主斜井注漿治理方案全解

1、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(jì)長度 1262.933m,1262.933m,傾角 18.818.8 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#1# 主斜井實(shí)際施工揭露情況推斷，主斜井部位第四系 表土段厚度約為 18m18m，其中上部為厚約 8m8m 的黃土層，下部為砂礫層，厚度 10m10m 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(jì)開挖長度 36m36m，垂

2、深 11.6511.65 m 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，主斜井暗槽 開挖穿過第四系下部砂礫石層長度約為 262656m56m。該砂礫層為井田主要含水層段，1#1# 主斜井施工揭露砂礫層段時(shí)涌水量達(dá)到56.9m56.9m3/h/h，且施工過程塌方嚴(yán)重。目前明槽開挖已揭露至砂礫石層頂部，實(shí)測井筒涌水量達(dá)到 282850m50m3/h/h,預(yù)計(jì)井筒繼續(xù)向下施工， 揭露含水砂礫層中下部時(shí)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(jìn)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(jìn)行封水、加固，創(chuàng)造普通法掘進(jìn)的安全施工條件。二、方案

3、要點(diǎn)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(jìn)進(jìn)尺（斜長） 39m39m，迎 頭已揭露砂2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#1#斜井位置 實(shí)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 20m20m 左右。1.1. 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(jìn)，在目前迎頭部位澆筑混凝土止?jié){墊，厚度控制在 1m1m 左右。 對于未揭露的迎頭水，根據(jù)迄今的工程經(jīng)驗(yàn)，最宜行的措施是進(jìn)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(shí)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

4、幕層。帷幕層在隔斷砂礫石含水層水與壁后的水力聯(lián)系的 同時(shí)，也發(fā)揮承載拱的作用，有效防止圍巖松動坍塌。2 2技術(shù)要點(diǎn) 迎頭段預(yù)注漿須采用鉆機(jī)成孔， 布孔密度須根據(jù)砂礫石層密實(shí)程度、 水動力特點(diǎn)、漿液滲透擴(kuò)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(jìn)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(kuò)散情 況進(jìn)行補(bǔ)充注漿，以確保注漿在斜井圍巖中封水帷幕的形成質(zhì)量?？紤]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(kuò)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(jì)1 1布孔方案1 1）注漿孔布設(shè)在

5、目前迎頭斷面布 1414 個(gè)注漿孔，注漿段長初步確定為 22m22m，孔深以注漿孔穿過 砂礫石層底板后延伸 2m2m 為基本要求。注漿孔設(shè)置初步方案為：第一輪先按圖 2 2 所示 布設(shè) 7 7 個(gè)注漿孔，終孔深度為 2535m2535m。然后插補(bǔ) 7 7 個(gè)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(shí)進(jìn)行調(diào)整。另外，由于注漿初始段注漿孔外擴(kuò)范圍較小，需補(bǔ)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(bǔ) 6868 個(gè)較大外擴(kuò)角度 的淺孔（孔深控制在510m510m）。3c :俯視圖圖 2 2 注漿孔布置示意圖2)2) 注漿孔結(jié)構(gòu)掘進(jìn)凈面邊界第

6、一輪注漿孔復(fù)注注漿孔a :正視圖4采用 7373 mmmm 鉆頭無芯掘進(jìn)，孔口管用材要求采用外徑 2.52.5 的無縫鋼管，長度不 小于 6m6m。3)3) 布孔參數(shù)注漿孔布置參數(shù)如表 1 1。表 1 1注漿孔布孔參數(shù)一覽表鉆占孔編號布孔參數(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 3 注漿工藝控制所有注漿孔均采取分段注漿方式，各分段以 5m5m 為宜：(1) 首先在止?jié){巖盤鉆進(jìn) 67m67m 提鉆、安裝孔口管、注漿固管；(

7、2) 鉆進(jìn)至 10m10m 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 5m5m 開始注漿，達(dá)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(dá)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(bǔ)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(shí)間(最好控制絮凝時(shí)間在1 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 20m20m3/h/h 以內(nèi)，且壓力不大，則可適當(dāng)延長漿液膠凝時(shí)間(可控制絮凝時(shí)間在4 4 分鐘左右)，以提高漿液的滲透擴(kuò)散范圍。第

8、一輪注漿結(jié)束后，在孔間插孔進(jìn)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(kuò)散效果較好，第二輪注漿則可適當(dāng)縮短漿液膠凝時(shí)間（可控制絮凝時(shí)間在 2 2 分鐘左右）；（2 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 35Mpa35Mpa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(shí)間（可控5制絮凝時(shí)間在 4 4 分鐘左右）；（3 3）插孔補(bǔ)注漿情況下，如套孔出水，表明漿液擴(kuò)散充填效果不理想，則套孔 后注漿要

