红一主井井筒壁后及壁间注浆施工安全技术措施

1红一煤矿主井井筒壁后及壁间注浆施工、安全、技术措施一、工程概况中电投宁夏青铜峡能源铝业集团有限公司红一煤矿建设规模2.4Mt/a，主井井筒净直径为5.8m，井筒实际深度为478.5m，井筒均采用冻结法施工，冻结深度为412.0m。根据井筒检查孔报告分析，井筒基岩段揭露地层岩性主要为粉砂岩和页岩，岩体裂隙发育，含水丰富。对于基岩段的冻结孔，在冻结壁解冻后，冻结孔的管壁环形空间将形成上下串通的导水通道，导致井筒水量增大。因此，应及时对基岩段岩体进行壁后及壁间注浆封水加固。为此，根据安徽理工大学地下工程结构研究所对主、副、风井壁后深孔注浆封水和壁间夹层注浆封水方案设计编写此措施。二、工程地质及水文条件1、工程地质条件根据井筒检查孔资料和基岩段施工实际揭露岩性分析，揭露地层属于石炭系土坡组(Ct)，岩性主要以页岩和粉砂岩为主，下部以灰黑、黑色页岩为主，揭露段岩性完整性较差，岩体较破碎，裂隙发育。各种岩性的岩石抗外力和抗变形能力一般，易坍塌，遇水易软化，为不稳定~弱稳定性岩体，工程地质性质较差。裂隙可能连通上下含水层，形成上下含水层的通道，富水性强、导水性好。2、水文条件红一矿井田内无常年性地表水体，分析认为地表水对井筒的充水影响不大。古近系含水层、石炭系土坡组砂岩含水层对井筒充水影响较大。冻结壁解冻后，随着2马头门巷道不断掘进和硐室的开挖，掘进对上部裂隙岩体造成的多次扰动可能会使上下含水层之间水力联系加强，承压水通过导水通道和裂隙会造成掘进工作面涌水量增大，进而对巷道掘进造成影响，造成大的损失。通过井筒检查孔和施工资料分析，冻结壁解冻后，冻结孔、管环形间隙导水以及基岩段井筒和马头门渗、漏水的威胁主要来自古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层和石炭系土坡组砂岩裂隙孔隙含水层，古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层为中等富水性，石炭系土坡组砂岩裂隙孔隙含水层为弱富水性。根据红一矿提供的资料，主井根据现在预计涌水量2.6m3/h，涌水量均较大。三、主井壁后深孔注浆方案.1注浆段高及注浆范围由主井冻结孔布置平面及剖面图：1、2可知，采用全深冻结时，外圈单号孔共有19个冻结孔达到深度为412.0m，其中位于双层井壁壁座和马头门之间共有10.0m，冻结孔离井壁内缘设计距离为6.05m，开孔间距为2.993m。3Z3Z5Z7Z9Z11Z13Z19Z27Z29Z31Z33Z35Z37R3000R9050Z1Z3Z7Z9Z11Z13Z15Z17Z21Z23Z25N图：1主井外圈冻结管分布图（孔深412m）4图：2主井冻结孔剖面图（1）第一注浆段主井冻结孔深达到412.0m，其中位于双层井壁壁座和箕斗装载硐室之间共有17m。确定注浆段高为17m，从+802m~+785m。为有效封堵冻结孔、管环形间隙，注浆孔深应超过外排冻结孔一定范围，确定注浆孔深为8m，如图：3所示。共布置5排注浆孔，每排布置8个孔，共布置40个孔，上下排错孔布置，如图：4所示。孔口管选用Φ42×5mm长无缝管，长度为800mm。5图：3主井壁后注浆段高及注浆范围示意图6图：4主井壁后注浆孔布置平面图（第一注浆段）（2）第二注浆段确定注浆段高为60m，从+785m~+725m。注浆孔深为8m，如图4所示。共布置11排注浆孔，每排布置6个孔，如图：5所示；7图：5主井壁后注浆孔布置平面图（第二注浆段）由于箕斗装载硐室处岩性较好，锚网喷加锚索支护效果较好，考虑箕斗装载硐室侧墙注浆架设脚手架不便，改为从箕斗硐室两侧每排补打2个钻孔完成壁后注浆，以加固围岩。其平面布置示意图如图：6所示。图：6箕斗装载硐室补打注浆孔示意图主井注浆材料选择、注浆压力和孔口防突装置同风井注浆方案。第一注浆段采用上行式注浆方式；第二注浆段采用下行式注浆方式。