静水止浆垫注浆技术在田兴铁矿1#副井的应用
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词 突发涌水 静水止浆垫 注浆 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０８２．２０１８．０６．０７１
田兴铁矿是目前国内最大的在建地下矿山，采 用主副竖井、辅助斜坡道开拓运输方式，共计 １２条 竖井、１条斜坡道。矿区南北长 ７ｋｍ，东西宽 ３ｋｍ， 面积约 ２１ｋｍ２，矿区岩层含水丰富，水文地质条件 复杂［１］，基建 工 程 全 部 分 布 在 新 滦 河 下 部 及 两 侧。 各竖井施工前虽已采取冻结法和地表预注浆技术封 堵岩石裂隙［２３］，但在竖井掘进施工中仍多次遇断层 破碎带，若注浆堵水不及时，会造成淹井事故。
图 １ 静水位抛碴注浆示意
（３）方案三为静水止浆垫注浆方案（图 ２）。同 抛碴注浆方案类似，待井筒水位涨到静水位后，下放 一趟末端带有花孔的溜浆管至距工作面 ２００ｍｍ的 位置，将水泥浆溜入井底［６］。边溜浆，边提管，待达 到设计高度后，养护止浆垫 ７～１０ｄ，排出井内积水， 进行后续注浆工作。若止浆垫强度不够，可加固止 浆垫顶板或二次浇筑水泥止浆垫。
田兴铁矿 １＃副 井 位 于 新 滦 河 东 面，设 计 井 深 ７０６ｍ，井筒荒直径为 ７．２ｍ，净直径为 ６．４ｍ。竖井 掘砌施工到 －５６０ｍ处时，爆破后突发涌水，涌水量 达 ２４５ｍ３／ｈ，超过井下排水能力，短时间内无法进 行有效的注浆封堵和排水。为保证工人施工安全， 撤出必要设备后，提升吊盘，采取先淹井后注浆的治 理方案。
系数，０．０５～０．１１，取 ０．０７；［σ］为混凝土抗压强度，
ＭＰａ；Ｒ７为混凝土 ７ｄ抗压强度，ＭＰａ；Ｋ为安全系 数，取 １．５。
计算得出 Ｃ０ ＝０．９８ＭＰａ，Ｂｎ ＝１０．４８ｍ，考虑 Ｃ３０素水泥止浆垫顶部受井筒水浸泡，底部与淤泥、
碴石等胶结凝固，取系数 １５，最终确定止浆垫厚度
为 １５．７２ｍ，实际素水泥止浆垫施工厚度为 １６ｍ。
２．２ 静水止浆垫施工方案
２．２．１ 溜浆管制作及下放
将 １０８ｍｍ钢管现场制成溜浆管，两端焊接法
兰盘，溜浆管间用螺栓连接。第一根下放的溜浆管
２４８
下端制成封 闭 的 锥 状，根 部 打 成 花 孔，孔 眼 直 径 为
１０ｍｍ，孔距为 １００ｍｍ，长 ０．３ｍ，每圈 ３个眼，并上
下错开。此为避免溜浆对止浆垫的冲击，采取侧向
出浆的一种措施。下放固定溜浆管路时，在悬吊钢 丝绳上绑 扎 测 绳 测 量 下 放 深 度［７］。 溜 浆 管 下 放 深
度控制在前端距工作面约 ２００ｍｍ。
２．２．２ 水泥浆液的配制及浇筑
本次浇筑素水泥止浆垫选取 Ｐ．Ｏ４２．５Ｒ普通硅
酸盐水泥。下灰初期水灰比控制在 ２∶１左右，逐渐
１ 注浆方案选择
根据现场实际情况，施工单位、监理单位和田兴 铁矿商议后提出 ３个堵水方案：
