五舉煤礦主立井井筒水下混凝土止漿墊施工技術

◎劉 鵬

五舉煤礦主立井井筒水下混凝土止漿墊施工技術

◎劉 鵬

平涼天元煤電化有限公司五舉煤礦設計生產能力2.4Mt/a，采用立井-暗斜井開拓方式，井筒凈斷面直徑6m，掘進斷面直徑7.2m。2013年1月井筒正式掘砌施工，于2013年6月施工至井深225.7m時發生裂隙斷層突水，最大涌水量達到360m3/h，超過現場強排能力，造成淹井事故，最深淹井達131.5m，最終采用靜水壓下混凝土封底堵水成功，排干積水，再通過深孔注漿的方案成功穿越該承壓含水層。

水文地質條件

主立井井筒所穿越含水層根據含水性可分為三層。

第四系松散巖類孔隙潛水含水層，為①含水層，厚1.2m。下白堊統六盤山群第一段砂巖、礫巖承壓含水層，為②含水層。巖性以礫巖為主，受膠結程度控制的混合含水層，厚154.93m。為井筒中遇到的主要承壓含水層。侏羅系＋三疊系砂巖復合承壓含水層，為③含水層。是由多個厚度不等的含水層組成的主要受巖性控制的層狀混合含水層，厚161.3m。為井筒中遇到的主要含水層。

水下混凝土止漿墊施工

施工方案。根據現場情況，采用C50混凝土施工厚度7m的止漿墊，為防止混凝土離析，C50混凝土中除了摻加UWB-Ⅱ早強型水下不分散絮凝劑（用量為水泥用量的3～3.5%左右）劑，利用特制的底卸式吊罐運送混凝土。按照一定速度下放吊桶，保證澆筑混凝土止漿墊的施工質量。止漿墊施工完畢水下養護20天后開始排水，排水時水位每下降20m停止抽水，進行水位觀察2h，若水位變化，表明止漿墊失效，進行止漿墊補強措施；若無變化，則繼續進行排水，水排至井筒210m位置時（止漿墊上面），分段注漿加固井壁，井壁加固完畢后。再排水露出井底。然后清除止漿墊上面已離析而未凝固的水泥漿。若止漿墊有漏水現象，采用注漿加固堵漏措施，后打鉆注漿加固混凝土止漿墊及埋設孔口管注漿堵水。

止漿墊設計參數。止漿墊選擇以近平底型為原則，其計算公式為：

B=P0r/σ＇+0.3r。P0—最大注漿壓力，Mp；r—井筒的掘進半徑，m；σ＇—混凝土的允許抗壓強度，Mpa；σ＇=σ/k —σ為20天時混凝土的極限抗壓強度，k為安全系數，取3；

根據經驗，暫考慮注漿壓力取靜水壓的3倍，靜水壓最大為2.4Mpa；由于為水下下放混凝土，為保證安全，混凝土極限抗壓強度按C20強度計算，20×60 %=12Mp；混凝土采用標號為C50的混凝土；綜上，計算得出止漿墊的厚度B=7.2×3/12/3+0.3×3.0=6.3m。

根據現場情況，本次止漿墊施工厚度確定為7m。

止漿墊混凝土的配比。在澆筑止漿墊時為防止混凝土離析，使用UWB-Ⅱ復合型(或早強型)水下不分散絮凝劑，摻量為水泥重量的2～2.5%，考慮到施工影響，參合重量為3～3.5%，與水泥、石子、沙同時加入攪拌機內攪拌，攪拌時間不少于3分鐘。

水泥采用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，砂采用中沙，石子級配采用10～20mm范圍，最大粒徑不超過20mm，石子應為連續級配或二級級配。

C50混凝土按配合比計算，每方混凝土水泥用量420Kg

混凝土用量：7×29=203m3；水泥用量：203×420/1000=85.3T

絮凝劑用量（水泥量的3%）：85.3×3-3.5%=2.6-3T

C50混凝土的質量保證

混凝土中除了摻加UWB-Ⅱ早強型水下不分散絮凝劑（用量為水泥用量的3～3.5%左右），不參合其他外劑；混凝土攪拌時派專人，查看混凝土攪拌的每一個環節；混凝土制備時要進行混凝土的配合比試驗，并進行水化熱、泌水率、水下混凝土試驗；為減小水化熱的影響，盡量選用水化熱較低的水泥，普通硅酸鹽水泥或低熱礦渣水泥，防止混凝土裂縫；砂、石料的雜質含量：石子的含泥量≤1%，砂含泥量≤3%。

下放混凝土。澆筑前，必須確保水位靜止且保持1天后，方可澆筑混凝土；澆筑前按計算好混凝土用量，摻加絮凝劑的混凝土連續澆筑；混凝土利用特制的底卸式吊桶運送。吊桶進入水面時的速度不得超過0.5m/s。吊桶在水中下落時盡可能保持勻速運行，加減速度不得超過0.2 m/s2，速度先按1m/s進行試驗運行，后逐漸加快至2m/s；連續澆筑直至止漿墊施工完畢為止。

混凝土的養護。止漿墊養護20天后進行排水。養護期間派專人觀察水位變化情況，并做好記錄。

井筒排水。水下止漿墊凝固20天后，開始進行井筒抽水，水位每下降20m停止抽水，進行水位觀察2h，若水位變化較大（每小時水位上漲300㎜以上），表明止漿墊失效，進行止漿墊補強措施；若無變化，則繼續進行排水，水排至井筒210m位置時，分段注漿加固井壁，井壁加固完畢后，再排水露出井底。然后清除止漿墊上面已離析而未凝固的水泥漿。若止漿墊有漏水現象，采用注漿加固堵漏措施，后打鉆注漿加固混凝土止漿墊及埋設孔口管注漿堵水。

施工效果

從2013年7月6日開始施工靜水壓下施工混凝土止漿墊開始至2013年9月30日工作面預注漿結束，淹井事故處理歷時87天，取得了圓滿成功。水下止漿墊凝固20天后，進行井筒抽水和清除止漿墊表面水泥漿，期間水位無明顯變化，無漏水現象。工作面預注漿期間止漿墊無上升、變形和漏水現象，經先后2次工作面預注漿后，井筒掘砌時涌水量不到3m3/h，達到預注漿驗收標準。

在靜水壓下施工混凝土止漿墊封底堵水后再進行工作面預注漿為深井井筒淹井事故處理提供了新的經驗，也創造了普通鑿井法施工通過水害嚴重地層的國內先例。采用靜水壓下施工混凝土止漿墊封底堵水后預注漿方法具有工期較短，效益較高的特點。相比于費用較高的凍結法，該治水方法費用只占凍結法的28%左右，工期只相當于凍結法的50%左右。因此，該是采用非凍結法治理白堊系六盤山群第一組含水層的一條經濟可行的道路，對全國均有借鑒價值。

（作者單位：甘肅平涼天元煤電化有限公司）