立井井筒顶水施工一次壁后注浆防治水技术难点.doc

立井井筒顶水施工一次壁后注浆防治水技术 一、工程及地质概况 1、工程概况桦甸市丰泰油页岩矿副立井井筒位于吉林桦甸市公吉乡下连河村。该井筒井口设计标高为+278.7m，井底标高为+20.2m，井净深258.5m,井筒净直径7m.井筒有关参数如下：（1）锁口段：深度9.3m，壁厚1.7m，C30双层钢筋混凝土井壁。（2）井颈段：深度71.5m，壁厚0.5m，C30双层钢筋混凝土井壁。（3）井身段：深度178.55m，壁厚0.5m，C30素混凝土井壁。（4）井筒穿过两条老巷以及3m范围内邻近一条老巷，老巷高度为2m，该段采用C40钢筋混凝土，壁厚650mm。2、水文地质根据矿方提供的井筒柱状图，井筒处大地构造为吉黑褶皱系（）、吉林优地槽褶皱带（）、吉林复向斜（）、蛟河桦甸褶皱束（）。矿区根据该矿地层岩性、地质构造及岩石风化程度将分为松散结构岩组、层状结构岩组、碎裂结构岩组3个工程地质岩组。含水层主要有第四系砂砾石孔隙潜水和第三系桦甸组基岩风化裂隙孔隙水2个含水层。其中第四系砂砾石孔隙潜水为富水层。 二、研究背景井筒施工至+206m位置时，由于井筒穿过多层砂岩，井筒涌水量超过10m/h。根据矿山井巷工程施工及验收规范GBJ21390要求，当井筒涌水量超过10m/h时，需进行工作面预注浆。由于揭露岩层裂隙纵向发育，工作面预注浆不能保证防治水效果，并考虑到井筒较浅和建设单位工期安排，经研究，决定强行通过含水层，井筒顶水继续施工，并制定临时防治水措施，井筒掘砌结束后，再进行井筒壁后注浆。井筒继续施工又陆续穿过几层砂岩含水层和两条老巷，井筒掘砌结束后，经测量井筒涌水量达到21m。主要含水层及老巷位置详见表1。表1 含水层、老巷位置及层厚序号岩性标高（m）层厚（m）1中砂，底部含砾石，粒径20100mm+261.7+260.712细砂岩，含裂隙水+240.7+224.7163细砂岩，含裂隙水+212.7+206.46.34粗砂岩，+164.5+162.81.75砂岩、砂质泥岩+153.3+1458.36砂质泥岩+123+120.22.87第一条揭露老巷+112+11028砂岩、砂质泥岩+93.7+89.34.49第一条揭露老巷+78.3+76.3210砂岩、贝类结核石（0.5m厚）+72.1+67.94.2 三、研究过程 （一）临时防治水井筒涌水是造成井筒继续施工安全、井筒支护质量、工人作业环境的头等难题。克服这些难题就需进行临时防治水，而临时防治水主要突出一个字“截”，把涌水截断，减少上层涌水流入下段。先在下层吊盘安装一个1m*1m*1m的临时水箱，水箱内安装一台WQX20-300潜水泵，再在井筒+196m处的井壁上安装一圈截水槽，截水槽呈螺旋状，一端高，一段低，导水管接在最低处，便于全部水集中导出。上方含水层内的水通过井筒砌碹时预留的导水管流入截水槽内，再利用截水槽上的导水管导入吊盘上的水箱内，利用水箱内的潜水泵通过高压软管和固定在井壁上的一趟108管排至地面。随着井筒延伸，相继又增加3道截水槽。截水槽位置详见表2。表2 截水槽位置截水槽位置（m）垂深（m）第一道+196m82.7第二道+134m144.7第三道+64.3m214.4第四道+49m238.7 （二）井筒壁后注浆 井筒掘砌结束后，开始对井筒进行壁后注浆。 1、管路、缆线敷设利用原井筒施工时敷设的风管、电缆作为注浆时供风和供电用。在井筒内敷设一趟6分*3mm塑料管作为注浆涌水管路。2、注浆方式 井筒壁后注浆采用上行方式自下而上注浆。先对集中出水量较大的位置进行注浆，然后在自上而下进行二次复注。3、注浆设备选择和布置为满足注浆压力和排浆量，以及便于操控的要求，选用2ZBQ5/20型风动双液注浆泵。注浆泵安置在吊盘下层，并在注浆泵附近放置3个桶，其中1个装水玻璃，2个配置水泥浆，清水利用吊盘上的水箱存放。 注浆孔使用YT-28型钻机配合六方中空钻杆及42一字钻头钻孔。4、注浆材料及浆液配比壁后注浆主要以单液浆为主，双液浆为辅。浆液水灰比（重量比）为1:1；水泥浆与水玻璃体积比为1:10.6。水泥选用P.O42.5水泥；水玻璃选用液体硅酸钠型，浓度为3840玻美度，模数为2.8。浆液要随注随配，不能存放。