（１）方 案 一 为 强 排 水 封 堵 方 案。 下 放、安 装 ＹＱ５５０６５０／１７１６００／ＷＳ型矿 用 抢 险 多 级 离 心 泵 至 井底强排水，待水位下降至大泵排水极限后，停泵， 下放吊盘，改用 ＭＤ１１５６７×１０５００ＫＷ 型卧泵二次 排水。水位下降至工作面附近，清理碴石，找到出水 点，使用带有防喷器的孔口管进行封堵，再进行工作 面注浆。若工作面无法封堵，浇筑止浆垫注浆。
３个方案优缺点对比见表 １。 综合多方面考虑，经过现场研讨比对后，确定选 取静水止浆垫注浆方法为 １＃副井突发涌水治理的 最佳措施。
２４７
总第 ５９０期
现代矿业
２０１８年 ６月第 ６期
图 ２ 静水止浆垫注浆示意 表 １ 注浆方案优缺点对比
方案
优点
缺点
排水耗时短，能够明确工作 设备安装繁琐，井下施工环
钱 崇（１９８８—），女，经济师，０６３７０１河北省唐山市滦县。
（２）方案二为抛碴注浆方案（图 １）。待井筒水 位达到静水位后，从地表井口下放 ３～４路注浆管至 工作面，然后通过井口溜灰槽将 ２０～４０ｍｍ粒径碴 石溜入井内［４］，达到设计高度后，再注入水泥浆，使 水泥与碴石胶结，形成混凝土止浆垫［５］。养护 ７～ １０ｄ后，将 水 位 排 至 抛 碴 面，二 次 浇 筑 素 水 泥 止 浆 垫。止浆垫达到养护强度后进行工作面注浆。
１０～１．５，取 １．２；Ｐ０ 为注浆终压，１６ＭＰａ；ｒ为井筒
荒断面半径，３６ｍ；β为素水泥止浆垫工作条件系
数，０．５～１．０，取 ０．８；Ｃ０ 为素水泥止浆垫的抗剪计 算强度，ＭＰａ；ｒ０为井筒净半径，３２ｍ；ｈ２ 为静水止 浆垫距工作面间的充填层的厚度，２５ｍ；η为止浆
垫材料与井壁的连接系数，０．８～１．２，取 １；α为比例
面出水点及周边岩石情况， 境狭小，涌水补充不确定因 一
若浇筑止浆垫，止浆垫质量 素较多，若封堵失败易造成
好，强度大
次发涌水
碴石易对井壁造成损害，井
碴石材料就地取材，水泥消
二 耗少，工期耗时短
下水泥浆易堵管，养护周期
长
三 工艺 简单，施工速度 快，堵 水效果好
水泥消耗量大
２ 静水止浆垫施工技术
２．１ 静水止浆垫厚度计算
静水止浆垫的强度主要取决于水泥强度、井筒 尺寸、注浆终压、止浆垫厚度等因素。结合 １＃副井
施工环境，静水止浆垫厚度计算公式如下： Ｂｎ ＝［λＰ０ｒ２ －（２βＣ０ｒ＋λｒ２）ｈ２］／（２ηｒ０ ＋λｒ２ ０），
（１）
Ｃ０ ＝α［σ］ ＝αＲ７／Ｋ，
（２）Βιβλιοθήκη 式中，Ｂｎ 为 素 水 泥 止 浆 垫 厚 度，ｍ；λ为 超 载 系 数，
ＳｅｒｉａｌＮｏ．５９０ Ｊｕｎｅ．２０１８
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总 第 ５９０期 ２０１８年 ６月第 ６期
静水止浆垫注浆技术在田兴铁矿 １＃副井的应用
钱 崇 高 超
（河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司）
摘 要 田兴铁矿 １＃副井竖井掘砌爆破后突发大量涌水，单孔涌水量超过 １００ｍ３／ｈ，涌水量 超过井下排水能力，无法控制。为保证后续施工安全，采取先淹井后注浆的治理措施。根据现场实 际施工情况，对比分析强排水封堵方案、抛碴注浆方案和静水止浆垫注浆方案，确定静水止浆垫注 浆为最优；通过对静水止浆垫参数计算、施工方案设计及注浆施工，顺利封堵了涌水，为后续排水施 工和注浆堵水提供了有利条件。
