深立井大直径井筒地面预注浆参数优化和改进

１ 工程 与地质 概 况
张集煤矿 新副井井筒深度 ８ ７ ６ ． ５ ｍ，井简直径 ８ ． ８ ｍ，表 土厚 ３ ３ ８ ｍ，主要 由粘土 、砂质粘土、细砂、中砂 、粗砂 、 砂砾层、粉砂 、钙 质粘土等组成 ，底部砾石层覆于基岩上。 基岩段 ８个含 水层 ，总涌水量 ３ ２ ４ ． ３ ７ ｍ０ 。注浆开孔 圈径 ：直
ｍ
—
பைடு நூலகம்
—— （ 式 １ ）
图 ２ 注 浆帷幕 示意
式中 ，Ｑ为浆液注 入量 ，ｍ３ ；Ａ为浆液损耗系数，１ ． ２ ～ １ ． ５ ；Ｒ为浆液有效扩散半径，ｍ； 破碎 带中可达 １ ０ ％；
一
以往井 筒直径都偏小 ，一般不会超过 ５ ｍ，故沿用式 ｌ 计算需浆量，对 结果影响不大 ，按上式计算是可 以接受的 。
的 设 计方 法 ， 已经 不适 应 现 在 的工 程 了 ， 应 加 以优 化 或 改 进 。
（ ２ ） 实际上浆液的有 效扩散 半径应 当理解为从注浆孔开 始 的有效扩散距离，而不是以井 筒中心来计算有效半径 。 （ ３ ）从 图 ２中可以看 出，井筒注浆帷幕厚度为 ６ ． ５ ｍ， 需浆量应 当是充填图中环形部分的浆 量。
图 １ 注浆孔 布置
孔￣ ｏ １ ５ ｍ，Ｙ 孔 ９ ４ ４ ｍ。总设计注浆量 １ ６ ５ ０ ０ ｍ３ ，起止 深度
３ ７ ０ ￣ ９ ４ ２ ｍ，其中岩帽段 ｌ Ｏ ｍ（ ３ ７ ０ ￣３ ８ ０ ｍ） ，直孔段 ２ ４ ０ ｍｍ
（ ３ ８ ０ ￣６ ２ ０ ｍ） ，Ｙ 孔 ３ ２ ２ ｍ（ ６ ２ ０ ￣９ ４ ２ ｍ） ，直 孔 、Ｙ 孔 各 布
２ ． ２ 注 浆 压 力 优 化 设 计
以往在分两轮注浆的情况下，一般 第一轮和第二轮段高 划分保持一致 ，如表 ２所示，这样做不利于节省工期和降低 注浆难度。根据 淮南矿区地质情况，并结合注浆技术分析，
Ｑ＝ Ａ ｘ （ Ｒ ２ － ｒ ） Ｈｎ ｐ
— —
（ 式２ ）
， ， ｚ
式 ２中 ｒ 为井筒荒径， 其余 参数 与前 式 中 一致 。
中国西部科 技
２ ０ １ ３年 １ ０月第 １ ２卷第 １ ０期总第 ２ ９ １期
２ ． ３ 多 轮 注 浆 的 段 高 划 分 改 进
为注浆段 高，ｍ： 为
岩层裂隙率，根据岩芯和抽水试验确定，一般为 Ｏ ． ５ ％～３ ％， 为浆液 在裂隙 内的有效充 填系数 ，
但是随着井简直径越来越大 ， 有的有效半径 Ｒ都计算到 １ ５ ｍ
以外的地方 （ 如图 ２ ），按浆液扩散 能力来算 （ 一般为 ８ ～
０ ． ８ ～０ ． ９ ５ ；ｍ为浆液结石率 ，与浆液性质 、水灰 比等有关 ，
５ １
经过改进 的公式和 原公式 比较 ，井简荒径 超过 １ ０ ｍ 时， 注浆量减少 ２ ０ ％以上。以张集矿 二副井为例，按 式 １计算为 ２ ２ ０ ７ ２ ｍ ，而按 式 ２计算为 １ ７ ８ ４ ７ ｍ ，注 浆量减少 ４ ２ ２ ５ ｍ ， 减少 １ ９ ． １ ％。井筒荒径越 大，节约 的注 浆量 就越 多，节约的 成本也越大 ，工期相应还有 巨大 的优势 。
５ ０
工程技术
深立井大直径井筒地面预注浆参数优化和改进
王 伟 张海骄 １ ， ２
（ １ ． 国投新 集集团，安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ；２ ． 淮南矿 业集团，安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
摘
一
要 ：地 面预注浆技术在工程中应 用有 着悠久 的历 史，技术和工艺也在不断发展 和改进 ，有些 关键技术 Ｅ １ 趋 成熟。但也有 些 关键参数 的设计方式一直沿用至今 ， 有 的已不适应现在的工艺或工程 了。 结合 淮南某矿 的在 建井筒工程 ，阐述地面预注 浆参数设计的 改进方法 ，可作为类似工程 的参考。 关键词 ：深立井；地面预注浆；参数设 计
般０ ． ６ ０ ～０ ． ９ ９ 。
１ ２ ｍ），也扩散不到井 筒中心，故上式 已不适应 目前大部分
的井 筒注浆工程 。实 际上 在淮南矿 区井筒注 浆招投标 过程 中，同一个井筒不同投标单位 设计出来 的浆液量相差甚远 ，
这与计算方式的不同不无关系。
上式 中除浆液 的有效扩散半径 Ｒ外 ， 其他参数 的取值都 是根据地质条件和实验数据来定的，没有太大 的优化空 间，
Ｄ Ｏｌ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ．ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ０ ２ ２
地面预注浆工程在井筒立井防治水方面， 发挥 了不可替
代的作用 ，相 比其他防治水方法 ，具有独特 的优 势，比如 ： 施工 工艺简单 、材料来源方便 、可 以与井筒平行施工 、属于 永久性治水工程 、加 固软弱地层及其他方面优势。因此 ，长 久以来，地 面预注浆在立井井筒施工中 ， 得 到广泛应用 。但 是， 随着技术的进步、 机械设备的发展、 井筒直径越来越大， 累深越来越深 等方面 的改变 ， 而某些设计参数仍然沿用 以往
置 ８个，４台钻机 ，分奇数孔和偶数孔两轮注浆 。
２ 设计参数优化
２ ． １需浆量的优化设计 需浆量的大小与浆液类 型、岩层 的孔隙率 、浆液充填程 度等 因素有关 ，需浆量计算以浆液扩散 范围、结合有效的注 浆帷幕为依据 。原设计方法 按下式计算 ：
Ｑ：— Ａ ｒ ｃ Ｒ２ Ｈ ｎ ｌ ｆ
但 影 响注 浆 设 计 量 最 大 、最 关 键 的 数 据 Ｒ，存 在 值 得 探 讨 的
地 方 ，如 ：
把上式做如下优 化可得到：去除井筒 荒径 以内的圆形区 域 ，只计算有效 的防水帷幕环形空间内的浆 液需求量 ，即：
（ １ ） 上式 Ｒ是 以井筒中心为基准计算 的， 所 以计算 出来 的 Ｑ值也包括把井筒 中心也充填起来的浆液量 ， 而实际注浆 时，井筒 中心却不需要注浆 ，显然取值偏大。