立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价
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3 算此段井筒涌水量为 19 m / h， 注浆前井下施工的 3 探放水钻孔在该层段涌水量为 40 m / h。 为确保井
筒施工安全穿过该含水层， 对工作面进行超前预注
收稿日期： 2012 － 07 － 28 2008 年 作者简介： 李张鹏（ 1983 —） ， 男， 安徽利辛人， 助理工程师， 毕业于中国矿业大学， 现从事水文地质工作 。
PD 复合片无芯钻头， 地面直接供水作为打钻循环用 水。每次钻注施工前， 先打开孔口压盖， 对将钻注的 ， 孔口管安装孔口高压阀门 并安装防突装置， 连接牢 预防突水。 要求钻一孔， 注一孔， 注好一个孔方 固， 可施工下一个钻孔。钻孔施工顺序采取对称开孔。 2. 6. 2 注浆 工作面注浆时， 按照设计注浆孔位， 隔孔打眼注 # # # # 6 、 3 、 8 ） ； 当涌水量较大或者隔孔注浆效 浆（ 即 1 、 # 7#、 4#、 9#、 5#、 果不明显时再进行全 孔 注 浆 （ 即 2 、 10 # ） 。最后施工 2 个注浆效果检查孔， 确定钻探注 浆效果。 （ 1 ） 注浆工艺流程。 单液水泥浆经二次搅拌 → 注浆泵→输浆管→控制阀 → 孔口管 → 岩层裂隙； 双 液浆为单液浆与水玻璃， 经吸浆泵调节比例混合后 采用同样方式进行注浆； 化学浆为化学原浆与草酸 溶液， 分别采用独立管路输送至工作面 ， 经混合器混 。 合后采用同样方式注浆 （ 2 ） 浆液浓度配置与选择。 浆液主要采用单液 水泥浆， 必要时采用双液浆或者化学浆。 单液水泥 浆均选用 P. O42. 5 普通硅酸盐水泥， 水泥浆水灰比 并加入 0. 05% 三乙醇胺 在 2∶ 1 ～ 0. 5 ∶ 1 之间调整， 和 0. 5% 氯化钠化学附加剂， 缩短浆液凝固时间， 提 高水泥结合体的强度及稳定性。 （ 3 ） 压水试验。每孔终孔测水后接通输浆管路 进行压水试验， 压力由小到大逐步升压到最大注浆 终压， 测定各不同压力参数时的吸水量并绘制吸水 量曲线， 压水时间为 20 ～ 30 min。并根据压水结果， 确定起始浆液配比。 （ 4 ） 养护、 扫孔与复注。 每次注浆后养护时间 扫孔检查注浆效果。 若扫孔后钻孔 应不少于 12 h， · 75·
2 井筒净直径为 6. 5 m， 净断面积为 33. 18 m 。 采用 现浇混凝土支护， 基岩段井壁厚度为 450 mm， 混凝
浆封堵含水层
［1 ］
。
2
2. 1
施工设计
注浆段高划分
根据钻孔实际揭露的水文地质情况， 砂岩含水 层在 － 220. 77 ～ － 257. 80 m， 预注浆从井深 191. 6 m 开始， 至井深 280. 0 m， 注浆段高 88. 4 m。采用分 段下行方式施工， 上分段为井深 191. 6 ～ 241. 6 m 范围， 分 段 高 度 50. 0 m； 下 分 段 为 井 深 241. 6 ～ 280. 0 m 范围， 分段高度 38. 4 m。 2. 2 钻孔布置 采用径向斜孔布孔方式共布置 10 个注浆孔； 井 筒中心布置 2 个检查孔。 注浆孔上口圈径 5. 5 m； 沿井筒周边均匀布置， 孔间距为 1. 699 m， 各孔终孔 位置在水平方向上超出设计荒半径 2 m， 各注浆孔 径向倾角 α = arctan（ S + A ） / H = 1 ° 54 ' 41 ″； 2 个检查 孔在井筒内东西方向布置， 距井筒中心均为 1 m， 终 孔深度超过不透水基岩 1 m。 钻孔布置平、 剖面分 别如图 1 、 图 2 所示。
土强度等级为 C30 。 井筒即将揭露的第五含水层 （ 组 ） 为上石盒子 组砂岩裂隙含水层 （ 共有 2 ～ 5 层， 包括 K3 砂岩 ） ， 厚 17. 10 ～ 59. 50 m， 裂隙发育， 富水性强， 前期井筒 3 穿过此层曾发生 245 m / h 的涌水， 造成淹井事故。