2注浆量（1）第一注浆段注浆量估算8水泥浆液注浆量采用下式子进行估算：V=π（R扩2-r2)H注·n·β/M式中：V——预注入浆液总体积，m3；R——浆液平均扩散半径，孔深8m+井筒半径3m=11m；r——井中至井筒外壁的距离，3.6m；H注—注浆段高；n——受注浆岩石平均裂隙带，取受注体积的4%；β——有效充填系数，取0.9；M——浆液结石率，取0.85；经计算，累计需注入浆液体积为244m3。本次预注浆主要以单位水泥浆为主，少量使用C-S双液浆，预计水玻璃占总注入浆液体积的5%，则：单液浆体积为：V单=V总×95%=244×0.95=232m3水玻璃的体积为：V双=V总×5%=244×0.05=12m3单液水泥浆水灰比平均按0.75:1计算，则需P.O42.5普硅水泥216吨。水玻璃按40Be计算，共比重为1.32，则需水玻璃的重量：GS=VS×1.32=12×1.32=15.8(t)实际材料消耗量应根据现场注浆效果进一步确定。（2）第二注浆段注浆量估算9水泥浆液注浆量采用下式子进行估算：V=π（R扩2-r2)H注·n·β/M式中：V——预注入浆液总体积，m3；R——浆液平均扩散半径，孔深8m+井筒半径3m=11m；r——井中至井筒外壁的距离，3.6m；H注—注浆段高；n——受注浆岩石平均裂隙带，取受注体积的4%；β——有效充填系数，取0.9；M——浆液结石率，取0.85；经计算，累计需注入浆液体积为862m3。本次预注浆主要以单位水泥浆为主，少量使用C-S双液浆，预计水玻璃占总注入浆液体积的5%，则：单液浆体积为：V单=V总×95%=862×0.95=819m3水玻璃的体积为：V双=V总×5%=862×0.05=43m3单液水泥浆水灰比平均按0.75:1计算，则需P.O42.5普硅水泥764吨。水玻璃按40Be计算，共比重为1.32，则需水玻璃的重量：GS=VS×1.32=43×1.32=56.8(t)实际材料消耗量应根据现场注浆效果进一步确定。10四、壁后深孔注浆工艺及注意事项注浆作业按照以下顺序进行：造孔—安装孔口管—安装防喷装置—延伸造孔—试压—浆液制作—注浆。注浆作业及劳动组织：（1）注浆准备:基岩段深孔注浆，基岩段堵水时，造浆站布置在吊盘上，在吊盘上安放一台注浆泵、一个水玻璃桶和一个清水桶。水泥浆、水玻璃通过造浆站经注浆泵对井壁进行注浆。基岩段加固时，造浆站设在地面，由JS-500搅拌机拌浆，沿风水管路安设Φ32mm高压管路。水泥浆液经D90注浆泵沿Φ32mm高压管路井壁壁间注浆。在施工时必须把吊盘调平，四周应用木楔楔紧。在吊盘提到施工位置时，吊盘上的两个提升孔采用套壁时用的盖门密封，吊盘外沿与井壁之间的间隙用50mm厚木板封闭，损坏的木板要随时更换，待吊盘提升时把木板去掉。在箕斗硐室施工时，采用架子管与50mm厚木板搭设工作平台，木板与架子管之间用铁线绑扎，并且牢固可靠。木板应与吊盘用铁丝绑牢，保证木板与井壁密闭，无缝隙。确认安全可靠，能经受风钻的冲击，方可进行打孔。在井壁上按照设计用YT28型风钻，用Φ42mm“一字”型钻头打眼，要求钻孔平直不变位；孔打好后要立即用清水冲洗干净，孔口管选用Φ42×5mm长无缝管，长度为800mm，一端50mm外扣，另一头为400mm马牙扣，马牙扣一端缠上生麻，用风钻配合顶具或用大锤打进钻孔内，保证锚固力，然后安装高压球阀门，安装混合器，并连接输浆管路系统，安装完后检查连接是否正确。注浆系统形成后，必须对注浆泵和整个管路进行试运转及耐压试验。每次注浆前，应先测静水压力，然后用清水作压水试验，以便检查注浆管的止浆效果及周围井壁的情况。（2）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。11（3）清水试压管路连接好后，要关闭进浆阀门，打开各管路阀门，开泵用清水试压，标准为注浆终压的1.5倍，持续10~15min，无漏水为合格。（4）测定静水压力用压力表测定注浆孔出水压力，根据测定的水压力确定注浆压力。（5）浆液操作要求①注浆前按选定的配比配制浆液②注浆前对管路系统连接及通讯系统检查，管路连接准确，通讯通畅。