峨九井西风井筒上段围岩注浆堵水.doc

峨九井西风井筒上段围岩注浆堵水程 瑾 刘满喜 郑伟元 李广明（江西省八景煤矿 高安 330812）摘要：本文以峨九井西风井井筒围岩注浆堵水为工程案例，阐述了围岩注浆堵水的基本原理、施工工艺及施工技术要点，可为类似工程所借鉴。关键词：围岩注浆堵水 工艺 井筒围岩注浆是加固巷道围岩的一种有效方法，较为广泛地用于软岩支护。达到这一目的的途径是向存在大量裂隙的松散岩体中注入能固结硬化的浆液，使巷道周边岩体重新胶结成高强度的整体，故亦可用于堵水。1 概况1.1 峨九井西风井井筒峨九井西风井井筒于1981年7月动工兴建。井筒倾角2830，地面高程+41.90m。井筒净宽2.3m，半圆拱形断面，净高2.3m，现浇混凝土砌碹支护，拱墙壁厚0.3m。井筒在表土层和长兴灰岩层位中施工时，曾发生多次冒顶漏帮，大量水、泥、砂溃入，当时涌水量达610m3/h，在地表形成长13m、宽9m、深4m的椭球形塌陷区。经过井下、地面钻孔注浆堵水和地表塌陷区填充，当时涌水量得到控制，但由于井筒延深掘进过程中对原已被注浆堵塞的长兴灰岩岩溶及裂隙的震动破坏和井筒多年使用造成的对拱墙的破坏，致使某些地段的裂隙又相互导通。最近4年来实测矿井最大涌水量平均达27.85 m3/h，严重危害矿井的安全生产。根据峨九井西风井井筒注浆堵水设计，于1998年12月26日，1999年1月17日先后2次连续2天进行了围岩注浆堵水。1.2 地质及水文地质井筒上段实测地质剖面岩性描述（图1）：第四系（Q）：029.5m，冲积层。上部为黄土夹少量砾石，见水极易膨胀，粘性大；下部为棕黄色砂土。含水丰富，潜水位高程雨季为+37.675m，旱季为+31.4m。长兴阶（P2C）：29.576.76m，浅灰色结晶石灰岩，岩溶裂隙极为发育，溶洞规模不等，分布不均，实测最大容积为135m3（5m6m4.5m），多被棕黄色粘土半充填。溶蚀裂隙，尤其是纵裂隙发育，大部分导通地表，接受地表水的补给，最低水位高程为+22.71m。王潘里段（P2I4）：76.76122.0m，泥质粉砂岩，少量细砂岩，局部含煤线。狮子山段（P2I3）：122.0140.0m，灰白色中粒砂岩，硅质胶结。1.3 建井中的治水1981年12月当井筒施工到50m时，因黄土遇水膨胀，已成巷的拱墙被破坏，冒顶漏帮，出水溃砂，水砂溃入量达8.6 m3/h，溃入泥砂160 m3，致使在以井筒30m为中心点垮通至地面，形成半椭球形塌陷坑，井筒无法进尺，于1982年14月被迫停掘，进行注浆堵水。注浆堵水工程施工地面，井下注浆钻孔各1个，地面塌陷填方630 m3。地面注浆钻孔孔深29.88mm，孔径110mm，倾角-80，消耗水泥4t，细砂1t；井下注浆钻孔孔深32.76m，终孔孔径91mm，倾角-28.5，方位沿井筒前进方向，注浆消耗水泥4.5t。注浆堵水工程竣工后，当时残留出水量为0.25m3/h。1.4 井筒的出水现状最近4年来实测西风井井筒最大涌水量平均值为27.85m3/h，最小涌水量平均值为5.67m3/h，平均用水量12.51m3/h，围岩注浆前（1998年12月25日）实测井筒出水量为10.26m3/h，出水点可分为3带：（1）上带。井筒变坡点下22m32m，高程+31.40+26.63m，出水量1.52.0m3/h，主要水源为地表水。出水性状多为线状淋水。（2）中带。变坡点下42m48m，高程为+21.86m+19.00m；出水量6.0m7.5m3/h，主要水源为长兴灰岩水。出水性状除在井筒变坡点下42.0m和43.5m两处拱壁左下邦为股流外，其余为滴水。（3）下带。变坡点下102m123m，高程为-6.77m-16.79m；出水量0.5m3/h，主要水源为砂岩裂隙水。出水性状多为承压上升泉式渗透性状，未形成股流。井筒中、上出水带的出水量占总出水量的90%以上，其注浆残留水量和下带出水量，可作为井下防尘用水（防尘用水量伟5m3/h）。故此次注浆钻孔全部施工在中、上带，目的在于堵住中、上2带的水流。2 围岩注浆2.1围岩注浆机理西风井井筒出水具分带性，同时，同一带内的出水点按其出水性状可分为股流，线流和滴水3种，运用地面钻孔注浆，受浆液扩散半径的控制，难以满足分带性与多点性的要求，故宜采用井下注浆浅孔，利用井筒拱墙止浆，向拱墙壁外的松散岩体中注入浆液的网点注浆方法，使巷道周边岩体重新胶结成高强度的整体，从而达到固巷堵水的效果。