的不同而采取相应的方法。

4 相应措施

(1)针对扩散路线及半径难控制的特点,对当时使用的注浆材料进行了初凝时间试验(表2),控制注浆压力和浆液浓度,以防止浆液扩散过远造成材料浪费。以双液浆为主,单液浆为辅;主要使用的浆液配比为:水灰比1∶1,水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5。根据试验数据,现场施工期间灵活掌握,如果遇到地层岩石极度破碎、容易塌孔时,要适当加快浆液的初凝速度,以达到养护孔壁的目的,为下一步施工做准备。总的来说,冲积层注浆以双液浆注浆贯穿始终。

注:水泥型号为P.O 32.5R;水玻璃模数为3.2～3.4。

(2)除了尽量保证压力水保持正常外,灵活掌握钻机给进压力(太大或太小,都会造成钻头眼的堵塞),应将钻机给进压力调整为0.3～0.4 MPa,可起到良好效果。

(3)对于岩石破碎造成的塌孔情况以及多个含水层相互连通、浆液进入不到下部含水层时,除了利用多次双液浆护壁外,还利用了下长套管的技术,使浆液直接进入到下部受注岩体中。

(4)采用密集钻孔布置进行注浆作业,是冲积层治水工程的主要手段之一,钻孔数以基岩段正常布置孔数的2～3倍为宜,在Ø4.5 m的井筒内布置孔数最多达20个,有效地封堵了冲积层水。

5 效果评价

注浆前后效果对比见表3。

与以往的注浆技术相比,该方案缩短了注浆工期1/3以上,扩大了工作面预注浆适用范围,进一步完善了注浆技术;经济效益明显,冲积层注浆共使用资金500万余元,如果采用其他手段治理水患通过含水层需要资金1 500万元左右,仅此项直接经济效益就达1 100万元。该注浆技术在相同或相近的地质条件下均能使用,有较强的使用价值和推广价值。揭露岩层后水泥凝固的实况如图2所示。

6 结语

回风立井注浆堵水技术 篇6

庞庞塔煤矿位于临县杨寨村,属霍州煤电集团吕临能化有限公司,公司2003年收购临县庞庞塔矿,把年产20万t小煤矿改造成年产1 000万t大型煤矿,力争2013年投产。现新建回风立井井筒一座深度239.5 m,净径7.0 m。

1)地质情况。

本井田属华北地区,井田内构造简单,未发现岩浆岩、陷落柱和其他新的地质构造。表土段及基岩风化带,主要以砾石层为主,井筒在施工松散层时,共要穿过5层砂砾层,以砂砾层为主,砾径一般为3 cm～15 cm,最大40 cm,中细砂黄泥充填,分选性差。

2)水文概况。

第四系潜水层埋藏深度50 m,含水层厚度5 m,静水位埋深一般33 m,含水层主要由卵石及砂组成。在揭露-19.2 m砾石层时,涌水量达到258.6 m3/h。

2 确定施工方案

考虑到用板桩、井圈、降水井无法保证浇筑井壁质量,涌水量又很大,再采用冻结法施工(造价高)不现实,决定用注浆的方法穿过砾石层。

3 注浆方法及工艺设计

1)注浆参数确定。

根据含水层的厚度确定段高4 m～6 m,采用径向斜孔布孔方式,工作面布置20个注浆孔,沿2.5 m的半径周边均匀布置。各孔终孔位置在水平方向上超出设计荒半径,径向倾角1.6°,钻孔数20个。注浆终压:分别根据不同水平静水压力和《矿山井巷施工及验收规范》规定:注浆的终端压力为静水压力的2倍～4倍,确定注浆终压为2 MPa。止浆垫结构及厚度:由于井筒涌水量较大,为方便施工采用平面止浆垫,止浆垫下端斜升入荒径,上口半径为3.0 m,下口半径为4.2 m的圆台。

2)设备选型。

根据含水层的厚度,KQJ-100B浅孔钻机2台,2TGZ- 60/210双液四速高压注浆泵2台。

3)注浆材料选择。

工作面注浆以单液浆为主,选普通硅酸盐水泥P.O42.5,堵漏时用双浆液,水玻璃35 Be′～45 Be′,模数为2.4～2.8,工作面注浆时水泥浆水灰比1∶0.8;壁后注浆时不低于1∶1三种浆液;水泥浆与水玻璃的体积比宜为1∶0.3～1∶0.6。

4 施工方法

4.1 注浆管的埋设

在井壁上采用风钻打眼,该孔出水后即为注浆孔,将黄麻抹上黄油缠在注浆管车马牙扣上,然后将ϕ42 mm注浆管顶入孔中,管子外露50 mm,外接ϕ48 mm高压阀门。

4.2 壁后注浆

采用上行式,在壁后注浆的过程中,应提高浆液的浓度,观察好压力表的变化,不超过0.5 MPa,对接槎处出现跑浆应及时用木楔棉纱封堵,派专人观察井壁的变化,发现问题及时处理。

4.3 滤水筒的施工

滤水筒的高度设为2.8 m,用10 mm厚的钢板卷制成外径530 mm的滤水筒,下侧1 m割出20 mm的滤水网孔,上部用25 mm厚的钢板制成带凸凹槽的法兰盘。法兰盘的顶部焊一ϕ25 mm的丝头,并上好阀门,从法兰盘下150 mm的筒壁上焊一ϕ50 mm丝头并上好阀门。施工时先用钩头把滤水筒下放到井底,再用安全梯钩头提起下放到较深的水窝内,调整好后开始下石子,石子的高度以埋住滤水段200 mm左右的高度为宜。滤水筒稳好后,把潜水泵提起下放到滤水筒内。

