主斜井注漿治理方案

1、山西華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲礦主斜井砂礫石層段注漿方案一、工程概況華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲礦通風(fēng)系統(tǒng)改造（二期）主斜井位于沙曲礦工業(yè)廣場內(nèi)，斜井設(shè)計長度1262.933m，傾角18.8°，穿過新生界松散層和煤系巖層段，煤系段層序自上而下依次為二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組和石炭系太原組。根據(jù)已有的鉆探資料和該礦1#主斜井實際施工揭露情況推斷，主斜井部位第四系表土段厚度約為18m，其中上部為厚約8m的黃土層，下部為砂礫層，厚度10m左右。主斜井淺部采用明槽開挖方式施工，受場地條件限制,明槽設(shè)計開挖長度36m，垂深11.65 m左右，其下采取暗槽開挖方式。根據(jù)斜井穿過地層預(yù)想剖面，

2、主斜井暗槽開挖穿過第四系下部砂礫石層長度約為2656m。該砂礫層為井田主要含水層段，1#主斜井施工揭露砂礫層段時涌水量達到56.9m3/h，且施工過程塌方嚴重。目前明槽開挖已揭露至砂礫石層頂部，實測井筒涌水量達到2850m3/h，預(yù)計井筒繼續(xù)向下施工，揭露含水砂礫層中下部時的涌水量會更大，并可能伴隨有流砂現(xiàn)象。為確保采用普通法掘進通過第四系下部砂礫石層段，決定采用工作面迎頭帷幕預(yù)注漿方法對該砂礫石層段進行封水、加固，創(chuàng)造普通法掘進的安全施工條件。二、方案要點主斜井表土層掘進迎頭層位組合結(jié)構(gòu)如圖1所示。砂礫石層10m8m迎頭止?jié){墊18.8°S黃土揭露段注漿段圖1主斜井迎頭砂礫石層預(yù)注漿

3、段示意圖 根據(jù)建井施工單位施工單位提供的資料，目前主斜井掘進進尺（斜長）39m，迎頭已揭露砂礫石層頂部，由此推斷主斜井位置砂礫石層分布情況與鄰近的1#斜井位置實際揭露的情況相近，按主斜井預(yù)想地層剖面分析，迎頭前方可能穿過的砂礫石層厚度（斜長）在20m左右。1. 基本思路 鑒于目前工作面迎頭已揭露出水，為防止圍巖松動坍塌，建議停止掘進，在目前迎頭部位澆筑混凝土止?jié){墊，厚度控制在1m左右。對于未揭露的迎頭水，根據(jù)迄今的工程經(jīng)驗，最宜行的措施是進行迎頭長段預(yù)注漿，通過高壓注漿使?jié){液對砂礫石層孔隙網(wǎng)絡(luò)實施有效充填、膠結(jié)，使其在斜井井壁外圍周邊形成一定厚度的帷幕層。帷幕層在隔斷砂礫石含水層水與壁后的水力

4、聯(lián)系的同時，也發(fā)揮承載拱的作用，有效防止圍巖松動坍塌。2技術(shù)要點迎頭段預(yù)注漿須采用鉆機成孔，布孔密度須根據(jù)砂礫石層密實程度、水動力特點、漿液滲透擴散效果等綜合情況確定。由于目前不掌握這方面的資料，所以迎頭預(yù)注漿布孔采取分步進行：即先按一定密度布孔、注漿，然后，插孔檢查并根據(jù)漿液擴散情況進行補充注漿，以確保注漿在斜井圍巖中封水帷幕的形成質(zhì)量。考慮到砂礫石層為孔隙性介質(zhì)，且注漿段長較大，常規(guī)水泥注漿的滲透擴散效果極為有限，須采取化學(xué)注漿特殊工藝，以保證普通法掘井所需的注漿封水、加固效果。三、方案設(shè)計1布孔方案1）注漿孔布設(shè)在目前迎頭斷面布14個注漿孔，注漿段長初步確定為22m，孔深以注漿孔穿過砂礫

5、石層底板后延伸2m為基本要求。注漿孔設(shè)置初步方案為：第一輪先按圖2所示布設(shè)7個注漿孔，終孔深度為2535m。然后插補7個復(fù)注孔，孔深及布孔部位可根據(jù)第一輪注漿量、泵壓及串漿情況適時進行調(diào)整。另外，由于注漿初始段注漿孔外擴范圍較小，需補充必要的淺孔，以使?jié){液能夠在巷道外圍形成帷幕。初步考慮在迎頭巷道周邊以大致等距增補68個較大外擴角度的淺孔（孔深控制在510m）。a :正視圖244661.5m掘進凈面邊界第一輪注漿孔3355 復(fù)注注漿孔2.7m271875.4mb :側(cè)視圖20°巷道頂板巷道底板注漿孔注漿孔編號23°19°15°17°18.8&#