2.2 围岩注浆材料、设备和注浆系统注浆使用的水泥为425#普通硅酸盐水泥，35波美（Be）水玻璃；注浆泵2台，水泥浆用TBW-200/40型泥浆泵，水玻璃用TBW-50/15型泥浆泵；输浆系统用KJR-16/10M或KJR-16/3M型高压输液软管及其配套的直通、三通和闸阀；注浆管用253.25mm型普通焊管。注浆系统见图2。2.3 注浆工艺2.3.1注浆孔的布置注浆钻孔用38mm的普通风钻施工，孔深0.81.2m（钻孔至少穿透30mm的拱壁），钻孔的布置根据井下出水点的性状合理布置，原则上每断面布置5个钻孔，即两帮顶上角、两帮中心及顶帮各1孔，钻孔点距按实测注浆扩散半径R（注浆压力2MPa时）1.52.0m布孔，钻孔排距按注浆半径的1.73倍（即保持排间钻孔最大点距不超过2R，故排间距为）计算，一般为2.53.5m。2.3.2注浆管的安装注浆管采用普通焊接管（内径25mm）加工而成，管长0.81.2m（其中管头丝扣0.1m，无放射小孔段0.35m，放射小孔段0.350.6m，管尾鱼尾倒扣丝0.15m），用稻草绳绑紧注浆管无放射小孔段，尔后将注浆管打入孔中，用清水试其耐压，当受压超过3MPa而管壁不松动不漏水时，视安装结束。2.3.3浆液配制与注浆工序注浆用的水泥浆液（简称C）配制的水灰重量比为1.6：10.5：1，水玻璃水泥混合浆液（简称C-S）按水泥浆与水玻璃体积比C:S为1：0.71：0.375配制，C、S浆液体积比由注浆泵的额定流量和回浆量来控制。注浆方式视井下出水点的性状采用3种：（1）注单一水泥浆液（C），其凝固时间长，注浆时浆液先沿围岩中的大裂缝向远处扩散，注浆范围大，浆液固化后粘结强度高。适用于岩体裂隙大，吸浆量多的股流性状出水点附近的注浆孔。（2）间歇注水泥水玻璃混合浆液（C-S），其凝固时间短，注浆时浆液先堵塞达裂隙或漏水通道，扩散不远就凝固封闭，从而浆液被压往小裂隙中。适用于岩体裂隙小、吸浆量少的滴水点或拱壁漏浆量较大的注浆孔。（3）交换注水泥、水玻璃单一浆液（C、S），注浆时浆液先沿岩体较大裂隙或漏水通道流动，到达扩散半径时凝固，尔后随注浆压力增大，浆液被迫压往小裂隙。适用于岩体裂隙较大，吸浆量较大的线流状出水点附近的注浆孔。以上3种注浆方式相对应的机械操作为：只运转注浆泵1系统；间歇同时运转注浆泵1、注浆泵2系统；交换运转注浆泵1、注浆泵2系统。注浆分4道工序：（1）灌注清水及试压，洗净岩体裂隙中的淤泥，寻找拱壁漏浆的地点。（2）止浆，在试注过程中拱壁漏清水的地点，用木尖缠绕稻草绳或其他材料尖牢，以防注浆时出现大量漏浆。此道工序的好坏是注浆成败的关键因素之一。（3）选择注浆方式，进行注浆。对股流性状出水点附近的注浆孔，尽量采用单注C浆，辅助交换注C、S浆液；对线流性状出水点附近的注浆孔，以交换注C、S浆为主要注浆方式；对拱壁部分漏浆点或滴水点附近的注浆孔，采用间歇注C-S混浆的注浆方式，间歇时间以不至浆液固结为宜，一般为35min。（4）当拱壁漏浆或少量漏浆，注浆泵压力达2.83.2MPa时，停止注浆，关闭注浆管口闸阀终孔。3注浆效果分析3.1技术效果西风井井筒上段围岩注浆堵水于1999年1月18日结束，实测井筒出水量由注浆前的10.26 m3/h减少到0.9 m3/h，平均堵水效果为91.23%，注浆残留水99.7%集中在由地表水补给的上带，出水标高+29.73+31.64m（井筒变坡点下21.525.5m），较注浆前出水量减少1.0 m3/h，出水标高由注浆前的+26.63m上升到+29.93m，更接近旱季潜水位高程+31.40m；中带由长兴灰水补给的出水点基本被堵住，实测注浆残留出水量约0.03 m3/h，注浆效果大于99.5%。至1999年4月底，中带出水量没有增加，上带出水量与大气降水相关，实测最大出水量达1.2 m3/h，较注浆残留水增加37.9%。3.2经济效益注浆堵水实际消耗水泥7.0t，水玻璃1.2t，注浆管20m，包括设备消耗、人工费用，折合人民币约1.5万元。取得的直接经济效益有：峨七井-270m水平的排水量每天至少减少192 m