1、地面预注浆技术在立井井筒施工中的应用摘要：随着社会的发展与进步，地面预注浆技术在立井井筒施工中的应用越来越广泛。本文主要介绍地面预注浆技术在立井井筒施工中的应用的有关内容。 关键词地面预注浆；立井井筒；施工技术；应用；质量； 中图分类号：U443.15+4 文献标识码： A 文章编号： 引言 沁城煤矿, 设计生产能力 9.0M t / a, 立井开拓方式, 设主、副、风 3 个井筒。井筒采用冻结法和地面预注浆法施工, 其中主、副井筒施工采用冻、注、凿平行作业的“三同时”快速建井新工艺。井筒检查孔揭露的地层自上而下为第四系、第三系、二叠系上石盒子组; 其中二叠系上石盒子组地层以粉砂岩为主, 泥岩
2、、砂岩次之。主、副、风井筒检查孔穿过的新生界松散层厚度分别为 219.75, 218.15, 221.50m; 风氧化带厚度分别为 93.10, 64.90, 88.35m。井筒下部穿过 3 条逆断层( F06-4,F 06- 7, F 06- 8 ) , 井检孔取心岩石有不同程度的挤压破碎等现象。3 个井检孔含( 隔) 水层划分见表 1; 根据试验确定的井筒涌水量分别为主井 50m3/ h, 副井 96m3/ h, 风井 62m3/ h; 井筒工程地质条件与水文条件较为复杂。 表 1 基岩段含、隔水层划分 一、地面预注浆技术的基本特征 用注浆法堵水，已成为矿井建设中战胜地下水害的有效方法。在
3、井筒开凿之前进行的地面预注浆，其目的就是在井筒周围形成封闭的隔水帷幕，将井筒涌水量降到最低限度，从而实现打干井，改善井筒作业环境，为建井工程安全和快速施工创造条件。 我国地面预注浆技术自 1958 年诞生以来，已在 70 多个井筒中运用，为发展煤炭工业起到了较大的作用。几十年来，地面预注浆技术不断发展，注浆孔由原来的 10 多个、甚至 20 多个，减少到 6 个;注浆深度从50200m，增加到 750m;各种专用注浆设备不断配套完善;定向深井注浆技术取得重大成果，使我国注浆技术上了新台阶，实现了上部掘进与下部注浆的平行作业，扩大了注浆技术的应用范围。 我国地面预注浆技术一直是以水泥为注浆材料，
4、采用分段下行式注浆工艺。这样，就存在着两个突出间题:其一，工期长。由于每一注浆孔段均需注浆多次，下塞、压水、注浆、提塞、扫孔、养护各工序重复出现，特别是扫孔等耗时多，使得钻机台月钻注效率仅为 100m 孔/月;其二，成本高。采用水泥注浆，水泥用量大，我国地面预注浆平均每米井筒水泥注入量为 8-14t,最高者达 30t，加之下行式重复钻注耗时长，使注浆工程成本更高。 二、地面预注浆设计与施工 2.1 总体施工方案 根据煤矿总体建设安排, 主、副井筒施工采用“三同时”施工工艺, 注浆分为内圈直孔段和外围 S 孔两期工程; 风井井筒采用全直孔注浆。各井筒地面预注浆主要技术参数见表 2。 表 2 井筒
5、地面预注浆主要技术参数 2.2 浆液配制 注浆采用单液水泥浆和粘土水泥浆( CL-C) 。岩冒段（岩冒段注浆，岩冒的建造质量,对下部井筒基岩段的注浆 起到关键作用。 ）和破碎层位、硐室群等处加固采用单液水泥浆, 水灰比为 0.6：1 1.25：1; 浆液中加入食盐和三乙醇胺作为早强剂, 加入量分别为水泥重量的 1/1000 和5/10000。基岩堵水注浆段采用粘土水泥浆, 配制时原浆容重为 11.3 12.5kN/m3, 粘度为 16 20s; 水泥用量为 100 300kg/ m3, 水玻璃用量为 10 40L/ m3; 成浆容重为 12.5 13.5kN/ m3, 粘度为 24 70s。浆
6、液配制采用 42.5R 水泥, 模数 3.0 3.4、浓度 38 40Be 的水玻璃和塑性指数 10 25、含砂量小于 5% 的粘土。注浆时根据岩层、压水等情况调整浆液配比。 2.3 注浆深度、段高划分与注浆方式 为了更好地与冻结段施工配合, 各井筒注浆段起始深度高于冻结段底部 10 20m, 终止深度超过井筒底部 10m。主、副井筒 S 孔段为消除定向斜孔轨迹误差, 保证注浆堵水效果, 与直孔段重合 10 20m。 注浆段高划分要遵循针对性、特殊性及一致性的原则, 并结合含水层位置、厚度等水文地质条件, 综合考虑井筒平行掘进等因素来进行。沁城煤矿主、风井筒注浆段划分为 7 段, 副井井筒划分
