在VS3E井不良地质段井筒施工中注浆方法的应用.doc

1、在 VS3E 井不良地质段井筒施工中注浆方法的应用摘要：本文介绍了赞比亚 KONKOLA 铜矿 KDMP 项目 VS3E 井不良地质段井筒施工中注浆方法应用的情况。由于施工方案合理，施工方法及步骤行之有效，安全技术措施到位，顺利通过了不良地质段，实现了安全、优质、快速施工。 关键词：井筒注浆 中图分类号：TU74 文献标识码：A 1 工程概况 铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司承建的赞比亚 KONKOLA铜矿 KDMP 项目为矿山的深部开采基建项目，项目建成后矿山的采选能力将由原有的 200 万吨/年提高到 600 万吨/年。对应于深部采矿的需要，矿山的通风能力也要求相应的增大，为此要求

2、在矿山现有的 1 号井区和3 号井区之间新建一条通风竖井 VS3E 井，并安装 3 台 3000Kw 风机，以形成 814m3/秒的通风能力。 VS3E 井井筒净直径 7.2m，井筒深度 640m，井壁根据围岩的不同情况，采用钢筋混凝土、混凝土支护形式。在井筒施工初期，业主仅提供了地表段 80m 的井筒地质资料，并据临近井巷工程所揭露的地质情况，推断80m 以下的井筒围岩情况良好，据此设计单位设计地表-80m 井筒的井壁采用厚度 500mm 双层钢筋混凝土支护，其余井筒均采用素混凝土支护。 铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司从 2006 年 12 月开始，正式组织井筒的下掘施工。在施工的

3、过程中，发现所揭露的围岩情况与业主之前所提供的地质资料不符，尤其在 2007 年 4 月下掘至 246m 后，井筒围岩变为非常软弱的土黄色泥页岩，产状 21035，结构疏松，遇水即崩解，岩石 RQD 值为 0，且在井深 250m 位置出现壁后涌水，水量约为 5m3/h。在施工过程中，井筒围岩出现了严重的垮帮现象，其中在井筒东北方向最大垮落周长约 9m，垮落深度 9m，垮落高度 4m。为保证施工安全，在施工过程中及时对壁后的垮落区域进行了注浆充填，累计消耗水泥约 65 吨。尽管如此，从井深 255m 位置继续下掘时，发现上部原岩石垮落范围内的混凝土井壁出现了井壁下沉、存在竖向裂缝，并且裂缝继续扩

4、大之中，严重危及到施工人员的安全，必须制定科学的方案，以便采取针对性的处理措施，进而保证工程施工的顺利进行。 2 原因分析 从现场的情况看，井壁下沉、开裂是因为井壁后的泥页岩非常软弱，遇水崩解为泥糊，崩解后泥糊具有较强的流动性，通过井壁与井底岩石之间的空隙不断涌入井筒内。泥糊在涌入井筒的过程中，一方面对井壁产生了较大的侧压力，另一方面在不断崩解井壁所依托的井底面上的泥页岩，不断扩大井壁与井底间的空隙，造成井壁悬空。 泥页岩之所以崩解，是在 250m 出现了涌水。而在井筒施工至 244m时，也曾出现少量涌水，水量约 0.4m3/h，在浇筑该处混凝土井壁时，在井壁上预留有导水管，已将涌水导出；但是

5、在井筒 250m 出现涌水后，导水管处不再发现有水流出。说明在井筒下掘的过程中，壁后的涌水通过岩缝、井壁与岩石之间的裂隙渗透至工作面。 从设计的原因看，由于最初的设计是按照不准确的地质资料而设计的，从 80m 以下都素混凝土井壁，混凝土强度不足以承受较大的侧压力；同时因为施工工艺方面的原因，井筒井壁自上而下是采用 3.7m 高的金属模板支护的，存在混凝土施工缝，一旦出现井壁悬空，就会产生井壁下沉的现象。 3 方案的制定 针对以上的原因分析，结合现场实际情况，经与业主、监理共同讨论，确定首先修改井壁支护设计方式，而后根据修改的设计内容再制定相应的施工方案。 3.1 设计修改 2007 年 8 月

