亭南煤矿风井井筒注浆施工技术

庞广峰，张家乐中煤第三建设（集团）有限责任公司三十六工程处

亭南煤矿风井井筒注浆施工技术

庞广峰，张家乐中煤第三建设（集团）有限责任公司三十六工程处

为了保证亭南煤矿风井井筒的稳定性，减少井筒的涌水量，在对研究区工程概况和水文地质分析的基础上，对亭南煤矿风井井筒进行注浆加固，最后对加固效果进行了检验。注浆深度范围为-226.6～-566.315m，注浆完成后，经检验井筒涌水量从197m3/h降至5.6m3/h，达到设计要求，符合验收规范。

注浆；涌水量

1 研究区概况

1.1 工程概况

亭南井田位于陕西省彬长矿区中部，地处咸阳市彬县、长武县接壤地带，行政区划隶属于咸阳市长武县亭口镇管辖。回风立井井口地面标高+1101.6m，井底标高+402m，净直径为7m，深度为699.6m。洛河组为主要含水层，位于-226.6～-566.315m，共, 339.715m。

1.2 水文地质

该井筒揭露地层中主要含水层为洛河组砂砾岩含水层，抽水试验涌水量Q：6.003（l/s），单位涌水量q：0.2985（l/s·m），渗透系数K：0.09783（m/d），富水性中等。另外，井筒复内壁前涌水量为197m3/h，复内壁后涌水量为142 m3/h。

2 注浆方案设计

由于该井筒为普通法施工，井筒涌水量达到197m3/h，过含水层施工外壁时，该段井壁混凝土强度偏低，有些部位不足以抵抗静水压力，井壁涌水点很多，为了保证内壁质量，本次注浆分两步走：第一步，没有复内壁前，在外壁比较集中的涌水部位用风锤造孔泄水泄压，在孔内埋设Φ42mm×800mm×4.5mm孔口管（无缝钢管制作），孔口管进入外壁300mm，外露30mm～50mm，埋设完孔口管后，利用注浆方法把孔口管周围的出水点逐步封堵，使涌水从孔口管集中导出，待涌水全部从孔口管导出后，开始施工内壁，施工内壁时，每遇到导水孔口管时，在模板上切割一个孔口管直径大小的洞，使孔口管穿过该洞把涌水引到内壁以外，虽然施工速度慢了点，但足以保证内壁质量；第二步，复内壁结束后，先自下而上造排孔注浆充填内壁和外壁之间的空隙，然后再自下而上造排孔注浆充填外壁于岩石之间的空隙，最后再自下而上针对集中出水点进行封堵，结束注浆。

2.1 注浆方式及工作盘布置

根据井筒施工现状情况，利用下层吊盘作为注浆工作盘，注浆浆液采用下吊盘现场搅拌，使用风锤凿孔预埋注浆管，下吊盘安设注浆泵。先采用上行式壁间充填注浆，再采用上行式壁后充填注浆，浆液均以单液浆为主，充填时出现漏浆时，以水泥—水玻璃浆双液浆作为辅助浆液，两次上行式注浆结束后，再采用下行式找出水点复注水泥—水玻璃双液浆封堵涌水。

2.2 注浆分段如下

采用上行式注浆时，壁间注浆时，孔深以穿过内壁100mm为宜，壁后注浆时，孔深须穿透外层井壁300mm。各水平分别沿井壁一周均匀布注浆孔8个，壁间注浆孔和壁后注浆孔各4个，交叉布置。相邻两排注浆孔应错开布置，呈“梅花状”。

2.3 注浆管的制作

注浆管采用Φ42mm×450mm×4.5mm和Φ42mm×750mm× 4.5mm无缝钢管制作，一头车马牙扣，一头车30mm丝扣，注浆管用麻绳丝缠绕，打入孔内，外露长度不得大于30mm～50mm。

2.4 浆液的配制

本次注浆采用单液水泥浆和水泥—水玻璃双液浆。其应用原则是以单液浆为主，水泥—水玻璃双液浆为辅，浆液采用先稀后浓的原则，水灰比为1：0.6～0.6：1，水泥浆与水玻璃体积比控制在1：0.3～1：0.6范围内，水泥选用P.O42.5R普通硅酸盐水泥。