7、为 9 段, 段高 40 70m。注浆施工基本上采用下行式注浆方式; 个别注浆孔在遇到破碎层位出现坍塌时, 注浆段高适当缩小, 逐段处理, 向下延伸。复注和硐室加固时, 以上行式注浆为主, 段高根据需要, 适当调整。 2. 4 浆液注入量设计 浆液注入量根据各注浆段岩石裂隙率、浆液扩散半径、浆液结石率等参数确定, 计算公式如下: 式中: A 为浆液消耗系数 ; R 为浆液扩散半径 , R=/ 2+ r ; 为注浆圈径; r 为浆液有效扩散半径;i 为注浆段长度; Gi 为岩层裂隙率; i 为充填系数; m 为浆液结石率; n 为注浆段数。 主、副、风 3 个井筒粘土水泥浆设计单位井筒注入量分别
8、为 20, 23, 22m3。对于破碎地层和酮室群位置，则在粘土水泥浆浆液量之外单独设计单液水泥浆进行加固。3 个井筒加固层位单液浆注入量分别为 804, 1 196, 659m3。 2.5 注浆压力与注浆结束标准 岩帽段注浆终压设计为静水压力的 1.52.0 倍，基岩段粘土水泥浆注浆终压设计为静水压力的 2.03.0 倍。注浆压力达到设计终压并稳定20min 以上，粘土水泥浆注浆终量为 181245 L / m in 时，方可结束注浆。施工过程中，根据井简地层裂隙沟通性差、注浆前压水压力较高等实际情况，对注浆终压进行了适当调整。即在有含水层的重点注浆段，注浆终压取高值或提高 1MPa。如 3
9、 个井简的最后一个注浆段，注浆终压分别达到了 18.0, 18.8, 18. 8MPa。 2.6 特殊地层施工技术措施 (1)煤矿 3 个井筒冻、注交叉部位处于弱风化基岩段, 也是井筒壁座的设计位置, 因此对岩帽注浆采取了加大段高、增加注入量和间歇复注等措施。3 个井筒岩帽注浆设计段高分别为 20, 10, 20m; 单位注 入量分 别达到了 48, 70,52m3; 单孔平均注浆次数为 5 次。 (2) 井筒地面预注浆工程设计日趋精细化, 除堵水功效外, 其加固围岩的作用也逐渐被重视, 因此对于井筒检查孔揭露的破碎层位和井筒硐室群位置, 设计注单液水泥浆进行加固。此外由于井筒穿越的断层属于逆
10、断层, 注浆孔钻进时, 钻孔坍塌情况并不严重, 因此施工时先按设计主要使用粘土水泥浆进行注浆, 复注则使用单液水泥浆。对于个别钻孔塌坍严重的地段, 则采用小段高钻进揭露, 调整泥浆性能护孔, 用单液浆先行加固,反复养护、扫孔、注浆的方式进行处理; 待孔壁稳定后, 再按设计分段注粘土水泥浆, 复注时再注入一定量的单液浆。注单液浆时, 以小泵量、高压力结束, 确保地层加固效果。 三、注浆质量检查要点 (1) 注浆孔偏斜和注浆帷幕交圈 施工时应将钻孔轨迹控制在设计允许范围内, 以保证注浆有效帷幕厚度达到设计要求。主、副、风 3 个井筒注浆钻孔偏斜均小于规范要求, 形成的注浆有效帷幕厚度均满足堵水要求
11、。 （2）注浆量和注浆压力 每一注浆段结束时，浆液注入量、终压、终量都必须达到设计要求是确保注浆堵水质量的重要保证。主、副、风井筒浆液注入量分别为 13 548. 8, 14 511 和 14 327.7 m3 ,超过设计注入量的 10%一 15%;同时对重点含水层和特殊层位还进行了加强和加固注浆。各段复注注浆压力均超过 2. 5 倍的静水压力，重点注浆段达到了 3 倍静水压力，均满足设计要求。 (3)压水试验 各井筒直孔段和 S 孔段注浆结束时，都选择最后一个注浆孔作为压水试验检测孔进行质量检查和堵水效果评价。压水时，根据钻孔注浆段长度，分为 1 2 个压水段，每段压 3 个点，每个点压力稳定时间20min。 主、副、风 3 个井筒根据压水试验结果预测的井筒剩余涌水量分别为 2 82,3.76, 0.18m3/ h，均达到了施工组织设计要求。 结束语 总而言之，地面预注浆技术是治理立井井筒基岩含水层的有效方法, 能够基本上消除掘进工作面突水、大涌水量等隐患, 为井筒施工创造良好条件, 从而达到降低施工风险, 缩短建井工期, 节约建设造价的目的。参考文献 1刘兴浦, 张著超. 建井工程手册 ( 注浆法施工) M . 北京: 煤炭工业出版社, 2011. 2刘春晖.我国井筒地面预注浆技术的发展方向. 煤炭科学研究总院北京建井研究所.2010