6、，业主与一家地质钻探公司签订合同，委托其在地表井筒东北方向、距离井边 10m 的位置，向下施工一个工程地质孔，以摸清井筒实际地质情况，进而为设计提供准确的地质资料。至 2007 年 9 月，地质钻探公司完成了地质孔钻探工作，并提交了有关地质资料。根据地质资料显示，从 246m 开始至 342m 仍为非常软弱的土黄色泥页岩。 鉴于 80m-255m 之间的井筒已经按照原来的素混凝土支护方式完成了作业，如全部改为钢筋混凝土支护，则需要对该段井筒刷大再浇筑钢筋混凝土，所需要的时间和发生的费用是巨大的，既不经济也不合理；而出现下沉、裂缝的井壁仅存在于 246m-255m 之间，同时 238m 处的岩石

7、较为完整和稳固，也无涌水，因此设计单位对原有设计进行了修改，即从238m-343m 之间的井筒支护设计改为采用钢筋混凝土支护，并在 238m 增设一个壁座，以防止井壁的下沉。 3.2 施工方案的确定 工程是否得以按照修改后的设计顺利实施，关键在于对于不稳定岩层和涌水的处理，在矿山工程中，采取的处理方式主要有冻结法和注浆法。 根据本工程的情况，若采用冻结法处理，施工难度较小，但是冻结法所需要的设备较多，费用较高，同时工程所在地远在非洲的赞比亚，运输费用高，运输时间长，且现井筒已经完成了 250m 左右，因此是不合适的。 虽然在本段井筒的前期施工过程中，曾经采用过注浆，但是主要的目的仅仅是充填垮落

8、区域，同时井底没有封闭，没有形成封闭的空间，在注浆的过程中有浆液随泥糊流入井筒，注浆期间没有压力，故没有取得良好的效果。但是通过注浆也发现，注浆后的泥页岩的崩落开始时间由原来的 8 小时延长到 24 小时左右，在此期间完成出矸、绑扎钢筋、浇筑混凝土是完全可能的，在混凝土达到养护期后如再进行壁后注浆，则可以进一步减少工作面的涌水，下部的作业条件将有可能进一步改善，因此仍然选择注浆的方式。 总结前期的施工经验，首先要封闭井底，进行井底工作面预注浆，以密实井底裂隙，封闭泥糊、水进入井筒的通道；在封闭空间形成后，之后至下而上进行井筒壁后注浆，一方面充填垮落区域，另一方面封闭井壁后的倒水通道；最后再按照

9、修改后的设计，自上而下刷大并支护238m-255m 段井筒。 4 施工方法及步骤 4.1 井底工作面预注浆 （1）在现有井筒混凝土面以下，按照井筒掘进直径下挖 1.2m 井筒。（2）在井底浇灌 1.5m 厚混凝土止浆垫层，混凝土强度等级 C20，混凝土止浆垫层中设有单层钢筋，钢筋直径 16mm，间距 400*400mm，钢筋距井底高度 1m。在混凝土止浆垫层浇筑时预留一处积水坑，集水坑深度400mm，直径 600mm。 （3）在混凝土止浆垫层井筒中心位置预埋 1 根直径 150mm 钢管，钢管长度 2.5m，埋入混凝土深度 1.5m，外露 1m。 （4）养护混凝土止浆垫层，同时排出井底积水。

10、（5）在混凝土止浆垫层养护的同时，使用混凝土封堵 238m 以下各模混凝土接荐缝，为混凝土壁后注浆做好堵漏浆准备。 （6）混凝土止浆垫养护期满后，在混凝土止浆垫施工 1 圈井底预注浆钻孔，注浆孔开孔圈直径 7m，注浆孔间距 1m，共打 22 个注浆孔，注浆孔深度 4m，注浆孔向井筒外侧倾斜，垂直面顶角 25 度；而后在注浆孔中埋设注浆管和孔口管，注浆管埋入长度 4m。 （7）在井底安装注浆设备，对井底注浆孔进行注浆，先注单号孔，后注双号孔，当相邻注浆孔有浆液流出时，立刻停止注浆，水泥浆水灰比为 1：1，注浆终压为 5MPA。 4.2 井筒壁后注浆 （1）提升吊盘，将吊盘提升到 220m 位置。 （2）提升金属模板，将金属模板提升到 235m 位置。 （3）在井底第 1 架木模浇灌的混凝土中部施工第 1 圈注浆孔，注浆孔间距 1m，一圈共打 22 个注浆孔，注浆孔深度 2.2m。之后在注浆孔中埋设注浆管和孔口管（含球阀） ，注浆管埋入长度 2.2m。