田兴铁矿是目前国内最大的在建地下矿山，采 用主副竖井、辅助斜坡道开拓运输方式，共计 １２条 竖井、１条斜坡道。矿区南北长 ７ｋｍ，东西宽 ３ｋｍ， 面积约 ２１ｋｍ２，矿区岩层含水丰富，水文地质条件 复杂［１］，基建 工 程 全 部 分 布 在 新 滦 河 下 部 及 两 侧。 各竖井施工前虽已采取冻结法和地表预注浆技术封 堵岩石裂隙［２３］，但在竖井掘进施工中仍多次遇断层 破碎带，若注浆堵水不及时，会造成淹井事故。
图 １ 静水位抛碴注浆示意
（３）方案三为静水止浆垫注浆方案（图 ２）。同 抛碴注浆方案类似，待井筒水位涨到静水位后，下放 一趟末端带有花孔的溜浆管至距工作面 ２００ｍｍ的 位置，将水泥浆溜入井底［６］。边溜浆，边提管，待达 到设计高度后，养护止浆垫 ７～１０ｄ，排出井内积水， 进行后续注浆工作。若止浆垫强度不够，可加固止 浆垫顶板或二次浇筑水泥止浆垫。
田兴铁矿 １＃副 井 位 于 新 滦 河 东 面，设 计 井 深 ７０６ｍ，井筒荒直径为 ７．２ｍ，净直径为 ６．４ｍ。竖井 掘砌施工到 －５６０ｍ处时，爆破后突发涌水，涌水量 达 ２４５ｍ３／ｈ，超过井下排水能力，短时间内无法进 行有效的注浆封堵和排水。为保证工人施工安全， 撤出必要设备后，提升吊盘，采取先淹井后注浆的治 理方案。
系数，０．０５～０．１１，取 ０．０７；［σ］为混凝土抗压强度，
ＭＰａ；Ｒ７为混凝土 ７ｄ抗压强度，ＭＰａ；Ｋ为安全系 数，取 １．５。
计算得出 Ｃ０ ＝０．９８ＭＰａ，Ｂｎ ＝１０．４８ｍ，考虑 Ｃ３０素水泥止浆垫顶部受井筒水浸泡，底部与淤泥、
碴石等胶结凝固，取系数 １５，最终确定止浆垫厚度
为 １５．７２ｍ，实际素水泥止浆垫施工厚度为 １６ｍ。
２．２ 静水止浆垫施工方案
２．２．１ 溜浆管制作及下放
将 １０８ｍｍ钢管现场制成溜浆管，两端焊接法
兰盘，溜浆管间用螺栓连接。第一根下放的溜浆管
２４８
下端制成封 闭 的 锥 状，根 部 打 成 花 孔，孔 眼 直 径 为
１０ｍｍ，孔距为 １００ｍｍ，长 ０．３ｍ，每圈 ３个眼，并上
下错开。此为避免溜浆对止浆垫的冲击，采取侧向
出浆的一种措施。下放固定溜浆管路时，在悬吊钢 丝绳上绑 扎 测 绳 测 量 下 放 深 度［７］。 溜 浆 管 下 放 深
度控制在前端距工作面约 ２００ｍｍ。
２．２．２ 水泥浆液的配制及浇筑
本次浇筑素水泥止浆垫选取 Ｐ．Ｏ４２．５Ｒ普通硅
酸盐水泥。下灰初期水灰比控制在 ２∶１左右，逐渐
１ 注浆方案选择
根据现场实际情况，施工单位、监理单位和田兴 铁矿商议后提出 ３个堵水方案：
（１）方 案 一 为 强 排 水 封 堵 方 案。 下 放、安 装 ＹＱ５５０６５０／１７１６００／ＷＳ型矿 用 抢 险 多 级 离 心 泵 至 井底强排水，待水位下降至大泵排水极限后，停泵， 下放吊盘，改用 ＭＤ１１５６７×１０５００ＫＷ 型卧泵二次 排水。水位下降至工作面附近，清理碴石，找到出水 点，使用带有防喷器的孔口管进行封堵，再进行工作 面注浆。若工作面无法封堵，浇筑止浆垫注浆。
