立井施工中超前探與注漿工藝的結(jié)合應(yīng)用

王曉東

（晉城煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)平公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

根據(jù)礦井銜接安排,長(zhǎng)平公司擬在蘆家峪施工回風(fēng)立井,設(shè)計(jì)井口標(biāo)高為+991m，井筒凈徑為8.0m，垂深553m。表土段為50m，基巖段503m，采用混凝土支護(hù)，壁厚500mm，強(qiáng)度C40。

根據(jù)井檢孔的資料顯示，井筒共需穿過(guò)8個(gè)富含水地層，自上而下分別為：含水層一：垂深112.68～118.28m段中粒砂巖含水層；含水層二：垂深181.1～198.68m粉砂巖和中砂巖含水層；含水層三：垂深200.59～215.3m中砂巖含水層；含水層四：垂深233.9～247m細(xì)砂巖含水層；含水層五：垂深292.4～300.6m細(xì)砂巖含水層；含水層六：垂深318.8～328.1細(xì)砂巖含水層；含水層七：垂深371.4～382.5m細(xì)砂巖含水層；含水層八：垂深425.6～428.8m細(xì)砂巖含水層。經(jīng)計(jì)算井筒最大涌水量將達(dá)到132m3/h。

為了保證井筒施工安全和井壁質(zhì)量，同時(shí)，也為了改善工作面的作業(yè)環(huán)境，在施工過(guò)程中，進(jìn)行超前探作業(yè)和工作面注漿是兩道必不可少的工藝。但如何將這兩道工序進(jìn)行合理的安排，做到既保證質(zhì)量和進(jìn)度，又達(dá)到控制造價(jià)的目的，則是井筒施工技術(shù)的難點(diǎn)和目標(biāo)。

2 施工方案確定的背景

2.1 超前探工作現(xiàn)狀分析

對(duì)立井施工過(guò)程中是否進(jìn)行超前探，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均未給出強(qiáng)度性規(guī)定。同時(shí)，對(duì)超前探設(shè)計(jì)也沒(méi)有具體的設(shè)計(jì)要求。僅＜＜煤礦建設(shè)規(guī)程＞＞井工部分防治水第6.6.6條要求建設(shè)項(xiàng)目必須做好水害分析預(yù)報(bào)和充水條件分析，堅(jiān)持預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。

由于無(wú)強(qiáng)制性規(guī)定，而超前探本身又為隱蔽性工程,現(xiàn)場(chǎng)管理難度較大。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)如下問(wèn)題：

1）為追求進(jìn)度，對(duì)超前探工作往往出現(xiàn)少探和不探現(xiàn)象，給立井的安全施工埋下隱患。

2）超前探工程前期準(zhǔn)備工作多,而超前探又是一次性工作，探孔沒(méi)有進(jìn)行有效的利用。

3）井筒均處于礦建工程的關(guān)鍵線路上，超前探施工時(shí)井筒必須停止掘進(jìn)，造成井筒施工工期延長(zhǎng)，影響后續(xù)工作。

2.2 注漿工作現(xiàn)狀分析

采用普通注鑿井時(shí)，一般采用的注漿方式為工作面注漿和壁后注漿。即施工過(guò)程中，對(duì)含水層分段進(jìn)行工作面注漿，待井筒施工結(jié)束后，再采用壁后注漿。最終達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求.

由于采用的是分段的工作面注漿，井筒的整體防水效果較差。井筒施工結(jié)束后，井筒涌水量較大。壁后注漿工程量大，造成投資增加。

2.3 施工方案的確定

綜合以上兩種施工工藝存在的不足之處，提出將超前探和注漿兩項(xiàng)工程結(jié)合實(shí)施。即在回風(fēng)立井施工時(shí)從基巖段開始就實(shí)行“有掘必探，遇水先注，先注后掘”的施工方案。

圖1 超前探與注漿工藝結(jié)合流程圖

3 施工方案實(shí)施

按照“先探后掘”的原則，超前探施工與掘進(jìn)施工循環(huán)進(jìn)行，根據(jù)煤礦防治水規(guī)定本次超前探超前距為15m，鉆探距離為 65～130m，允許掘進(jìn)距離為50～115m。