4.4 混凝土止浆垫的施工

止浆垫采用C30混凝土砌筑,施工前按设计预埋20个孔,浇筑的过程用潜水泵排水保证混凝土不被浸泡。混凝土的搅拌充分,减少水灰比,并加3%的早强剂止浆垫凝固5 d后方可注浆。孔口管用长2.5 m,ϕ108 mm无缝钢管制作,一端焊上直口法兰盘,埋入部分焊上5道防拔筋。打钻和壁后注浆前应先从滤水筒对止浆垫进行注浆加固,注浆压力不大于2 MPa。

4.5 搭设钻井工作台

井筒钻孔施工在工作台上进行。工作台主框架由四根木制立柱及四根木制横梁构成,立柱规格150 mm×150 mm×1 500 mm,横梁规格150 mm×150 mm×4 400 mm,框架上密铺50 mm厚的大板。立柱和立柱之间用斜撑木扒钉固定牢固,立柱横梁之间用扒钉连接,大板之间用扒钉连接。

4.6 注浆站的布置

在井口东侧布置注浆站,计算好各种配比,水泥及水的用量,将水加入搅拌筒再按配比加入水泥,人工搅拌浆液,搅拌均匀后打开阀门,经过滤网用注浆泵经ϕ57 mm供水管路(用管卡固定在压风管钢丝绳上)输送至井下注浆管注浆。

4.7 钻孔施工

井筒钻注顺序是先钻注1号,3号,…,19号,后钻注2号,4号,…,20号。对将钻注孔打开压盖,钻孔前先安装孔口阀门连接牢固,然后将钻机移到位,根据孔口管、角度摆正对中。为防止砾岩段卵石卡钻头,应每打进1 500 mm对该孔注浆,让砾石胶结后,再打钻,反复进行此工序直至穿过砾石层。在钻孔的全过程中,做好打钻记录。

4.8 注浆作业

终孔后应立即进行冲洗钻孔,而后提出钻杆,测量水量、水压准备注浆。连接注浆管路、吸清水注入管内,检查有无漏水现象,漏水立即处理。注浆前应对注浆孔进行压水试验20 min,测定钻孔最大吸水量及每米吸水率以便初步确定浆液浓度和浆液注入量。开泵前,浆阀门处于打开状态,开泵后打开孔口阀门,关闭放浆阀门,开始注浆。每次注浆开始时,吸浆笼头先放入清水桶,待吸浆正常后,再将笼头放入注浆液桶中。停止注浆时,先开放浆阀门,后关孔口阀门,吸清水冲洗管路及泵头而后停电。

4.9 单孔注浆结束

当钻孔注浆达到终压,浆液吸入量小于20 L/min时并稳定20 min以上可结束该孔注浆。当裂隙较大,虽未达到结束标准,但为防止浆液扩散较远,按预定和本次注浆的注入量已达到要求,可结束本次注浆。

4.10 注浆结束标准

1)各注浆孔的注浆压力达到设计终压值,注入量小于20 L/min～30 L/min,稳定20 min以上。2)注浆结束时,浆液的水灰比不低于1∶0.6(即1∶1浆液或更稀)。3)浆液的注入量基本达到设计要求。4)最后一个孔为终检孔,孔内涌水量小于0.2 m3/h。

4.11 钻孔测水

4.11.1 井下测水

井下探水孔和注浆孔在揭开含水层后,即开始测量钻孔的涌水量;钻进中发现水量增减或揭开新的含水层,都要及时测水量。每孔注浆前,都要测量静水压和水量。

4.11.2 井口测水

注浆前进行压水试验,测泵压和清水池中单位时间消耗量。

4.12 注浆技术要求

1)注浆前对注浆材料进行试验,材料的质量应符合现行国家标准及技术条件,并找出在给定条件下浆液的最佳配比和浓度。2)注浆时必须注意注浆压力和吸浆量的变化情况,及时进行相应的调整,并认真记录,每注1 m3或5 min记录一次泵压和泵量,发现异常情况及时汇报,以便于采取措施进行处理。3)各工种操作人员必须坚守岗位,服从统一指挥,发现异常情况及时汇报,以便采取处理措施。4)灰浆搅拌应先加水后加灰;注浆期间,必须保证连续供浆,不得间断。5)每次注浆结束后,灰浆搅拌池应冲洗干净,无残浆、灰渣;注浆泵应打开清洗、检修,并试运转,以备下次注浆使用;值班技术人员整理好资料,并填写注浆报告单。

5 注浆结束

井筒注浆达到结束标准后,经多家检测单位检测分析,注浆质量确认达到注浆效果,涌水量减小,达到正常施工要求。

6 结语

注浆法在庞庞塔矿井建设工程的应用,对今后同类工程地质灾害防治、基础设计等多方面起着重要的作用。随着各种大型工程的设计应用,其必受到越来越广泛的重视;而注浆法庞庞塔矿井穿越砂砾层的使用,对其他同类工程提供可靠参考,弥补同类工程应用缺项,对工程类建设提高工程技术起着极大的推动作用;而且对拟建工程穿越砂砾层施工安全、造价及使用等关键问题提供参考,使注浆法的使用成果从实用性和预见性更好服务于工程建设,为同类工程提供可靠依据。

参考文献