立井井筒工作面预注浆封水施工技术与安全措施论文

浅析立井井筒工作面预注浆封水施工技术与安全措施
摘要：珲矿集团板石煤矿回风立井井筒在施工至120米处，遇到砂岩地层，涌水量达到300m³/h，决定进行工作面注浆。

在施工过程中采用8个注浆孔进行注浆，达到预期效果。

关键词：工作面注浆；含水层；成孔；浆液；
中图分类号：o741+.2 文献标识码：a 文章编号：
一、工程概况
珲矿集团板石煤矿回风立井井筒为板石煤矿通风系统改造工程，该井筒位于珲春市板石镇湖龙村西北部,距板石煤矿矿区约1.0km，距板石镇约3km，距珲春市约15.0km。

井筒中心坐标为
x=9434292.00m，y=6525273.00m，净直径为5.5m，井筒深度为470m，井筒支护方式：表土段95m冻结法施工，钢筋混凝土结构，壁厚900mm，基岩段采用素混凝土支护，壁厚为500mm，混凝土标号为
c35。

二、施工情况
井筒于2011年5月1日开工，截止2011年6月20日，该井筒已施工120m，根据井筒施工组织设计，井筒自进入基岩一直采用“先探后掘”的防水方式施工，表土段采用冻结法已经顺利通过。

2011年6月20日4点班，工作面探眼打到4m深时，探眼内出现涌水，单孔涌水量达到60m³/h左右。

依据井检钻孔资料，该段由粉砂岩，钙质粉砂岩互层组成，裂隙发育属强富水性含水层。

依据《煤矿安全规程》规定，井筒涌水量大于10m³/h时，采
取工作面预注浆及壁后注浆的施工方法，为保证工程质量，创造良好的工作条件，并加快施工进度，因此决定采取井筒工作面预注浆及壁后注浆的施工方案。

由于该层岩石横向裂隙发育，岩石强度低，且遇水泥化，工作面岩石起不到止浆作用，因此采用人工浇筑混凝土作为止浆垫的方法进行工作面预注浆。

三、工作面注浆设计及具体施工方法
本次注浆的总体设计方案：先施工工作面滤水层、止浆垫，止浆垫养生期间在工作平台上方进行壁后注浆，争取在止浆垫养生期间住完。

待止浆垫养生期满后，再进行工作面预注浆。

1、防止工作面预注浆时浆液从上壁溢出，分别在止浆垫上部1.5m 和2.5m处布设壁后注浆孔，孔间距为1.7m，进行壁后注浆，形成壁后闭合止浆带。

两圈注浆孔位竖直面内相互错开不能重合。

2、工作面预注浆的施工方案：采用下行式注浆方案，深度在工作面下40m处，止浆垫厚1m，为素混凝土，混凝土强度c30。

首先在滤水层和止浆垫内预埋两个直径φ530mm长5.5m的滤水槽及8根φ108孔口管，然后再打钻注浆，注浆终压达到6mpa后，停止注浆，然后继续透孔，见水再注，直至注到设计位置。

附图1滤水槽及孔口管布置图
3、工作面预注浆及井壁壁后注浆方案的施工顺序：
布设孔口管、铺设滤水层、打止浆垫、井壁壁后注浆形成止浆带（止浆带养生期）、滤水层注浆、工作面打钻注浆、总体注浆效果检测。

4、工作面预注浆的相关参数确定及具体施工方法：
（1）施工期间工作面排水
将水泵放置在一层盘上，工作面采用1台潜水泵（另有1台备用）把水排至吊盘水箱内，由卧泵将水排至地面，直至注浆结束。