6、176;c :俯視圖巷道側(cè)幫巷道側(cè)幫注漿孔編號注漿孔12°10°12°10°圖2 注漿孔布置示意圖2）注漿孔結(jié)構(gòu)采用73 mm鉆頭無芯掘進，孔口管用材要求采用外徑2.5的無縫鋼管，長度不小于6m。 3）布孔參數(shù) 注漿孔布置參數(shù)如表1。表1 注漿孔布孔參數(shù)一覽表 鉆孔編號布孔參數(shù)傾角/°-23*-23-20-19-18-17-15-15水平夾角*/°03555330孔深/m2525253035353737注*）：水平夾角為斜巷垂直軸面與鉆孔軸向之夾角；注*）：-23“-”為俯角，如圖2b3注漿工藝控制所有注漿孔均采取分段注漿方式，各分段

7、以5m為宜：（1）首先在止?jié){巖盤鉆進67m提鉆、安裝孔口管、注漿固管；（2）鉆進至10m開始注漿，注漿壓力不宜過大，主要是硬化該深度范圍砂礫石層，以與迎頭混凝土噴層共同承受注漿壓力；（3）套孔注漿：套孔延深5m開始注漿，達到停注標(biāo)準(zhǔn)后，繼續(xù)套孔再延深鉆孔、注漿.直至終孔深度，達到停注標(biāo)準(zhǔn)后封孔。第一輪注漿如鉆孔揭露出水較大，且有一定壓力，表明砂礫石含水層補給充分，滲透通道較暢。這種情況下，要合理調(diào)配化學(xué)漿液膠凝時間（最好控制絮凝時間在1分鐘左右），防止?jié){液遇水稀釋，且適當(dāng)提高注漿壓力；如砂礫石層揭露出水在20m3/h以內(nèi)，且壓力不大，則可適當(dāng)延長漿液膠凝時間（可控制絮凝時間在4分鐘左右），以提

8、高漿液的滲透擴散范圍。第一輪注漿結(jié)束后，在孔間插孔進行第二輪復(fù)注。第二輪插孔復(fù)注根據(jù)以下情況靈活掌握：（1）如第一輪注漿孔揭露水量大、水壓高，注漿過程泵壓較低且注漿量較大，注漿后插孔揭露出水明顯較第一輪降低，則表明第一輪注漿擴散效果較好，第二輪注漿則可適當(dāng)縮短漿液膠凝時間（可控制絮凝時間在2分鐘左右）；（2）如第一輪注漿孔揭露水量不大，但水壓高，第一輪注漿過程泵壓維持在不低于35Mpa情況下具有一定的吃漿量，且終孔壓力較高，則第二輪插孔注漿則適當(dāng)延長漿液膠凝時間（可控制絮凝時間在4分鐘左右）；（3）插孔補注漿情況下，如套孔出水，表明漿液擴散充填效果不理想，則套孔后注漿要適當(dāng)提高漿液注入量，且盡

9、量延長漿液膠凝時間。（4）設(shè)計注漿孔全部結(jié)束注漿后，在迎頭中間部位開一檢查孔，分5m段長進行檢查：如鉆探出水承壓，放水觀察水壓變化，以辨明是否窩水；如鉆探揭露為滲水或無水，則壓漿觀察漿液擴散情況，分析辨明外圍帷幕形成是否存在薄弱部位。4注漿過程參數(shù)（1）停注壓力結(jié)合以往工程經(jīng)驗，確定本次注漿壓力控制為：10m以淺、1020m段、20m以深段注漿過程孔口壓力分別控制在5MPa、10MPa和16MPa，注漿過程的瞬間沖擊壓力可控制在1518MPa范圍。（2）漿液擴散半徑的計算用馬格公式計算并結(jié)合以往注漿經(jīng)驗，在足夠的注漿壓力下，化學(xué)漿液在砂礫石含水層中的擴散半徑一般在2-3m范圍，如空隙網(wǎng)絡(luò)連通比

10、較好的情況下，化學(xué)漿液的串漿距離可達到5m以上。（3）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿終壓達到設(shè)計要求2min后；如單孔分段（5m）注入漿液超過5噸情況下，孔口壓力仍處于低壓狀態(tài)，可及時調(diào)整甲、乙液比例，縮短漿液膠凝時間，直至注漿終壓達到設(shè)計要求。（4）封孔注漿終結(jié)后，調(diào)整甲、乙液配比進行封孔。5注漿技術(shù)要求注漿后的預(yù)期效果如圖3所示。（1）保證漿液對壁后砂礫石層的密實充填，形成一23m厚的封水帷幕，阻斷外圍裂隙水向壁后滲流的通道；（2）帷幕注漿要對斜井壁后砂礫石層取得防滲加固的雙重效果，即壁后帷幕體不但要有充分的防水效果，也要具有較高的抗破壞強度，帷幕體起到防松動坍塌的承力拱作用；（3）注漿后保證斜井掘進過