③水泥-水玻璃双液浆注浆时，先开水玻璃泵，后开水泥浆泵，停泵时则相反，以防止管路堵塞。④经常观测进浆量，防止管路堵塞。注浆时设专人观察压力变化和检查管路是否通畅，如发现堵塞应停泵处理。⑤注浆时由专人记录浆液消耗量，注浆时间及注浆压力等数据。⑥注浆过程中设专人严密监察井壁状况，发现异常立即停止注浆，果断处理并及时汇报。⑦正常注浆施工过程中，工作面作业人员要经常打开泄浆阀，观察进浆情况，严防进浆阀堵塞，避免压力达到设计要求后，不能及时泄压。⑧注浆结束后及时清洗注浆管路。⑨封孔采用双液浆，切实做到填满捣实绝不留后患。⑩注浆时，如果单孔吸浆量少，或浆液无法有效注入，有可能是冻结壁还未完全解冻，裂隙未完全通畅，此时应关闭该孔高压球阀，改注其它孔，待完全解冻后再行注浆。（6）注浆结束标准12当达到终压时，即注浆结束；注浆孔不进浆，则注浆结束。注浆达到终压时,吸浆管即放入在清水中,关闭进浆阀,打开卸压阀,用清水冲洗管路及注浆泵。（7）为提高注浆造孔成功率，避免在井壁上留下过多废孔，建议采用钢筋探测仪对钢筋位置进行探测定位，造孔时避开钢筋。为有效封堵冻结孔的管、壁环形间隙，注浆孔深应超过外排冻结管一定范围，结合注浆封水设计理论和冻结孔钻孔偏斜情况，设计本次注浆孔深为8m。（8）施工工期根据风井注浆造孔数目以及注浆范围，预计主井壁后深孔注浆工期为30天。五、壁间夹层注浆方案壁间注浆的目的在于充填内、外层井壁之间存在的空隙、外层井壁接茬缝和内壁可能存在的施工缝，确保冻结段双层井壁范围内无涌漏水现象。1、壁间夹层注浆时间选择近年来，随着快速建井技术的发展，在深厚冲积层冻结法凿井中，多采用多圈孔冻结和信息化冻结技术，实现少挖冻土的快速施工技术，在内层井壁套壁施工时，混凝土浇筑处壁间已没有冰霜存在，内外壁间混凝土相对接触实密、空隙有限，在套壁后一段时间，当壁间夹层回归正温，在冻结壁没有完全解冻，内外层井壁没有发生力学变形，如果过早注浆，这时浆液扩散不畅，注浆量小，甚至难以注进浆液。为此，本项目组对这一技术难题进行了研究，并通过对淮南矿区的顾桥矿南区，谢桥矿、潘一东区等矿井注浆情况的实时情况，发现不同注浆时间的选择会对注浆效果产生很大影响，因此，对于红一矿主井，由于该井在外壁施工中曾出现过混凝土压坏现象，该井可在壁后深孔注浆既对壁间夹层进行注浆。132、注浆方式注浆应采用上行式，由下往上分段进行，一段高为30m左右。如内层井壁出现漏浆，则采用双液浆封堵、缩小段高和间歇注浆等措施。每段注浆孔应沿内壁圆周均匀布置，原则上采用原预留注浆孔。每排一般为4-6个孔，上下排注浆孔位应交错布置，即上排孔中的任一孔应在下排孔相邻两孔的垂直平分线上。孔深应穿透夹层，进入外壁深度不得大于50-100mm，严禁穿透外层井壁；每次注浆必须先钻完上下两排注浆孔，当下排注浆孔注浆时，上排孔注浆孔作为观察孔，观察出浆情况，并依此调整注浆参数，分析每段注浆效果；每段注浆前应先注清水冲洗夹层与井壁间空隙，待水路畅通后方可正式注浆。3、注浆材料及参数注浆材料为水泥、水玻璃。应以水泥单液浆为主，当发现吸浆量较大时，或注浆即将结束时，亦可采用水泥、水玻璃双液浆；水泥浆配合比为水泥：水=1：1；双液注浆水泥浆与水玻璃的体积比宜为：1：0.6~0.8，最大不得超过1：1，水玻璃浓度应选用40Be；注浆压力宜控制在1.0~2.0MPa；当顶水注浆时，注浆压力宜控制在1.2~1.5倍水压，但必须控制在井壁设计承载力内。钻孔吸水及浆液配比对照表初始浓度（水灰比）每立方浆液水、灰用量（㎏）浆量（m3）水水泥2﹕19004501.0501.5﹕18255501.0081.25﹕18126501.0291﹕17507501.0000.75﹕17129501.029144注浆工艺水泥浆可事先在井口用机械或人工搅拌好，再用吊桶送入井下。双液浆在吊盘上随注随配。注浆时，先用清水冲洗夹层空间，疏通注浆通道，借此掌握空间大小，为确定注浆压力和注浆量提供依据。一孔注浆，同排其它孔暂时关闭。若压力和浆量无异常变化，可进行正常注浆，待上排孔返浆时，停止注