（2）清理淤泥浮货
将工作面积水排干，露出工作面淤泥时，把淤泥浮货清净。

（3）铺设滤水层
为保证止浆垫的施工质量，止浆垫下面要用红砖铺设滤水层，其厚度为3.0m。

（4）预埋孔口管和滤水层注浆管
孔口管8根，长度2m，直径为φ108的无缝钢管，一段焊接法兰。

施工止浆垫时按要求预埋孔口管，埋入深度1.7m，外露0.3m，便于注浆施工。

（5）浇筑混凝土止浆垫
浇筑混凝土止浆垫前，为保证止浆垫与井壁接触良好，止浆垫周围井壁采用风镐剔毛，厚度100mm。

滤水层（红砖）上面铺双层彩条布作为隔浆层，然后再浇筑混凝土，待止浆垫浇筑完毕，将其上面平铺一层彩条布。

（6）钻孔布置
沿工作面周围布置孔口管，作用是在钻孔时起导向作用，布孔圈径2.45m，孔口距井壁预留0.3m间距，便于钻机施工。

一圈布置8个孔，孔间距1.9m，钻孔向外偏斜109°，孔底落点在井筒荒径位
置。

见附图。

四、工作面预注浆施工要求
1、壁后及滤水层注浆
注浆前要对止浆垫周围井壁壁后进行注浆充填，防止工作面注浆时浆液逆流溢出。

用风钻沿井壁周围打孔穿透井壁，钻孔直径42mm，固定1.2寸注浆管（长度800mm，一端带有马牙口，一端带螺纹），布置钻孔13个，间距1.5m，顺序注浆。

止浆垫养护7天以后停止抽水，提出水泵，用法兰封闭所有预埋管。

观察止浆垫及井壁漏水部位，用风钻打钻下管注浆加固，止浆垫起到止水作用以后才可开始工作面钻进注浆工作。

2、注浆方式及顺序
采用分段下行单孔对称注浆方式。

段高及钻注顺序见图，由于工作面窄小，钻孔和注浆为单行作业，先钻到第一段深度，起钻开始注浆注到终压后停止注浆，再开始第二孔钻注工作。

按此循环将8个注浆孔第一段全部钻注完，再开始扫孔钻到第二深度进行注浆。

图示：
8个预注浆孔分为两组施工，隔孔施工。

每孔按钻进情况，遇涌水即开始注浆，若无涌水继续钻进，注浆段高为井筒工作面下40m。

最后几个孔若还有较大涌水，可根据情况在附近补充注浆孔。

3、注浆材料
以单液水泥浆为主，参加水泥量4%的絮凝剂，漏浆严重或注浆量较大时采用水泥—水玻璃双液浆。

采用水泥—水玻璃双液材料注浆，浆液浓度对注浆效果的影响很大，稀浆容易注入，扩散距离大，但结石率低，凝固时间长；浓浆则注入困难，扩散距离小。

注浆前，对水泥和水玻璃浆大致凝胶时间进行地面试配，获得数据如表一所示。

注浆材料单液浆初期水灰比为1:1，后期为1:1.2.注双液浆时，水泥水灰比为1:1—0.6:1(按重量)，水玻璃采用35—45be′波美度。

水玻璃与水泥浆比为1:1（按体积），水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

注浆过程中采用改变水泥的水灰比或水泥浆与水玻璃的体积比的方法来提高浆液浓度。

当某一浓度浆液注入20-30min后注浆压力没有明显上涨，吸浆量液没下降的趋势时，可将将水泥浓度调一级；反之用某浓度浆液注入20-30min后，其压力上升很快，应调稀水泥浆浓度。

每一次注浆中，注浆压力由小逐渐增大，注浆量由大到小。

注浆量单液注浆为50-60l/min，双液浆为
100-120l/min,注浆泵终压值大于设计终压值，连续保持20min以上时，即可结束本段注浆。

4、注浆结束标准
注浆压力：注浆扩散半径控制在8m左右，注浆压力控制在
1.5-
2.0mpa，终压控制在2.5mpa.
5、施工设备
钻机： txu—300型钻机2台。

注浆泵：2tjz—60/210型注浆泵2台
6、搭设钻机平台
在止浆垫以上2m的位置搭设钻机平台，钢架结构，上铺80mm厚的木板，平台搭设牢固，梁与柱要避开钻孔位置，便于钻机操作。