3.1 方案設(shè)計(jì)

1）探孔布置：采用從基巖段開始由上而下全井筒進(jìn)行先探后掘，井筒共布置5個(gè)探孔，均按井筒中心線布置。1號(hào)孔位置為：井筒正中；其余4個(gè)鉆孔均勻布置在井筒內(nèi)，距井壁0.5m的圓周上成螺旋狀布置，徑向傾角3°，切向傾角10°。

2）注漿孔布置：根據(jù)探孔內(nèi)涌水量情況，確定注漿孔布置數(shù)量和位置，原則上采用同心圓等距布孔，在原有探孔中間均勻?qū)ΨQ增加注漿孔，孔間距約2.0m，注漿孔角度與探孔一致。要確保漿液的擴(kuò)散半徑在井筒掘進(jìn)半徑之外。

圖2 探孔及注漿孔布置平、剖面圖注：圖中單位為mm

3）止?jié){巖帽留設(shè)：根據(jù)含水層的賦存特點(diǎn)，含水層以上10m預(yù)留止?jié){巖帽，下部超前10m作為注漿隔離帶，防止含水層涌水在水頭壓力作用下從底部巖石裂隙涌出，造成淹井事故。

4）注漿方式：根據(jù)本次注漿的特點(diǎn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中，如鉆孔涌水超過(guò)3m3/h，即停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿，待漿液終凝后，掃孔，繼續(xù)鉆進(jìn)。原則上是由上至下，涌水量超過(guò)3m3/h的涌水，需進(jìn)行復(fù)注。水量不大于3m3/h，繼續(xù)鉆新孔，直到鉆孔達(dá)到注漿的標(biāo)準(zhǔn)后，方可開新孔。

3.2 施工作業(yè)

3.2.1 準(zhǔn)備工作。

主要包括鉆場(chǎng)的清理、鉆機(jī)的固定、地面注漿泵的安裝和漿液的配制。

超前探鉆場(chǎng)位置布置在回風(fēng)立井井筒掘進(jìn)工作面，底板清底至全斷面揭露硬巖；鉆機(jī)采用打地錨固定，錨桿規(guī)格φ20×2400mm，錨固力不小于50KN；注漿采用水泥—水玻璃雙液漿，配合比根據(jù)注漿時(shí)涌水量進(jìn)行調(diào)整。

3.2.2 埋設(shè)孔口管。

孔口管的埋設(shè)是保證后期的鉆孔及注漿工作的關(guān)鍵工序。施工時(shí)，先用開孔孔徑大于孔口管直徑（Φ87mm）的鉆頭開孔，下入Φ83mm套管，然后采用注漿泵向孔口管內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿，并使其間隙充填飽滿。待孔口管周圍水泥漿凝固后，進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)，掃孔深度5500mm。掃孔后對(duì)孔口管進(jìn)行注清水耐壓試驗(yàn)，預(yù)測(cè)本區(qū)域靜水壓力不超過(guò)1MPa，耐壓試驗(yàn)壓力不小于靜水壓的1.5倍，并穩(wěn)定30min，孔口管不松動(dòng)、周圍不漏水時(shí)為合格。依此順序，埋設(shè)5個(gè)探孔的孔口管。

圖3 孔口管圖

3.2.3 施工探孔。

首先，施工5個(gè)探孔。待孔口管周圍漿液凝固后進(jìn)行掃孔及鉆進(jìn)，采用φ65mm鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度時(shí)，觀察鉆孔是否涌水及涌水量變化，再轉(zhuǎn)入下一鉆孔施工。同時(shí)，根據(jù)超前探鉆孔施工情況，觀察其涌水量及出水情況決定是否注漿。