1
井筒水文地质特征
图2 井筒地面预注浆钻孔布置剖面
m3 / h。工作面总排水能力达 140 m3 / h。 2. 6 钻探注浆 2. 6. 1 钻探 200A 型液压钻机配合 50 mm 采用 1 台 TXU× 6 mm 地质钻杆钻进 （ 1 台备用 ） ， 采用 75 mm
2. 3
止浆垫施工与孔口管埋设 （ 1 ） 根据不透水岩层的埋藏深度、 厚度及地质 ， ， 构造情况 按设计要求 完成冻结段内壁套砌施工 掘进 1. 9 m 至 194. 1 m， 为方便施工采用平面型 后， 止浆垫。止浆垫混凝土强度等级为 C40 ， 厚 2. 5 m， 止浆垫按荒半径 3 700 mm 挖掘， 要求上部与井壁重 叠 600 mm。 （ 2 ） 孔 口 管 埋 设 时， 采 用 先 钻 孔、 后埋管的方 式， 严格按照设计孔位预埋 108 mm × 8 mm 无缝 上端焊接高压法兰盘， 做打钻注浆孔口管及检 钢管， 测孔孔口管。 上端高出止浆垫 0. 5 m， 下端深入岩 孔口管长取 4. 5 m； 用 20 mm 热轧带钢 石 1. 5 m， 筋围绕钢管外壁焊接几圈增加孔口管与止浆垫的咬 合力。 （ 3 ） 待止浆垫养护完成后， 用钻机扫掉孔口管 内水泥砂浆进行压水试验， 并联合注浆管路进行耐 压试验。压力控制在比注浆终压高 1 MPa， 压水 10 ～ 20 min 不漏即为合格， 否则注浆加固孔口管， 直至
刘桥一矿于 1981 年投产， 设计生产能力为 60 万 t / a， 经技术改造后核定生产能力为 140 万 t / a。 随着矿井开采水平的延深， 矿井通风系统阻力增大， 风量不能满足进一步采掘接替的需要， 必须对矿井 通风系统进行改造， 以降低矿井通风阻力， 增大矿井 供风量。为此， 刘桥一矿修建了北回风井。 北回风 10 孔南偏西约 240 m 处。 地面风井 井井口位于 9场地位于刘桥镇西北部、 王引河河堤以北的空地上。
图1
井筒地面预注浆钻孔平面布置
· 74·
2012 年第 11 期
李张鹏， 等： 立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价
总第 203 期
（ 2 ） 吊盘水箱至地面排水管路铺设 1 趟 108 mm 无缝钢管， 10 /600A 型凿井绞车悬 采用 1 台 2JZ吊。 （ 3 ） 工作面至吊盘水箱采用 QKS50400120kW 3 型矿用排沙潜水电泵 2 台， 单台流量 50 m / h， 通过 胶管排水。 （ 4 ） 如因井下涌水量变大而 2 台卧泵能力达不 到施工需 求， 则 增 加 吊 桶 排 水， 吊 桶 排 水 量 为 40
根据北回风井检查孔地质柱状图及钻探施工报 告资料， 井筒即将揭露的砂岩含水层厚 37. 03 m， 处 于二叠系上石盒子组， 岩性以浅灰—灰白为主， 夹泥 岩、 粉砂岩薄层， 裂隙发育， 富水性强， 可形成爆发性 循环液全部 突水危害。检查孔钻探施工至该段时， 漏失， 采用流量测井渗透系数 K = 0. 228 025 m / d 推
2012 年第 11 期
中州煤炭
总第 203 期
立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价
1 2 李张鹏 ， 胡荣杰 ， 赵 1 1 靓 ， 袁中帮
( 1． 皖北煤电集团公司 刘桥一矿， 安徽 淮北 235162 ; 2． 中国矿业大学， 江苏 徐州 221008 )
摘要： 刘桥一矿北回风井井筒穿过第五砂岩含水层前， 通过采取合理选择钻注顺序和浆液浓度 、 提高注浆压 力、 调整注浆段高划分等措施对工作面进行超前预注浆施工； 工作面预注浆； 止浆垫； 注浆压力 中图分类号： TD265． 4 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 11 － 0074 － 03