３个方案优缺点对比见表 １。 综合多方面考虑，经过现场研讨比对后，确定选 取静水止浆垫注浆方法为 １＃副井突发涌水治理的 最佳措施。
２４７
总第 ５９０期
现代矿业
２０１８年 ６月第 ６期
图 ２ 静水止浆垫注浆示意 表 １ 注浆方案优缺点对比
方案
优点
缺点
排水耗时短，能够明确工作 设备安装繁琐，井下施工环
钱 崇（１９８８—），女，经济师，０６３７０１河北省唐山市滦县。
（２）方案二为抛碴注浆方案（图 １）。待井筒水 位达到静水位后，从地表井口下放 ３～４路注浆管至 工作面，然后通过井口溜灰槽将 ２０～４０ｍｍ粒径碴 石溜入井内［４］，达到设计高度后，再注入水泥浆，使 水泥与碴石胶结，形成混凝土止浆垫［５］。养护 ７～ １０ｄ后，将 水 位 排 至 抛 碴 面，二 次 浇 筑 素 水 泥 止 浆 垫。止浆垫达到养护强度后进行工作面注浆。
１０～１．５，取 １．２；Ｐ０ 为注浆终压，１６ＭＰａ；ｒ为井筒
荒断面半径，３６ｍ；β为素水泥止浆垫工作条件系
数，０．５～１．０，取 ０．８；Ｃ０ 为素水泥止浆垫的抗剪计 算强度，ＭＰａ；ｒ０为井筒净半径，３２ｍ；ｈ２ 为静水止 浆垫距工作面间的充填层的厚度，２５ｍ；η为止浆
垫材料与井壁的连接系数，０．８～１．２，取 １；α为比例
面出水点及周边岩石情况， 境狭小，涌水补充不确定因 一
若浇筑止浆垫，止浆垫质量 素较多，若封堵失败易造成
好，强度大
次发涌水
碴石易对井壁造成损害，井
碴石材料就地取材，水泥消
二 耗少，工期耗时短
下水泥浆易堵管，养护周期
长
三 工艺 简单，施工速度 快，堵 水效果好
水泥消耗量大
２ 静水止浆垫施工技术
２．１ 静水止浆垫厚度计算
静水止浆垫的强度主要取决于水泥强度、井筒 尺寸、注浆终压、止浆垫厚度等因素。结合 １＃副井
施工环境，静水止浆垫厚度计算公式如下： Ｂｎ ＝［λＰ０ｒ２ －（２βＣ０ｒ＋λｒ２）ｈ２］／（２ηｒ０ ＋λｒ２ ０），
（１）
Ｃ０ ＝α［σ］ ＝αＲ７／Ｋ，
（２）Βιβλιοθήκη 式中，Ｂｎ 为 素 水 泥 止 浆 垫 厚 度，ｍ；λ为 超 载 系 数，
ＳｅｒｉａｌＮｏ．５９０ Ｊｕｎｅ．２０１８
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总 第 ５９０期 ２０１８年 ６月第 ６期
静水止浆垫注浆技术在田兴铁矿 １＃副井的应用
钱 崇 高 超
（河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司）
摘 要 田兴铁矿 １＃副井竖井掘砌爆破后突发大量涌水，单孔涌水量超过 １００ｍ３／ｈ，涌水量 超过井下排水能力，无法控制。为保证后续施工安全，采取先淹井后注浆的治理措施。根据现场实 际施工情况，对比分析强排水封堵方案、抛碴注浆方案和静水止浆垫注浆方案，确定静水止浆垫注 浆为最优；通过对静水止浆垫参数计算、施工方案设计及注浆施工，顺利封堵了涌水，为后续排水施 工和注浆堵水提供了有利条件。