11、砂礫石層施工揭露的水量在6m3/h以下，且不出現(xiàn)高壓出水點。注漿帷幕圖3 注漿帷幕預(yù)期效果示意圖二、工藝環(huán)節(jié)要點由于主斜井缺少砂礫石層賦水情況探查資料，難以對其導(dǎo)水性和連通性作出準(zhǔn)確的把握。但根據(jù)主斜井已揭露出水情況，結(jié)合已有的1#斜井施工揭露出水資料分析，主斜井向下揭露砂礫石層的出水可能性較大。因此，為充分保障砂礫石層注漿堵水效果，須嚴格把握以下注漿工藝要點：（1）原則上要求鉆孔出水后即開始注漿，待升壓后停注，漿液固結(jié)后再重復(fù)套孔鉆進注漿的過程。在揭露水量低于20m3/h情況下，如較長時間（不少于30min）低壓狀態(tài)下吃漿量較大，則適當(dāng)加大甲乙液比例縮短漿液膠凝時間，待升壓后再按正常比例繼續(xù)

12、注漿；（2）本方案關(guān)于砂礫石層厚度是依據(jù)1#斜井及鉆孔柱狀圖預(yù)計的，如果砂礫石層實際厚度與預(yù)計的厚度出入較大，則需適當(dāng)調(diào)整注漿方案。如砂礫石層實際厚度超過預(yù)計厚度3m以上，則要適時對注漿方案中的部分工藝細節(jié)進行重新調(diào)整；（3）注漿段以穿過砂礫石層后延深2m為基本要求。根據(jù)以往砂礫石層注漿施工經(jīng)驗，砂礫石層如存在孔隙連通性不均勻問題情況，化學(xué)漿容易出現(xiàn)擴散不均的問題，因此，注漿過程中要隨時觀察注漿量與注漿壓力變化情況，嚴格防止因漿液滲透不均而導(dǎo)致壁厚帷幕局部薄弱或缺失的問題；（4）考慮到斜井迎頭澆筑止?jié){盤的施工難度，初步要求在迎頭噴筑1m左右的混凝土墊層，因本工程須采用高壓注漿，僅憑1m左右的混

13、凝土墊層無法滿足高壓力止?jié){要求，因此，須在迎頭構(gòu)筑復(fù)合止?jié){巖盤。設(shè)計復(fù)合止?jié){盤厚度為10m，考慮到砂礫石層為松散介質(zhì)，承力和止?jié){效果較差，因此，要求在迎頭10m段長范圍采取密孔漸進式低壓注漿，使?jié){液對迎頭10m深度范圍產(chǎn)生整體固化效果。另一方面，砂礫石層段設(shè)計布控因角度限制，淺部注漿孔外撇有限，形成的壁厚帷幕易受掘井施工破壞，因此，在構(gòu)筑復(fù)合止?jié){盤時，在迎頭周邊適當(dāng)布設(shè)外撇角度較大淺孔（圖4所示），以彌補淺段漿液擴散范圍不足的缺陷。掘進方向復(fù)合止?jié){盤外撇注漿孔a：側(cè)視圖帷幕b：正視圖：注漿孔迎頭輪廓線圖4 迎頭復(fù)合止?jié){盤構(gòu)筑布孔示意圖三、注漿材料化學(xué)漿建議采用中國礦業(yè)大學(xué)開發(fā)研制的專用化學(xué)注漿材料（溶膠樹脂）。四、 工程量及注漿材料消耗量1、鉆進工程量（1） 鉆孔進尺鉆機成孔進尺：如按平均30m鉆孔14個，12m鉆孔12個（構(gòu)筑復(fù)合止?jié){盤）。其中，30m深孔采取5m分段套孔計算，則每個30m深孔的實際鉆進進尺為105m；12m漸進（套孔段長按3m計）注漿，每個孔實際鉆進進尺為30m。則成孔進尺約為1800延米。如按10%補孔進尺，則實際成孔進尺約為2000延米。（2）固管工程量按每個鉆孔6m計，約為100延米。2、注漿材料用量預(yù)估如主斜井注漿段長按22m計，以漿液在壁后的竄漿范圍平均按3m計，則注漿段則總固結(jié)體體積約為2600m3?？?/p>