复合井壁壁间注浆的应用

马世军

(开滦(集团)蔚州公司北阳庄矿安全管理部,河北张家口 075700)

复合井壁壁间注浆的应用

马世军

(开滦(集团)蔚州公司北阳庄矿安全管理部,河北张家口 075700)

井筒冲击层段复合井壁壁间注浆的应用,可以解决长期以来困扰建井界的冲击层治水问题。为建井施工单位创造良好的施工条件,可以保证井筒施工的优质、快速、高效、安全,同时对矿井的安全生产也起到了保障作用。

井筒冲击层 复合井壁 化学注浆 单液注浆 双液注浆

井筒冲击层段当含水量较大时,大多设计采用冻结法施工。目前国内外冻结井的井壁设计基本上都是双层钢筋砼结构,从实际完工的情况看,随着冻结开化井壁或多或少都会出水,所以冻结段水的治理成了一个研究课题。

本项目就冻结井冲击层段出水进行研究,寻找一个行之有效的治水方法。治水的最常见也是最有效的方法就是注浆,但选择具体实施却有很大差异,效果也大不相同。本项目研究的主要内容是复合注浆。所谓复合注浆即是化学注浆、水泥单液浆、水泥水玻璃双液浆联合应用的一种注浆方法。具体实施要点是化学注浆控制水、水泥单液浆加固井壁、水泥水玻璃双液浆封孔。结合开滦(集团)蔚州矿业公司北阳庄矿井风井冲击层段注浆的成功案例,对复合注浆进行详细的阐述。

1 工程概况(表1)

风井井筒施工至295米位置时,在井筒167米至175米(冻结段)井壁出现四圈裂缝,水由裂缝喷出,出水量约33m3/h,随着时间的推移,上部裂缝逐渐增多,出水量也逐渐增大。为保证安全施工,决定对冻结段井壁进行壁间注浆。

2 注浆方案

2.1 注浆方案

利用凿井期间的双层吊盘作为注浆站,于出水位置布置4圈注浆孔,采用水泥水玻璃双液注浆(水泥单液浆加固,水泥水玻璃双液浆封孔)方法,从下到上进行施工。

2.2 注浆辅助系统

注浆所需要的供电、照明、通风、通讯、供排水等辅助系统,利用凿井期间原有的辅助系统,能够满足注浆要求。

2.3 注浆参数

(1)钻孔的布置。根据实际情况确定注浆总段高8米,布置4圈注浆孔,每圈平均布置18个注浆孔,在了财源滚滚圈上下间距0.5米布置,孔间距平均1.5米,孔深0.6米(打穿内井壁)。设计布置80个注浆孔,根据实际施工情况进行调整。

(2)压力计算。

表1 北阳庄矿井风井井筒设计参数表

注浆终压:Pc=Po×2=2.6Mpa

式中Pc:注浆终压,Po:静水压力

2.4 注浆设备及材料

(1)设备:打眼设备为7655风锺,注浆设备为2TGZ-210/60双液注浆泵。

(2)材料:水泥选用标号为Po42.5的普通硅酸盐水泥,水玻璃为波美度40、模数2.8-3.0。

水泥浆水灰比为1:1,水泥:水玻璃1:0.6。根据现场吸浆情况来调整浆液配比。

2.5 注浆方法

(1)注浆前准备:保证所有配套辅助系统运行完好,吊盘上杂物清理干净,把吊盘上管、线口安装上防护设施。注浆所需要的设备及材料在地面检查好,符合要求后入井。把注浆泵、清水桶、水泥浆液桶及水玻璃桶全部固定在工作盘上。接能电源、吸注浆管路、供水管路。再次检查注浆设备、管路完好后,启动注浆泵对注浆泵及管路进行耐压试验。

(2)采用7655风钻直径42mm一字型合金钻头在标定注浆孔位置垂直于井壁进行钻孔,钻孔深度为600mm,然后安装孔口管并固定牢固。接好吸、注浆管路,做测压试验,启动注浆泵对注浆点进行压水试验,检查管路系统的工作性能和浆液的扩散半径。然后配置浆液,采用单液注浆,如吸浆量大,可调整配比进行注浆或间歇注浆,压力达到2Mpa后,改注双液浆,注浆的最终压力符合设计要求后,停止注浆泵,行关闭注浆阀,打开卸压阀,再压注一定量的清水,清洗管路,随后转入下一注浆点。

待第一圈注浆完成、各注浆孔口管凝固后,将孔口管外露部分锯掉,然后转入第二圈施工。

3 实际施工情况

2012年7月6日开始注浆,从第一个孔注浆开始就遇到了困难:因为水由裂缝喷出,压力较大,不管是单液浆还是双液浆,很快就由裂缝流出,始终不上压。根据这种情况,立即修正了注浆方案,在水压较大的孔注浆时,改注化学浆,因为化学浆反应时间快,浆液进入井壁后迅速发生反应,很快就将水封住。第一孔注完三小时后,又出现了问题,原先所注化学浆由裂缝慢慢流了出来,水紧跟着喷出。分析原因为化学浆虽然反应快,起到了迅速封水的作用,但由于膨胀过大,导致强度不足,时间一长会被水压出来。据此再次调整注浆方案,先用化学浆封水,水封住后再用水泥浆加固,最后用双液浆封孔。调整后效果非常明显,各孔注浆顺利,浆液沿壁间扩散效果非常理想,最上一排孔注完后,基本上井壁所有大的出水点和裂缝都被封住,实测出水量降至1.5m3/h。2012年7月11日注浆结束,注浆共计消耗化学浆1000kg,水泥7.5t,水玻璃3t。

4 结语

对于壁间注浆而言,尤其是在出水压力较大时,通过分析各种注浆材料的性能,利用化学浆反应速度快的优点,先注化学浆封水,但考虑化学浆耐久性差,再进行水泥单液浆加固,通过调整配比,使其沿壁间充分扩散,达到堵水并加固的目的,注浆后期用水泥水玻璃又液浆封孔,即有强度,凝固期又短,便于下步施工。

利用此种方式在北阳庄矿井风井冻结段复合井壁进行壁间注浆取得了非常理想的效果,注浆结束一年后,冻结段井壁出水没有明显增大,此种注浆方式值得推广借鉴。

马世军(1981—),男,河北蔚县人,汉族,大学本科(在职研究生),开滦(集团)蔚州公司北阳庄矿安全管理部、部长,研究方向:矿业、安全工程。