立井井筒施工综合防治水技术研究与应用李彬--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

立井井筒施工综合防治水技术研究与应用李彬

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第5期作者：李彬

[导读] 摘要：安徽金黄庄煤矿风井地质条件非常复杂，砂岩含水层多，含水量大，严重威胁施工安全，影响施工速度和质量。

        山东华新建筑工程集团有限责任公司山东新泰 271219
        摘要：安徽金黄庄煤矿风井地质条件非常复杂，砂岩含水层多，含水量大，严重威胁施工安全，影响施工速度和质量。经过多方研究和现场实践，采取了综合防治水技术，分段进行工作面探水注浆与壁后注浆，及时地封堵了突水裂隙，成功地消除了安全隐患，取得了良好的效果。
        关键词：立井井筒；砂岩含水层；防治水；工作面预注浆；壁后注浆
        1、工程概况
        安徽金黄庄矿业有限公司设计生产能力0.45Mt/a，采用立井开拓方式，布置主、副、风三个井筒，其中风井井筒设计垂深698 m，净直径5.5 m，表土段及风化基岩段采用冻结法施工，基岩段采用普通钻爆法施工。该井筒基岩段地质条件特别复杂，自上而下主要穿过二叠系上统石千峰组、上石盒子组、下统下石盒子组、山西组。砂岩含水层多，且含水非常丰富，含水层纵向裂隙发育，断层构造带影响，致使含水层大量涌水，井筒深，高静水压、微裂隙多，水患威胁巨大。在施工过程中发现，实际揭露的水文地质资料与地质报告提供的数据出入较大，远远大于预计的涌水量。风井井筒基岩段掘砌过程中，共穿越砂岩含水层35层，厚度一般在3-10m之间，最厚达21.99m，二叠系上统上石盒子组底界面为奎山砂岩，是主要的含水层。根据估算，含水层总涌水量可高达650m3/h，因此必须采取可靠的防治水技术措施，来消除水患威胁，保证安全生产。
        2、施工方案
        针对该井筒所穿地层的特点，自上而下都赋存含水层，且水文地质不稳定因素多，同时考虑施工期间的排水能力，经过多方研究，为了确保安全生产，避免突水事故的发生，决定对井筒基岩段全部采取先探后掘的施工方法，连续分段对井筒工作面进行探水注浆施工，适时壁后注浆。所采取的综合施工技术方案为：
        完善排水设施——分段工作面探水注浆——分段壁后注浆——全井筒壁后注浆
        3、施工方法
        3.1完善排水设施
        井筒进入基岩段施工前，为了加强防治水安全措施，必须完善排水设施。根据井筒内各管线和吊盘的布置特点，跟随吊盘下放敷设一趟Φ108mm×6mm的无缝钢管作为排水管路，用一台2JZ225/1000型凿井稳车悬吊，随悬吊钢丝绳敷设一路3×75+1×25电缆，在吊盘中层盘安装一台DC50-80×10型卧泵、配1.5m3水箱，电机功率250Kw，另备有同型号卧泵4～5台、电机一台。需要开泵时工作面涌水通过风泵排至吊盘水箱，再通过吊盘卧泵将水排至地面。卧泵排水量50 m3/h，加上提升吊桶的排水能力，综合排水能力可达80 m3/h。
        3.2分段工作面探水注浆
        根据基岩段及含水层层位赋存情况，结合探水钻具的工作能力和有效注浆效果，将每段注浆段高确定为60～65m，每段掘进段高定为50～55m，每段预留隔水岩冒10m，同时迎头停头位置还必须距下一个含水层不少于10m。
        （1）设备选择及布置：为加快钻进速度，提高工作效率，选用全风动高压冲击式潜孔钻机，钻杆直径Φ50mm，冲击器Φ90mm，钻头直径Φ90mm/Φ130mm，注浆泵选用KJZ-60/210型双液注浆泵，注浆孔口管为φ108mm×6mm无缝钢管、管长4～5m。每次注浆时，在止浆垫上安设钻探工作平台，其上放置钻具、钻机操作台，注浆站布置在吊盘下层盘，地面井口设浆液搅拌站，浆液利用吊桶提松。
        （2）注浆材料：注浆主要采用水泥单液浆，水泥—水玻璃双液浆封孔。水泥选用P.042.5R普硅酸盐水泥，水玻璃浓度为40°Be；针对特殊地层采用化学浆注浆，主要材料为：DHN-3改性脲醛树脂胶和草酸。
        （3）止浆岩冒与止浆垫：工作面探水注浆前应施工混凝土止浆垫，一般采用预留岩帽与浇注混凝土相结合的方式。岩帽厚度一般控制在10m左右，岩性多为起隔水作用的砂质泥岩或泥岩。止浆垫采用C30混凝土浇注，厚度不超过2m，浇注时要振捣均匀，表面平整，以利于其上安装工作平台。
        （4）注浆有关参数确定
        Ⅰ.探注段高：根据施工经验，参考潜孔钻机的钻孔深度和注浆泵流量、浆液沉淀速度等参数，确定注浆有效段高60～65m，掘砌段高50～55m。
        Ⅱ.钻孔倾角：钻孔倾角按下式计算
        α=tg（E＋M＋A）/H
        E：为永久井壁厚度，m。
        M：为终孔位置超出荒径的距离，考虑放炮松动圈影响,岩层空隙率及注浆交圈效果，对井筒取一般3.5 m。
        A：开孔位置距井帮距离，为方便施工一般取0.3m。