孔口管采用40mm*6mm*500mm无缝钢管加工，外端为30mm长的丝头，内段加工成鱼鳞扣，长度300mm。使用时缠麻以增加注浆管与井壁及壁后围岩间的摩擦阻力。5、注浆压力注浆压力是浆液在受注岩体中运移和控制浆液扩散距离所需的动力，压力的大小因注浆目的不同而有所变化，控制好注浆压力可以有效的充实壁后岩石裂隙和避免对井壁的破坏。注浆压力可通过静水压力，经下列公式计算得出： Pa=Po+（0.30.5） Pb=Po+（0.50.8） Pc=Po+（0.51.5）式中：Pa注浆初始压力 MPa Pb注浆正常压力 MPa Pc注浆终止压力 MPaPo静水压力 MPa注浆压力也要综合考虑井壁的耐压强度，特别是井壁是否存在破裂、裂隙通道情况及受注岩体的可注性、水压、出水特征、所用的注浆材料、注浆机具等因素，而采用在不同层段，不同部位进行相应调整。既要达到注浆堵水之目的，又要避免对原井壁的损坏 6、注浆孔布置 A、井筒正常段每模段（3.3m）布设1排注浆孔，每排均匀布置7个注浆孔。每排注浆孔布设于井壁接茬上0.5m位置，每排注浆孔成三花型布设；注浆孔间排距为3.04*3.3m。注浆孔的布设间距及数量可根据井壁渗漏情况、壁后岩性、井壁质量及窜浆情况做适当调整。在渗漏严重井段或井壁薄弱部位，为取得封水和加固的双重效果，可适当加密布孔。B、井底和马头门处为防止壁后裂隙构成上部水下渗通道，渗入井底和马头门内。因此，井底最后一模和马头门上第一模当加密注浆孔，孔间排距为2.16*1.1m，孔深加深至3m，进行注浆，以提高注浆质量。C、沙岩层及老巷段根据井筒地质柱状图，对厚度超过1m的沙岩层及老巷位置的注浆深度适当加深，防止上部水下渗。具体参数详见表1，现场可根据实际情况调整。 7、孔口管埋设钻孔结束后，埋设孔口管，孔口管外漏不大于50mm，便于安装球阀。8、单孔注浆结束标准A、同一水平注浆孔的阀门全部打开，当孔口管冒浆后，将阀门逐一关闭，当注浆压力达到要求，并且进浆量小于23L/min时，可使用双液浆进行封孔。；B、若单孔注入浆液长时间不升压，可停止该孔注浆，使用双液浆进行封孔。 9、跑浆处理跑浆在一定程度上反映了浆液的扩散距离和浆液的渗透路径，如注浆开始较短时间且泵压较低情况下井壁局部即出现严重窜浆，表明壁后围压裂隙发育程度极不均匀，由此不但容易造成浆液的浪费，也会影响壁后浆液的均匀扩散。所以，如井壁局部出现严重跑浆，要及时采取措施进行处理。A、如开始注浆较短时间、注浆量较少（单孔注入量低于0.1t），且泵压较低情况下接茬缝或薄弱井壁壁面即出现严重窜浆、渗浆现象，要及时停止注浆，间隔10分钟左右待注入浆液初步固化后，加深注浆孔0.51.0m进行补注； B、如只是井壁个别缝隙、裂隙出现跑浆，可及时用纱布或木楔进行堵塞。如堵塞效果较好可继续注浆直至达到停注标准；如堵塞后跑浆情况不断严重，可间歇数分钟（不超过10分钟）后再继续保持低压注浆（间歇前应将管路中残留浆液压出，以免堵塞管路），如间歇后再注时泵压骤然升高，应及时停注，并加深0.51.0m套孔进行二次补注；C、如井壁出现大范围多点跑浆，且跑浆情况不是太严重情况下，可采用间歇式（一般不超过5分钟）注浆；或调节浆液中的凝胶配比加入量，缩短浆液的凝固时间，通过加快浆液的凝胶速度取得以浆顶水的技术效果。 10、注意事项A、在吊盘作业人员必须系好安全带，佩戴好防护眼镜和乳胶手套。B、注浆时，所有作业人员不得站在孔口管对面，以防压力过大注浆管顶出或浆液喷出伤人。C、注浆时必须安排专人时刻注意井壁混凝土变化，发现井壁掉皮、开裂、凸起时，立即停止注浆，并及时打开泄压阀，泄压后注入双液浆补强。（3） 注浆效果井筒共穿过8条含水层和两条老巷，井筒掘砌结束后，一次注浆堵水成功。注浆结束后，经测定井筒涌水量5.5m3/h.，集中出水点涌水量0.5m3/h，注浆取得了良好的效果。四、经济效益本次壁后注浆堵水历时15天。若井筒施工过程中工作面进行预注浆，根据井筒掘进过程中的涌水量，需要进行3次预注浆，即表示需进行6次工序转换，每次工序转换前，需做大量准备工作，浪费大量人力物力，并且严重制约工程工期。按每次工作面预注浆10天计算，顶水施工一次壁后注浆堵水比3次工作面预注浆可节省工期15天。我项目部正常施工时每天平均出勤人数55人，平均工资每人200元；电费平均每天4000元；设备租赁费平均