工作面預注漿加固技術在某豎井延伸工程中的應用

武 飛

(中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司)

礦井建設過程中，預注漿技術是解決巖層破碎、涌水量大等技術難題的常用技術手段，在許多礦山井筒防治水工程中取得了良好控制效果[1-6]。某礦區(qū)構造復雜，斷裂發(fā)育；破碎帶巖石較松軟，工程地質性能較差；由于受構造與風化作用，礦體頂?shù)装鍘r石較破碎，穩(wěn)固性差，易產(chǎn)生冒頂、掉塊等現(xiàn)象；礦體分布在灰?guī)r中，存在許多溶洞及大量地下水，涌水量可達150 m3/h。該礦山采用豎井開拓系統(tǒng)，主井為方形斷面(2.5 m×2.5 m)，采用鋼筋混凝土支護，厚300 mm。現(xiàn)擬將井筒由+230 m延伸至+187 m，同時增設+195 m開采中段，以進一步開采深部礦產(chǎn)資源。為防止豎井施工進程中地下水大量涌入井內造成災害，決定采取對地下涌水具有堵截作用的預注漿處理方案。

1 豎井預注漿設計方案

1.1 注漿孔及檢查孔設計

根據(jù)井筒尺寸，設計注漿孔8個，孔徑為75 mm，孔距為1.1 m，孔心距井壁0.15 m；采用徑向垂直孔布孔方式，孔深43 m，+230～+187 m。

為檢查注漿效果，待注漿完成后在注漿孔內側布置5個檢查孔，孔徑為75 mm，孔距為1.1 m；采用徑向垂直孔布孔方式，孔深43 m，+230～+187 m；若注漿鉆孔不理想，該檢查孔可作為復注孔進行二次注漿。注漿孔及檢查孔布置見圖1。

1.2 注漿參數(shù)設計

根據(jù)井筒巖性情況，采用水泥漿+水玻璃雙液漿，即C-S漿液進行注漿，二者的體積比可以根據(jù)注漿過程中注入量、壓力、堵水情況等靈活調整。設計注漿參數(shù)見表1。注漿主要設備及材料見表2。

圖1 注漿孔及檢查孔布置平面(單位：mm)

表1 井筒注漿參數(shù)

2 注漿施工工藝

采用KQJ-100B型潛孔鉆機，先按設計孔位(井筒內沿井壁平均布置8個孔)和傾角鉆φ108 mm孔，孔深5 m，鉆完孔后，在孔內灌水泥砂漿(砂子要過篩)后埋入4寸孔口管，孔口管采用無縫鋼管制作，每根長5 m，孔口管上焊纏8#鐵絲，上端頭焊有和4寸高壓球閥相連接的法蘭盤，法蘭盤露出巖面300 mm。在孔口管達到養(yǎng)護期后用φ75 mm鉆頭在管內鉆進，孔口管上必須安裝高壓球閥。鉆孔過程中，在單孔出水量達6 m3/h，或所有鉆孔總出水量達到20 m3/h時，須進行工作面注漿[7]。水泥漿液與水玻璃混合后，通過注漿機對鉆孔進行注漿作業(yè)。根據(jù)泵壓和孔口管壓力的變化，及時調整漿液配比；當達到注漿終壓和進漿量太小時，停止注漿。注漿養(yǎng)護結束后進行掃孔，若注漿鉆孔不理想，檢查孔可作為復注孔使用，進行二次注漿。

表2 注漿主要設備及材料

水泥漿+水玻璃雙液漿注漿工藝流程見圖2，井筒注漿設備布置見圖3。

圖2 水泥漿+水玻璃雙液漿工藝流程

圖3 井筒注漿設備布置

3 安全技術措施

(1)鉆孔前必須檢查排水系統(tǒng)和水泵是否正常，做好備用水泵準備。

(2)檢查鉆機安裝的牢固性和平穩(wěn)性，待各部件試運轉可靠無誤后方可鉆孔。

(3)打鉆時，若水壓和水量突然增大，立即停止作業(yè)，拆除鉆桿，關閉閥門。

(4)注漿前做好注漿材料的檢查驗收工作，嚴禁使用過期不合格的注漿材料。

(5)確保注漿系統(tǒng)各部件連接牢固，注漿前對注漿管路進行耐壓試驗，全部人員避開孔口管位置。

(6)注漿前對水泥漿液進行過濾，防止堵管。

(7)注漿過程中，隨時觀察注漿壓力和吸漿量的變化，并做好記錄，發(fā)現(xiàn)異常，及時停泵或采取打開泄?jié){閥等處理措施。

(8)注漿工作結束后用清水沖洗注漿泵和注漿管路，防止凝固堵管。

(9)全部人員要避開吊桶位置，吊桶或物料正在提升時，其正下方嚴禁站人。

(10)登高作業(yè)要系好安全繩。

(11)在井上下設專用的聲光信號和直通電話，吊盤下設安全梯。

(12)加強施工管理，防止下放和提升鉆具時各種工具及其他物品掉入鉆孔中。

4 結 語

采用工作面預注漿，將設計好的水泥和水玻璃漿液經(jīng)注漿孔注入井壁圍巖裂隙或溶洞中，凝固后形成具有一定強度和隔水性的結石體，不僅可以堵塞裂隙、截斷水流，而且提高了圍巖的強度，注漿實施后，井筒涌水量控制在1.5 m3/h以內，靜水壓力降低至1 MPa，注漿效果顯著，避免了地下涌水淹井，確保豎井延伸工程的順利實施。工作面預注漿是控制井筒涌水、保證施工安全的有效手段，對于類似條件井筒施工具有借鑒作用。