2.5 壁间注浆压力的确定

P`--井壁材料允许抗压强度（MPa）；

E--内壁厚度m；R0--井筒净半径m；n--安全系数，取n=2

表1 井壁允许承压情况

根据以往注浆经验，为防止井壁被破坏，各段壁间注浆最大压力不得超过3.1MPa。

2.6 壁后注浆压力的确定

（1）注浆初始压力

Pa=Po+0.1

Po—注浆点静水压力，H/100，Mpa

正常注浆压力Pb=Po+0.3

注浆终压Pc=Po+0.5 Mpa

取注浆终压Pc为注浆点静水压力的2倍。

（2）压力对比

井壁混凝土为C55，其强度不小于58.1MPa为合格；则注浆压力大小对比为Pa＜Pc＜58.1MPa。

3 注浆

3.1 施工准备

（1）加强稳车、绞车检修工作，确保施工期间运转正常。

（2）利用下层吊盘作注浆施工的操作平台，下层吊盘四周焊制围栏确保人员安全。

（3）通讯、信号、照明、动力电缆沿吊盘绳布置。

（4）提升选用一台3.5米绞车提升和一台3米绞车提升，分别采用4m3吊桶和3m3吊桶，进行下料和人员升降。

（5）注浆使用袋装水泥，水泥入井后必须放置在没有淋水的地方。水泥放在吊盘上必须使用防水雨布进行覆盖，以防淋湿水泥，影响注浆质量。

3.2 注浆技术要求及参数

注浆施工总体采用先上行后下行式的方法，分水平作业。个别涌水较大部位必须增加孔数或缩短水平间距。

注浆材料：以水泥单液浆为主，水泥—水玻璃浆为辅的注浆方式。

注浆孔设计：注浆孔布置为梅花布置，层间距为5m，孔距为2.75m，每圈8个孔。

孔深：壁后注浆孔深1050mm。壁间注浆孔深550mm,超过内壁100mm。

3.3 造孔

（1）造孔深度、孔口管选择

井筒为双层钢筋混凝土结构，1#壁座以下2#壁座以上为双层井壁段，该段设计壁厚内壁450mm，外壁300mm。造孔深度壁后注浆孔深1050mm。壁间注浆孔深超过内壁550mm。注浆管在井筒内外露井壁的长度为30～50mm。

孔口管采用Φ42×4.5mm无缝钢管，壁后注浆管长750mm，壁间注浆管长450mm，一端加工30mm丝扣，能与变头相连接，另一端加工成马牙扣。

（2）造孔步骤、孔口管安装

造孔选用YT-28型风动凿岩机，用Φ42钎头钻进（与孔口管相匹配），钻至设计深度。孔口管马牙扣端外壁用麻丝反复缠绕后，然后用大锤将带有保护管丝的孔口管撞入孔内，装上注浆阀门后，连通注浆管路，进行清水试压。

3.4 注浆材料，浆液种类及配比

本次为壁后充填及封水注浆，以单液水泥为主，双液浆为辅。

具体使用：液浆的配合比要根据施工进展及涌漏水情况确定，注浆水泥和水玻璃在注浆之前必须做原材料复试。浆液浓度要根据进浆状况、调整清水试压结果而定。根据注浆压力、注浆泵量来调整浆液的水灰比。调整浆液配比的情况如下：

（1）根据压水泵量，选择浆液的起始浓度，一般水灰比为1：1。

（2）当压力不变，连续注入2小时左右，浆液可调浓一级，当注浆最后用的水灰比为0.6：1或其他配比时，根据实际情况可适当延长注入时间，尽量满足注入量要求，必要时再提高浆液浓度。

（3）注浆压力缓慢上升，吸浆量逐渐减少，可视为正常，达到注浆终压、终量和一定注入量时，保持20－30分钟可结束注浆。

（4）注浆结束标准

1）注浆压力达到规定的注浆终压，保持20－30分钟。

2）注浆泵量小于20L/min。

3.5 注浆准备

（1）管路和混合器安装

准备注浆孔，安装阀门，安装混合器，并连接输浆管路系统，安装时防止连错。

（2）清水试压

管路连接好后，要关闭进浆阀门，打开个管路阀门，开泵用清水试压。标准为注浆终压的1.2倍，持续10～15min，无漏水为合格。

（3）测定静水压力

用压力表测定注浆孔出水压力，根据测定的水压确定。

3.6 注浆流程及设备

造孔——安装孔口管——连接注浆管路——清水试压——浆液制作——注浆，本次注浆泵选用2GTZ-210/105型高压双液注浆泵两台，存放清水、水玻璃桶各一个、水泥浆桶三个。

4 结论

结合亭南煤矿风井井筒的工程地质和水文地质情况，并依据以往的注浆经验，为防止井壁被破坏，各段壁间注浆最大压力不得超过3.1MPa。通过8天的外壁注浆导水，复完内壁后，又经过27天的壁间、外壁充填，涌水封堵，涌水量由197m3/h降至5.6m3/h，达到设计要求，符合验收规范。

[1]注浆施工手册.北京：煤炭工业出版社，2013.

[2]建井技术.北京：煤炭工业出版社.

庞广峰（1972-），男，安徽合肥人，高级工程师。