筒施工安全穿过该含水层， 对工作面进行超前预注
收稿日期： 2012 － 07 － 28 2008 年 作者简介： 李张鹏（ 1983 —） ， 男， 安徽利辛人， 助理工程师， 毕业于中国矿业大学， 现从事水文地质工作 。
PD 复合片无芯钻头， 地面直接供水作为打钻循环用 水。每次钻注施工前， 先打开孔口压盖， 对将钻注的 ， 孔口管安装孔口高压阀门 并安装防突装置， 连接牢 预防突水。 要求钻一孔， 注一孔， 注好一个孔方 固， 可施工下一个钻孔。钻孔施工顺序采取对称开孔。 2. 6. 2 注浆 工作面注浆时， 按照设计注浆孔位， 隔孔打眼注 # # # # 6 、 3 、 8 ） ； 当涌水量较大或者隔孔注浆效 浆（ 即 1 、 # 7#、 4#、 9#、 5#、 果不明显时再进行全 孔 注 浆 （ 即 2 、 10 # ） 。最后施工 2 个注浆效果检查孔， 确定钻探注 浆效果。 （ 1 ） 注浆工艺流程。 单液水泥浆经二次搅拌 → 注浆泵→输浆管→控制阀 → 孔口管 → 岩层裂隙； 双 液浆为单液浆与水玻璃， 经吸浆泵调节比例混合后 采用同样方式进行注浆； 化学浆为化学原浆与草酸 溶液， 分别采用独立管路输送至工作面 ， 经混合器混 。 合后采用同样方式注浆 （ 2 ） 浆液浓度配置与选择。 浆液主要采用单液 水泥浆， 必要时采用双液浆或者化学浆。 单液水泥 浆均选用 P. O42. 5 普通硅酸盐水泥， 水泥浆水灰比 并加入 0. 05% 三乙醇胺 在 2∶ 1 ～ 0. 5 ∶ 1 之间调整， 和 0. 5% 氯化钠化学附加剂， 缩短浆液凝固时间， 提 高水泥结合体的强度及稳定性。 （ 3 ） 压水试验。每孔终孔测水后接通输浆管路 进行压水试验， 压力由小到大逐步升压到最大注浆 终压， 测定各不同压力参数时的吸水量并绘制吸水 量曲线， 压水时间为 20 ～ 30 min。并根据压水结果， 确定起始浆液配比。 （ 4 ） 养护、 扫孔与复注。 每次注浆后养护时间 扫孔检查注浆效果。 若扫孔后钻孔 应不少于 12 h， · 75·
2 井筒净直径为 6. 5 m， 净断面积为 33. 18 m 。 采用 现浇混凝土支护， 基岩段井壁厚度为 450 mm， 混凝
浆封堵含水层
［1 ］
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2. 1
施工设计
注浆段高划分
根据钻孔实际揭露的水文地质情况， 砂岩含水 层在 － 220. 77 ～ － 257. 80 m， 预注浆从井深 191. 6 m 开始， 至井深 280. 0 m， 注浆段高 88. 4 m。采用分 段下行方式施工， 上分段为井深 191. 6 ～ 241. 6 m 范围， 分 段 高 度 50. 0 m； 下 分 段 为 井 深 241. 6 ～ 280. 0 m 范围， 分段高度 38. 4 m。 2. 2 钻孔布置 采用径向斜孔布孔方式共布置 10 个注浆孔； 井 筒中心布置 2 个检查孔。 注浆孔上口圈径 5. 5 m； 沿井筒周边均匀布置， 孔间距为 1. 699 m， 各孔终孔 位置在水平方向上超出设计荒半径 2 m， 各注浆孔 径向倾角 α = arctan（ S + A ） / H = 1 ° 54 ' 41 ″； 2 个检查 孔在井筒内东西方向布置， 距井筒中心均为 1 m， 终 孔深度超过不透水基岩 1 m。 钻孔布置平、 剖面分 别如图 1 、 图 2 所示。
土强度等级为 C30 。 井筒即将揭露的第五含水层 （ 组 ） 为上石盒子 组砂岩裂隙含水层 （ 共有 2 ～ 5 层， 包括 K3 砂岩 ） ， 厚 17. 10 ～ 59. 50 m， 裂隙发育， 富水性强， 前期井筒 3 穿过此层曾发生 245 m / h 的涌水， 造成淹井事故。
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井筒水文地质特征
