快速注浆法在立井井筒水害治理中的应用

田文志

快速注浆法在立井井筒水害治理中的应用

田文志

介绍了在井筒施工中采用快速注浆法封堵基岩段裂隙水主要涌水通道的方法。关键词 地质构造；基岩段；井筒施工；快速注浆；堵水

1 矿井基本概况

麻家梁矿是大同煤矿集团公司新建矿井，地处山西省朔州市南部约15 km处，主井设计采用立井开拓方式。主立井设计深度602.8 m，净直径9.0 m，净断面积为63.62 m2；井口中心坐标X=4 339 423.226，Y=37 622 620.000，Z=1 203.000。主立井0 m～-380.5 m为表土段和风化基岩段，-380.5 m～-603.3 m为基岩段，其中二叠系下统山西组 (-454.2 m～-523.2 m)主要由碎屑、泥岩、砂质泥岩及K5砂岩组成。基岩段井壁设计为单层素混凝土，壁厚为600 mm，混凝土设计强度等级C35。2009年2月份施工，井筒已先后穿越了6个含水层，其中有3个较强含水层（岩性主要为泥岩、砂质泥岩及K5粗砂岩），施工进入稳定基岩段施工，含水层主要岩溶形态涌水量大小不等，富水性强，为岩溶裂隙承压含水层。

2009年9月26 日主立井井筒开凿深度为459 m时，由于受上覆碎屑、泥岩、砂质泥岩造变化和下部K5粗砂岩含水层的影响，施工探眼3个，其中1#、2#孔均无大水；4#孔开凿深度为16 m时发生了突水，水量达110 m3/h，由于水量过大，造成立井无法施工，因此岩层裂隙水治理迫在眉睫。

2 治理措施

采用快速注浆进行治理。在立井井筒施工穿越地质构造比较复杂的硬岩含水层时（硬岩层穿水点往往在构造带附近），采用掘进时使用的SJZ-6.10型伞钻，均用6台YGZ-70型风钻先打探水孔，然后在探水孔中埋设注浆枪头，埋管后既不影响止水垫的养护时间和其他辅助作业时间，又使掘进与注浆的钻孔机具一体化。为此，必须在构造带多打探眼并加大眼深，以增加探眼与涌水通道连通的机会。若无明显构造时应在倾斜岩层的上方多打探眼，但当上部含水层向下部不含水层过渡时，探眼应集中在倾斜岩层的下方。根据该矿井局部地质构造情况，不含水断层、裂隙及空洞，应适当注浆。

2.1 探眼布置及注浆方式

根据岩层的节理、层理、裂隙及断层倾向而定。一般在井筒毛径上按15°～20°俯角向外打10个探眼（眼距4 m左右），采用KQJ-100B型潜孔钻，配备φ130 mm钻头、φ70 mm可接钻杆，每根钻杆1 m，进行探水-掘进-再探水-再掘进，超前距一般40 m。如图1所示。

图1 探眼布置

为了使注浆孔穿过的裂隙多一些，以有利于提高注浆效果，当涌水量变化大时，可在涌水量大的部位适当增加探水眼数目。因短段注浆一次只注深4 m，为防止褶曲、断层或裂隙的诱导作用，在井筒中心打1个探眼，把下部水引至井中心部位，待放炮后涌出，再做集中处理。

2.2 注浆帷幕厚度的确定

掘进放炮产生的裂隙是以炮眼为中心呈辐射散开并与其他原生含水裂隙贯通的，由于采用浅眼短段爆破，周边眼应限制装药量，根据岩性及炸药能选择了煤矿许用水胶炸药0.75 kg，故爆破裂隙长度RP可按下式估算:

式中：K——相对爆力系数，K=1.9；

r——药壶半径，r=0.2 m；

Qp——周边眼装药量，kg。

为了保证堵水安全，需要使爆破裂隙长度小于注浆后形成的有效扩散范围，且应考虑2～3倍的安全系数，为此必须通过提高注浆压力来达到这一要求，所以确定采用的注浆终压一般应为静水压力的3～4倍，以确保形成安全的帷幕厚度。注浆帷幕见图2。

图2 注浆帷幕形成示意

2.3 探水注浆工艺流程

地面搅拌站搅拌好的水泥浆和水玻璃溶液通过管路或吊桶分别输送到吊盘上的储浆桶内，利用安装在吊盘上的2台2TG-60/20型双液注浆泵探眼注浆，注浆终压由注浆机控制。灌注浆管路系统见图3。

图3 灌注管路系统

2.4 浆液的选择

常规注浆时，浆液一般是先稀后浓，其目的是注稀浆以增大浆液的扩散范围；后期浓度高为了将裂隙充填饱满，避免稀浆凝固收缩后留有裂隙。快速注浆将缠苎麻的注浆枪头打入探眼后，要先注入浓浆，以防止管外跑浆，但其浓度要保证浆液能顺利注入而又不堵孔口。注浓浆时间不宜过长，以管外壁不跑浆即可；然后改注稀浆，一般调制水泥浆的水灰比是0.6∶1 或 0.8∶1，双液注入时水玻璃液 （（25～35） Be） 与水泥浆的体积比为1∶1。

3 经济和社会效益

对主井井筒泥岩、砂质泥岩和K5粗砂岩内快速注浆实践证明，所采用的注浆枪头能承受设计终压，很少出现注浆枪头脱落现象，说明注浆枪头的埋设方法是合理的。由于泥岩、砂质泥岩和K5粗砂岩渗水不均匀，出现“针眼网状”渗水层，使用水泥水玻璃双液浆则可注浆；同时，由于其内的断层或裂隙，往往使止浆液未能达到预定效果，还可以考虑浇筑简易的混凝土堵水。

快速注浆的显著特点是一次注浆时间短，因此在地质构造比较简单的硬岩中应用是比较适宜的，在复杂地层中或对于地质资料未能精确掌握的，仍应考虑全含层一次注浆方案。通过实施注浆堵水，井筒出水点从最初的110 m3/h减少到最后的2 m3/h，与前期比较，最大涌水量减少100 m3/h，月节约排水费用约46.5元多，确保了立井井筒施工安全，成效相当显著。

Application of Rapid Grouting Process in the of Vertical Shaft Construction

Tian Wenzhi

The paper introduces the use of rapid grouting process in the vertical shaft construction for controlling the water from bedrock fissure.

geological structure；rock section；shaft construction；rapid grouting；plugging

TB42

A

1000-4866(2010)04-0043-02

田文志，男，1961年出生，2005年毕业于山西太原理工大学（计算机及应用专业），助理工程师。

2010-08-04

2010-08-31