7、施工设备布置
搅拌站布置在地面用管路下放搅拌好的水泥浆。

注浆泵、水玻璃槽和水泥浆液槽及水槽均放在钻机操作平台上。

五、工期
总工期30天，其中：铺设滤水层和止浆垫浇筑3天，混凝土养生7天，打钻注浆20天。

六、劳动组织（略）
七、打钻注浆技术要求与安全注意事项
1、钻机体用直径15.5mm的钢丝绳绳扣锁在孔口管上，要卡紧锁劳。

2、开钻机时要注意检查提引器中心、立轴中心、钻孔中心三点是否在同一垂线上，发现问题及时处理。

3、注浆钻孔钻进采用清水做冲洗液。

4、软硬换层时，一定要慢钻、轻压（300-400kg/cm2）钻进。

5、经常检查钻具是否弯曲，禁止用弯曲的钻杆钻进。

6、注浆前，应把大模板刃脚拆除，并把模板提至距工作面10m 以上，以防跑浆固死模板。

7、使用浆液时，一般是先稀后浓逐级调节。

8、注浆前，对于注浆材料的凝胶时间要进行测定，以便注浆作业中掌握。

注双液浆时每更换一级浆液浓度，应测定凝胶时间。

9、注双液浆操作程序：同时打开水玻璃吸液阀门和水泥吸液阀门，先以清水代替两浆液并用阀门调节，使水玻璃与水泥浆吸入量比为1:1（按体积），正常后方可用两浆液注浆。

10、为防止浆液中混入纸片及水泥硬块杂物堵塞管路，在浆液槽口和吸浆管头均应设置过滤网。

11、水泥浆液槽内设专人搅拌，并采用压风管吹沸，以防水泥浆沉淀。

12、水泥浆和水玻璃均保持不少于其槽内体积的二分之一。

在从地面下放水泥浆时，地面人员应先与工作面人员用信号联系好，且准确掌握用量，以防水泥浆溢出槽外。

13、注浆期间，由注浆泵司机负责观察注浆压力（泵压及孔口压力表）和吸浆量的变化情况，当注浆泵压力发生突降，吸浆量减小或不吸浆时，一般是泵的吸水笼头或泵吸浆口球阀（低压阀）堵塞；如果泵压突增，而注浆口压力上升很慢或不升压，一般是输浆管路堵塞；当泵压及孔口压力均出现突然上升，而吸浆能力下降或不吸浆，多为混合器或钻孔发生堵塞，应及时处理。

14、注浆中注浆压力突然下降，增大流量仍不回升，属跑浆或超扩散，可采用缩短凝胶时间，增大浆液浓度或低压与间歇注浆的方法来解决。

15、注浆过程中设专人观察井壁及接茬处及孔口管法兰盘连接处
是否溢浆，如有浆液溢出，应及时停止注浆，进行处理。

16、注浆过程中，若需临时停泵，停泵前对注浆孔注一定量的清水，以防废孔；停泵前，用清水清洗注浆泵及管路。

17、注浆期间设专人做好泵压的观测记录。

泵压的观测与记录，应在观测进浆量同时进行，压力表指针如有摆动，应取其平均值；孔口的注浆管路，若安有压力表，每3—5min也需要观测一次压力。

18、当注浆终压达6mpa时，则单孔注浆结束。

19、注浆结束后，待最后一个注浆孔注完延续15—24h，用钻机打5个注浆效果检测孔，孔深不小于设计注浆孔深，以上5个检测孔均无透水现象，且井筒掘进段的最大涌水量小于5m³/h，方可进行掘进。

八、结束语
1、经过工作面预注浆，继续下掘井筒时工作面涌水量由原来的300m³/h降至5m³/h，注浆封水率达98%，实现了干打井。

2、工作面预注浆的施工方法，既适应裂隙发育的含水层的堵水也适应砂岩含水层，实施工作面预注浆堵水所需设备少、工艺简单易行，可获得较好的技术经济效益。

3、本次注浆施工时在工作面涌水量超过预定范围后被动采取的，如果能够提供井检孔水文地质资料，事先制定注浆方案，则可获得更好的经济效益。

作者简介
孟庆才男汉族助理工程师 1985年出生，2008年毕业于七台河职业学院采矿系，一直从事矿建施工技术及管理工作，现任辽宁东煤基本建设有限责任公司工程科科长，
李渊毅男汉族助理工程师 1985年出生，2008年毕业于七台河职业学院采矿系，一直从事矿建施工技术及管理工作，现任辽宁东煤基本建设有限责任公司项目部技术经理。

杨广强男汉族助理工程师 1987年出生，2008年毕业于七台河职业学院采矿系，一直从事矿建施工技术及管理工作。