快速注漿法在立井井筒水害治理中的應用

田文志

快速注漿法在立井井筒水害治理中的應用

田文志

介紹了在井筒施工中采用快速注漿法封堵基巖段裂隙水主要涌水通道的方法。關鍵詞 地質構造；基巖段；井筒施工；快速注漿；堵水

1 礦井基本概況

麻家梁礦是大同煤礦集團公司新建礦井，地處山西省朔州市南部約15 km處，主井設計采用立井開拓方式。主立井設計深度602.8 m，凈直徑9.0 m，凈斷面積為63.62 m2；井口中心坐標X=4 339 423.226，Y=37 622 620.000，Z=1 203.000。主立井0 m～-380.5 m為表土段和風化基巖段，-380.5 m～-603.3 m為基巖段，其中二疊系下統山西組 (-454.2 m～-523.2 m)主要由碎屑、泥巖、砂質泥巖及K5砂巖組成。基巖段井壁設計為單層素混凝土，壁厚為600 mm，混凝土設計強度等級C35。2009年2月份施工，井筒已先后穿越了6個含水層，其中有3個較強含水層（巖性主要為泥巖、砂質泥巖及K5粗砂巖），施工進入穩定基巖段施工，含水層主要巖溶形態涌水量大小不等，富水性強，為巖溶裂隙承壓含水層。

2009年9月26 日主立井井筒開鑿深度為459 m時，由于受上覆碎屑、泥巖、砂質泥巖造變化和下部K5粗砂巖含水層的影響，施工探眼3個，其中1#、2#孔均無大水；4#孔開鑿深度為16 m時發生了突水，水量達110 m3/h，由于水量過大，造成立井無法施工，因此巖層裂隙水治理迫在眉睫。

2 治理措施

采用快速注漿進行治理。在立井井筒施工穿越地質構造比較復雜的硬巖含水層時（硬巖層穿水點往往在構造帶附近），采用掘進時使用的SJZ-6.10型傘鉆，均用6臺YGZ-70型風鉆先打探水孔，然后在探水孔中埋設注漿槍頭，埋管后既不影響止水墊的養護時間和其他輔助作業時間，又使掘進與注漿的鉆孔機具一體化。為此，必須在構造帶多打探眼并加大眼深，以增加探眼與涌水通道連通的機會。若無明顯構造時應在傾斜巖層的上方多打探眼，但當上部含水層向下部不含水層過渡時，探眼應集中在傾斜巖層的下方。根據該礦井局部地質構造情況，不含水斷層、裂隙及空洞，應適當注漿。

2.1 探眼布置及注漿方式

根據巖層的節理、層理、裂隙及斷層傾向而定。一般在井筒毛徑上按15°～20°俯角向外打10個探眼（眼距4 m左右），采用KQJ-100B型潛孔鉆，配備φ130 mm鉆頭、φ70 mm可接鉆桿，每根鉆桿1 m，進行探水-掘進-再探水-再掘進，超前距一般40 m。如圖1所示。

圖1 探眼布置

為了使注漿孔穿過的裂隙多一些，以有利于提高注漿效果，當涌水量變化大時，可在涌水量大的部位適當增加探水眼數目。因短段注漿一次只注深4 m，為防止褶曲、斷層或裂隙的誘導作用，在井筒中心打1個探眼，把下部水引至井中心部位，待放炮后涌出，再做集中處理。

2.2 注漿帷幕厚度的確定

掘進放炮產生的裂隙是以炮眼為中心呈輻射散開并與其他原生含水裂隙貫通的，由于采用淺眼短段爆破，周邊眼應限制裝藥量，根據巖性及炸藥能選擇了煤礦許用水膠炸藥0.75 kg，故爆破裂隙長度RP可按下式估算:

式中：K——相對爆力系數，K=1.9；

r——藥壺半徑，r=0.2 m；

Qp——周邊眼裝藥量，kg。

為了保證堵水安全，需要使爆破裂隙長度小于注漿后形成的有效擴散范圍，且應考慮2～3倍的安全系數，為此必須通過提高注漿壓力來達到這一要求，所以確定采用的注漿終壓一般應為靜水壓力的3～4倍，以確保形成安全的帷幕厚度。注漿帷幕見圖2。

圖2 注漿帷幕形成示意

2.3 探水注漿工藝流程

地面攪拌站攪拌好的水泥漿和水玻璃溶液通過管路或吊桶分別輸送到吊盤上的儲漿桶內，利用安裝在吊盤上的2臺2TG-60/20型雙液注漿泵探眼注漿，注漿終壓由注漿機控制。灌注漿管路系統見圖3。

圖3 灌注管路系統

2.4 漿液的選擇

常規注漿時，漿液一般是先稀后濃，其目的是注稀漿以增大漿液的擴散范圍；后期濃度高為了將裂隙充填飽滿，避免稀漿凝固收縮后留有裂隙。快速注漿將纏苧麻的注漿槍頭打入探眼后，要先注入濃漿，以防止管外跑漿，但其濃度要保證漿液能順利注入而又不堵孔口。注濃漿時間不宜過長，以管外壁不跑漿即可；然后改注稀漿，一般調制水泥漿的水灰比是0.6∶1 或 0.8∶1，雙液注入時水玻璃液 （（25～35） Be） 與水泥漿的體積比為1∶1。

3 經濟和社會效益

對主井井筒泥巖、砂質泥巖和K5粗砂巖內快速注漿實踐證明，所采用的注漿槍頭能承受設計終壓，很少出現注漿槍頭脫落現象，說明注漿槍頭的埋設方法是合理的。由于泥巖、砂質泥巖和K5粗砂巖滲水不均勻，出現“針眼網狀”滲水層，使用水泥水玻璃雙液漿則可注漿；同時，由于其內的斷層或裂隙，往往使止漿液未能達到預定效果，還可以考慮澆筑簡易的混凝土堵水。

快速注漿的顯著特點是一次注漿時間短，因此在地質構造比較簡單的硬巖中應用是比較適宜的，在復雜地層中或對于地質資料未能精確掌握的，仍應考慮全含層一次注漿方案。通過實施注漿堵水，井筒出水點從最初的110 m3/h減少到最后的2 m3/h，與前期比較，最大涌水量減少100 m3/h，月節約排水費用約46.5元多，確保了立井井筒施工安全，成效相當顯著。

Application of Rapid Grouting Process in the of Vertical Shaft Construction

Tian Wenzhi

The paper introduces the use of rapid grouting process in the vertical shaft construction for controlling the water from bedrock fissure.

geological structure；rock section；shaft construction；rapid grouting；plugging

TB42

A

1000-4866(2010)04-0043-02

田文志，男，1961年出生，2005年畢業于山西太原理工大學（計算機及應用專業），助理工程師。

2010-08-04

2010-08-31