新上海一號礦井副井井筒注漿堵水施工

新上海一號礦井副井井筒注漿堵水施工

杜誌龍1，楊猛1，王國慶2，郝大學2（1. 杭州國電大壩安全工程有限公司，杭州，310030）
（2. 江蘇省沛縣大屯礦區中大注漿工程有限公司，沛縣，221618）

摘要：介紹了新上海一號礦井井筒的湧水治理情況，根據井筒條件，合理選擇了注漿堵水的施工工藝和注漿參數，選用了新型聚合產品HK-9101化學灌漿材料作為堵水材料，采取嚴格的安全措施，快速、安全、高效地治理了井筒水患。關鍵詞：新型聚合產品；注漿堵水；井筒
1.工程概況
1.1井筒概況
新上海一號煤礦設計生產能力為400萬噸/年，立井開拓，在工業廣場內布置主、副、風三個井筒，采用全深凍結法施工。副井井筒井口設計標高+1317.05m，設計淨直徑為8.0m，井筒深度為547m。井壁均采用雙層鋼筋混凝土結構。
1.2水文及地質情況
該井田水文地質條件比較複雜，其主要的特點是含水層較多、隔水層隔水能力差、含水層強度低。從井筒掘進實際揭露來看，地表以下540m範圍內含水層多達十一層，各含水層以孔隙水為主，多數含水層間的隔水層厚度較薄，隔水性能相對較差，含水層容易導通。各含水層為砂岩，泥質膠結，膠結程度差，揭露後呈鬆軟、膨脹狀態。
2009 年3月14日停止凍結，至出水時各井筒已基本解凍，且出水位置有不同程度的支護變形開裂，由於如上03manbetx 的水文地質條件，加之鹽水管解凍後各含水層間直接構成水力聯係，具備了井筒或馬頭門湧水的條件。同年夏由於井筒湧水量超過70m3/h，最大湧水量達到131m3/h，單層含水層最大湧水量達到23.9m3/h，必須進行注漿堵水施工。首次注漿采用水泥－水玻璃注漿，共注入水泥200t，水玻璃70t。注漿後井筒湧水量仍超過15 m3/h，須進行二次注漿。
2.井筒注漿堵水設計
根據新上海一號礦井副井井筒條件和注漿水文地質條件，本次注漿工程的特點是(1)湧水段範圍大，水壓高，最大達到5MPa。(2) 各含水層為砂岩，泥質膠結，膠結程度差，揭露後呈鬆軟、膨脹狀態。針對這一工程特點，此次注漿方案選擇高低壓結合、深淺孔並用、采用化學注漿直接堵水的方式。
2.1注漿範圍
根據副井水文地質條件及現出水段分布情況,副井井筒注漿範圍為井深137m至井深437m。
具體段高劃分為：
第一注漿段高213m（井深137~350m）；
第二注漿段高50m（井深350～400m）；
第三注漿段高37m（井深400-～437m）
2.2注漿方式
首先采用上行式注漿方式，對1、3注漿段高範圍的明顯出水點進行壁間注漿直接堵水;對2注漿段高進行壁後注漿封水、然後再采用上行式注漿方式，對1～3注漿段高進行壁間複注封水。
2.3注漿參數
2.3.1注漿壓力
注漿壓力的確定取決於以下兩個方麵的因素：
A：注漿壓力應能滿足漿液克服水壓而進入待注岩層體中，一般取靜水壓力的 1.5～2倍，即2～8MPa。
B：注漿壓力不能大於井壁的承受能力。一般井壁強度能夠承受的壓力範圍可用以下公式[1]確定：
Pb=3.596λ0.6523R0.6459MPa
式中 λ－壁厚與井筒外半徑的比值
R－砼的立方體單軸抗壓強度（MPa）
注漿壓力的大小是注漿工程成敗的關鍵因素之一，壓力太小，漿液擴散半徑小，易產生注漿盲區，影響注漿效果；壓力太大則可能破壞井壁，綜合考慮將注漿壓力取值如下：
第一注漿段高正常注漿壓力3.5 MPa、 終壓4.5 MPa。
第二注漿段高正常注漿壓力4MPa、 終壓5MPa。
第三注漿段高正常注漿壓力5 MPa、 終壓6MPa。
2.3.2漿液擴散半徑及注漿孔布置
由於漿液擴散半徑受裂隙孔隙影響極大[2]，根據經驗，按漿液擴散半徑4m來確定注漿孔距。按此漿液擴散半徑，初步確定孔間距範圍8 m。副井井筒淨直徑Φ8.0m，第一注漿段高：排距8m，每排3孔，上下排孔位、孔深交錯布置，共布置26排，計78孔；第二、三注漿段高：排距8m， 每排4孔，上下排孔位、孔深交錯布置，共布置11排，計44個孔。
2.3.3注漿孔結構
設計孔深：壁間注漿孔深為0.55～0.85m ，孔徑42 m m；壁後注漿孔深為1.3m～2.0m ，孔徑42 mm。注漿孔結構為孔口管（Φ42×500--1000）。
2.4注漿材料選擇
注漿材料選擇次序：水泥漿>水泥～水玻璃>化學漿,本工程已采用水泥－水玻璃進行首次注漿，並使井筒湧水量從70m3/h（最大為131m3/h）減少到15m3/h。決定采用由杭州國電大壩安全公司生產的HK-9101聚氨酯化學灌漿材料。
該漿液在物理性能(粘度、膠凝時間、聚合特點等)、強度性能(粘結強度、固砂強度)及高滲透性等方麵均可以滿足該項工程固結防滲的要求。另一方麵，漿液具有穩定性較好、無溶劑等特點，在煤礦井下可以安全使用。
不同條件下的試驗結果表明，HK-9101聚氨酯化學灌漿材料的滲透性、膠凝時間可以通過改變漿液濃度進行有效控製，在對粘結強度和抗滲性能不產生較大影響情況下，這樣使漿液的應用範圍具有很大的擴展性，井下應用時，可根據具體地質條件和工程應用目的進行適當調節膠凝時間。表1為HK-9101化學灌漿材料的主要性能指標。
表1 HK-9101化學灌漿材料性能指標

3注漿堵水施工 3.1施工工藝流程工作人員乘罐籠→至注漿位置並固定臨時工作盤→接通風、水、電→檢查設備及設施→注漿施工（注漿工藝流程）→施工結束後斷開風、水、電→對講聯係後升井。 3.2注漿工藝流程壁間注漿： 風錘開孔至孔深0.55～-0.85m時→安裝孔口管→安裝高壓閥門→關閉閥並連接好注漿設施→一打開閥門→開啟注漿泵注入漿液→停注→關閉閥門→換孔。 3.3 注漿係統 3.3.1注漿泵的選型選用2TGZ—60/210型雙液注漿泵。 3.3.2注漿係統設備布置