當(dāng)滿足以下兩個(gè)條件之一時(shí)，需進(jìn)行注漿；否則，拆除鉆探設(shè)備，開始井筒正常掘進(jìn)。

全斷面涌水量≥10m3/h；

存在靜水壓力≥1MPa的鉆孔；

實(shí)際施工過(guò)程中，本回風(fēng)井共分6段進(jìn)行了鉆探（第一段：50～165m；第二段：165～275m；第三段：275～350m；第四段：350～400m；第五段：400～480m；第六段：480～570m）。其中第一、二、六段，共注漿6個(gè)探孔。其余探孔基本無(wú)涌水，直接通過(guò)。第三、四、五段所有探孔均進(jìn)行了注漿。3.2.4 工作面注漿。

首先，根據(jù)5個(gè)探孔的涌水情況，對(duì)涌水量超過(guò)3m3/h或靜水壓力≥1MPa的鉆孔進(jìn)行注漿。然后，根據(jù)3.1②中注漿孔的設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)打注漿孔，進(jìn)行注漿。每孔注漿結(jié)束后，均要進(jìn)行驗(yàn)收。工作面注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為：各注漿孔的注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，且注入量小于40L/min。

本回風(fēng)井第三段，新增4個(gè)注漿孔；第四、五段各新增8個(gè)注漿孔。

圖4 工作面注漿工藝

3.2.5 注意事項(xiàng)。

1）當(dāng)發(fā)現(xiàn)井筒涌水量較大或單孔壓力大時(shí)，可在注漿結(jié)束后，再在井筒中部打1-2個(gè)檢查孔，起到檢查注漿效果和補(bǔ)充注漿的作用。

2）注漿時(shí)，對(duì)于注漿孔可采用間隔注或?qū)ΨQ注的方式，注漿效果較好。

3）施工探孔及注漿全過(guò)程指定專人記錄和觀察：出水點(diǎn)的層位、涌水量、漿液消耗量；壓力變化；眼位置；井壁有無(wú)跑漏；井壁有無(wú)破壞；壓力、吸漿量是否正常等。

4 效 果

根據(jù)《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50213-2010），井筒總漏水量≤6m3/h且不得有0.5m3/h以上的集中出水孔。

回風(fēng)井施工結(jié)束后，測(cè)量井筒總漏水量為6.5 m3/h；隨之采用壁后注漿，對(duì)幾個(gè)集中出水點(diǎn)進(jìn)行局部注漿。最終，經(jīng)實(shí)測(cè)回風(fēng)立井井筒涌水量為1.4m3/h，達(dá)到了井筒驗(yàn)收要求。

5 優(yōu)點(diǎn)及改進(jìn)方向

5.1 采用超前探與注漿相結(jié)合的施工方式的優(yōu)點(diǎn)

1）有利于節(jié)約成本，超前探和注漿兩項(xiàng)工程的前期準(zhǔn)備工作有較多相同之處，都需進(jìn)行鉆機(jī)的安裝、孔口管的埋設(shè)，鉆孔的布置。

2）有利于充分利用探孔，使探孔兼作注漿孔，實(shí)一孔兩用。

3）有利于提高井筒的整體性，改變了原有的分段注漿方式井筒基巖段全部實(shí)現(xiàn)了超前探，保證了井筒施工的安全。

4）達(dá)到了井筒綜合治水、干式成井的目的，改善了工作面作業(yè)環(huán)境，保證了井壁混凝土的澆注質(zhì)量。

5.2 改進(jìn)方向

在回風(fēng)井鉆探過(guò)程中，超前探鉆機(jī)一次鉆進(jìn)的距離最長(zhǎng)僅為120m，選小于井筒深度。若能優(yōu)化或改進(jìn)超前探設(shè)備，提高設(shè)備的鉆探深度和能力，則可減少井筒的超前探次數(shù)，減少工程造價(jià)，又可提高井筒施工速度。

5.3 適用范圍

超前探與注漿相結(jié)合的施工方式主要適用于井筒涌水量較大或含水層較多的立井。同時(shí)，當(dāng)巷道掘進(jìn)中，采用超前探時(shí)，或存在涌水量較大需注漿時(shí)，也可將兩種工藝進(jìn)行結(jié)合使用。