图2 井筒地面预注浆钻孔布置剖面
m3 / h。工作面总排水能力达 140 m3 / h。 2. 6 钻探注浆 2. 6. 1 钻探 200A 型液压钻机配合 50 mm 采用 1 台 TXU× 6 mm 地质钻杆钻进 （ 1 台备用 ） ， 采用 75 mm
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止浆垫施工与孔口管埋设 （ 1 ） 根据不透水岩层的埋藏深度、 厚度及地质 ， ， 构造情况 按设计要求 完成冻结段内壁套砌施工 掘进 1. 9 m 至 194. 1 m， 为方便施工采用平面型 后， 止浆垫。止浆垫混凝土强度等级为 C40 ， 厚 2. 5 m， 止浆垫按荒半径 3 700 mm 挖掘， 要求上部与井壁重 叠 600 mm。 （ 2 ） 孔 口 管 埋 设 时， 采 用 先 钻 孔、 后埋管的方 式， 严格按照设计孔位预埋 108 mm × 8 mm 无缝 上端焊接高压法兰盘， 做打钻注浆孔口管及检 钢管， 测孔孔口管。 上端高出止浆垫 0. 5 m， 下端深入岩 孔口管长取 4. 5 m； 用 20 mm 热轧带钢 石 1. 5 m， 筋围绕钢管外壁焊接几圈增加孔口管与止浆垫的咬 合力。 （ 3 ） 待止浆垫养护完成后， 用钻机扫掉孔口管 内水泥砂浆进行压水试验， 并联合注浆管路进行耐 压试验。压力控制在比注浆终压高 1 MPa， 压水 10 ～ 20 min 不漏即为合格， 否则注浆加固孔口管， 直至
刘桥一矿于 1981 年投产， 设计生产能力为 60 万 t / a， 经技术改造后核定生产能力为 140 万 t / a。 随着矿井开采水平的延深， 矿井通风系统阻力增大， 风量不能满足进一步采掘接替的需要， 必须对矿井 通风系统进行改造， 以降低矿井通风阻力， 增大矿井 供风量。为此， 刘桥一矿修建了北回风井。 北回风 10 孔南偏西约 240 m 处。 地面风井 井井口位于 9场地位于刘桥镇西北部、 王引河河堤以北的空地上。
图1
井筒地面预注浆钻孔平面布置
· 74·
2012 年第 11 期
李张鹏， 等： 立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价
总第 203 期
（ 2 ） 吊盘水箱至地面排水管路铺设 1 趟 108 mm 无缝钢管， 10 /600A 型凿井绞车悬 采用 1 台 2JZ吊。 （ 3 ） 工作面至吊盘水箱采用 QKS50400120kW 3 型矿用排沙潜水电泵 2 台， 单台流量 50 m / h， 通过 胶管排水。 （ 4 ） 如因井下涌水量变大而 2 台卧泵能力达不 到施工需 求， 则 增 加 吊 桶 排 水， 吊 桶 排 水 量 为 40
根据北回风井检查孔地质柱状图及钻探施工报 告资料， 井筒即将揭露的砂岩含水层厚 37. 03 m， 处 于二叠系上石盒子组， 岩性以浅灰—灰白为主， 夹泥 岩、 粉砂岩薄层， 裂隙发育， 富水性强， 可形成爆发性 循环液全部 突水危害。检查孔钻探施工至该段时， 漏失， 采用流量测井渗透系数 K = 0. 228 025 m / d 推
2012 年第 11 期
中州煤炭
总第 203 期
立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价
1 2 李张鹏 ， 胡荣杰 ， 赵 1 1 靓 ， 袁中帮
( 1． 皖北煤电集团公司 刘桥一矿， 安徽 淮北 235162 ; 2． 中国矿业大学， 江苏 徐州 221008 )
摘要： 刘桥一矿北回风井井筒穿过第五砂岩含水层前， 通过采取合理选择钻注顺序和浆液浓度 、 提高注浆压 力、 调整注浆段高划分等措施对工作面进行超前预注浆施工； 工作面预注浆； 止浆垫； 注浆压力 中图分类号： TD265． 4 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 11 － 0074 － 03