        H：钻孔深度，m。依据探注段高确定。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        Ⅲ.布孔：根据含水层涌水量情况，一般均匀布置12—16个钻孔。为了加快施工速度，减少相互影响，布孔时分单双号施工，先期均匀布置施工单号孔，在单号孔钻注过程中，见机布置其余双号孔。全部钻孔钻注完毕后，结合探注期间所揭露水文情况，施工1～2个检查孔，当情况异常时，再补充注浆孔，加密注浆。
        Ⅳ.注浆压力：注浆压力是驱动浆液在裂隙中流动扩散、充填、压实的能量，是控制浆液扩散距离的重要因素，在注浆过程中，注浆终压一般控制在静水压力的2.5～3倍。
        Ⅴ.浆液浓度选配：水泥浆水灰比浓度主要有1：0.5、1：1、1：2，注浆时先稀后浓，按进浆量大小来适当调整；封孔采用水泥—水玻璃双液浆，体积比为1：1。
        （5）拦截孔与止浆垫加固：孔口管布孔完成后，凝固不少于24小时后，进行加固止浆垫。加固前在井壁的最下面一模施工两圈拦截孔，拦截孔深度为3m，每圈9个（眼距2m），上下交错布置，注浆加固以充填壁后的岩石裂隙，防止注浆时高压浆液从壁后上行破坏井壁。拦截孔施工完毕后，采用7665型风钻打眼注浆和采用孔口管直接注浆两种方式对止浆垫及周围岩体进行加固。
        （6）注浆施工：止浆垫加固完成后，钻进10 m左右后进行压力试验，试验压力不低于静水压力的2倍。通过试压后，按照对角顺序采用Φ90mm钻头穿过孔口管钻进。钻进过程中，如发现钻孔涌水量>5m3/h，立即提出钻杆，关闭阀门，连接注浆管进行注浆。注浆完毕后，待该孔浆液凝固后，打开高压阀门，用钻头扫出水泥浆继续钻进，遇水后提钻注浆，如此反复，直至通过整个含水层。
        （7）结束注浆的标准：单孔注浆结束标准，用以下两个指标衡量：一是注浆压力达到注浆设计终压；二是检查钻孔的涌水量<1m3/h。
        （8）注浆效果：工作面迎头探水注浆是整个综合防治水的重点，所需时间最长，投入的设备成本最多。在整个基岩段探注期间，共穿过了35个含水层，单孔涌水量最大达到85m3/h，总含水量约650 m3。全井筒共进行了十次工作面探水注浆，井筒到底时全井筒涌水量19 m3/h，注浆堵水率为97.1%，注浆效果十分明显，保证了井筒的安全施工。
        3.3分段壁后注浆
        通过工作面探水注浆，使井筒涌水量得到有效控制，但由于地质构造复杂，纵向裂隙发育，仍有个别点可能出现涌水现象，在不影响井筒掘砌的情况下,待掘完本次注浆段后，下一段探水注浆前对井壁出水点进行壁后注浆封水。利用吊盘下层盘做工作平台，其上布置注浆站。根据需要注浆的井壁位置，提升吊盘到该地点，采取在出水点处打眼注浆的方法封堵出水点。在对本段注浆前，先在出水层位的上、下两模各打一圈拦截孔并对壁后围岩加固注浆，保证在此段注浆时壁后的水不会影响到上段井壁和沟通迎头岩层。
        （1）注浆设备：打眼采用7655型风钻配Φ42mm“一”字型钻头，注浆管采用Φ40mm的无缝钢管,长度1-2m，注浆采用一台2TGZ—60/210型注浆泵，一寸高压胶管及三通一套，容量0.2m3的水泥浆桶、水玻璃桶、清水桶各一个。
        （2）注浆参数：打眼深度1.5m—2.5m；注浆管长度1～2 m，材质为Φ35mm的无缝钢管，头上焊接Φ40mm的鱼鳞接头；注浆材料同工作面探水注浆；水泥浆液水灰比浓度1：1，水泥—水玻璃双液浆配比1：1；为保证注浆不破坏井壁，注浆终压比注浆点静水压大1 Mp。
        （3）注浆结束注浆：一是注浆压力达到终压；二是出水点水量符合要求。
        3.4全井筒壁后注浆
        井筒掘砌到底后，井壁总淋水量为19 m3/h，为了进一步减少水量，降低排水费用，改善井筒内的工作环境，达到质量验收标准，需要进行全井筒壁后注浆。主要做法是：利用吊盘下层盘做工作平台，将吊盘由迎头逐步上提,遇出水点进行注浆封堵，注浆至最高出水点完毕后再下松；下松吊盘过程中，对井壁出水点进行二次壁后注浆，直至达到封水要求。全井筒壁后注浆施工方法、注浆压力与参数与分段壁后注浆施工相同。
        全井筒壁后注浆完成后，井筒涌水量最终为5.85 m3/h，达到可预期目的，并顺利地通过了井筒竣工验收。
        4、结语
        金黄庄风井井筒的综合防治水技术的成功实施，确保了注浆效果，最大限度地减少了井筒涌水量，最终将井筒涌水量控制在5.8m3/h，达到了验收优良标准。同时消除了出水隐患，改善了工作环境，提高了井壁工程质量，保证了施工安全。在该井筒综合防治水的实施过程中，还得到一些需要特别注意的经验：
        （1）排水系统需畅通完善，排水能力大，迎头出水量必须得到有效控制，保证注浆的连续性；
        （2）探水注浆段高要合理划分，留设的岩冒岩性稳定，隔水性好。
        （3）应当把工作面迎头探水注浆作为防治水的重点。迎头注浆时终压大，吃浆量多，注浆效果好。在含水量特别大的含水层探注时，必须加密注浆钻孔，增加注浆量。
        （4）止浆垫加固必须仔细，空口管打压必须达到设计标准，以免钻孔穿透含水层时出现串水现象。
        （5）壁后注浆时需要严格控制压力，安设专人观察井壁，防止压力突然增加鼓裂井壁。