9、適當(dāng)提高漿液注入量，且盡量延長漿液膠凝時(shí)間。（4 4）設(shè)計(jì)注漿孔全部結(jié)束注漿后，在迎頭中間部位開一檢查孔，分 5m5m 段長進(jìn)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(kuò)散情況，分析辨明外圍帷幕形成是否存在薄弱部位。 4 4注漿過程參數(shù)（1 1）停注壓力結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，確定本次注漿壓力控制為：10m10m 以淺、1020m1020m 段、20m20m 以深段注漿過程孔口壓力分別控制在 5MPa5MPa、10MPa10MPa 和 16MPa16MPa,注漿過程的瞬間沖擊壓 力可控制在 151518MPa18MPa 范圍。（2 2）漿液擴(kuò)

10、散半徑的計(jì)算用馬格公式計(jì)算并結(jié)合以往注漿經(jīng)驗(yàn)， 在足夠的注漿壓力下， 化學(xué)漿液在砂礫石 含水層中的擴(kuò)散半徑一般在 2-3m2-3m 范圍，如空隙網(wǎng)絡(luò)連通比較好的情況下，化學(xué)漿液 的串漿距離可達(dá)到 5m5m以上。（3 3）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求 2min2min 后；如單孔分段（5m5m）注入漿液超過 5 5 噸情況 下，孔口壓力仍處于低壓狀態(tài)，可及時(shí)調(diào)整甲、乙液比例，縮短漿液膠凝時(shí)間，直至 注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（ 4 4 ）封孔注漿終結(jié)后，調(diào)整甲、乙液配比進(jìn)行封孔。5 5注漿技術(shù)要求注漿后的預(yù)期效果如圖 3 3 所示。（1 1）保證漿液對壁后砂礫石層的密實(shí)充填，形成一 2 23m3

11、m 厚的封水帷幕，阻斷外 圍裂隙水向壁后滲流的通道；（ 2 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(qiáng)度，帷幕體起到防松動坍塌的承力 拱作用；（3 3）注漿后保證斜井掘進(jìn)過砂礫石層施工揭露的水量在 6m6m3/h/h 以下，且不出現(xiàn)高壓 出水點(diǎn)。6圖 3 3 注漿帷幕預(yù)期效果示意圖二、工藝環(huán)節(jié)要點(diǎn)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#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

12、，須嚴(yán)格把握以下注漿工藝要點(diǎn)：（1 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(jìn)一注漿的過程。在揭露水量低于 20m20m3/h/h 情況下，如較長時(shí)間（不少于 30min30min） 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(shí)間，待升壓后再按正 常比例繼續(xù)注漿；（2 2）本方案關(guān)于砂礫石層厚度是依據(jù) 1#1#斜井及鉆孔柱狀圖預(yù)計(jì)的，如果砂礫石 層實(shí)際厚度與預(yù)計(jì)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(shí)際厚度超 過預(yù)計(jì)厚度 3m3m 以上，則要適時(shí)對注漿方案中的部分工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行重新調(diào)整；（3 3）注漿段以穿過砂礫石層后延深 2m2m 為

13、基本要求。根據(jù)以往砂礫石層注漿施工 經(jīng)驗(yàn)，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(kuò)散不均的問題， 因此，注漿過程中要隨時(shí)觀察注漿量與注漿壓力變化情況，嚴(yán)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 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 1m1m 左右的混 凝土墊層，因本工程須采用高壓注漿，僅憑1m1m 左右的混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(jì)復(fù)合止?jié){盤厚度為10m10m，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10m10m 段長范圍采取密孔漸進(jìn)式低壓注漿，使?jié){液對迎頭 10m10

14、m 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(jì)布7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(shí)，在迎頭周邊適當(dāng)布設(shè)外撇角度較大淺孔（圖4 4 所示），以彌補(bǔ)淺段漿液擴(kuò)散范圍不足的缺陷。迎頭輪廓線-.一y V:*:*4:i. 帷幕:注漿孔b:正視圖圖 4 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 1、鉆進(jìn)工程量（1 1） 鉆孔進(jìn)尺8鉆機(jī)成孔進(jìn)尺：如按平均 30m30m 鉆孔 1414 個(gè)，12m12m 鉆孔 1212 個(gè)（構(gòu)筑復(fù)合止?jié){盤）。其中，30m30m 深孔采取 5m5m 分段套孔計(jì)算，則每個(gè) 30m30m 深孔的實(shí)際鉆進(jìn)進(jìn)尺為 105m105m； 12m12m 漸進(jìn)（套孔段長按 3m3m計(jì)）注漿，每個(gè)孔實(shí)際鉆進(jìn)進(jìn)尺為 30m30m。則成孔進(jìn)尺約為 18001800 延米。如按 10%10%補(bǔ)孔進(jìn)尺，則實(shí)際成孔進(jìn)尺約為 20002000 延米。（ 2 2）固管工程量按每個(gè)鉆孔 6m6m 計(jì)，約為 100100 延米。2 2、注漿材料用量預(yù)估如主斜井注漿段長按 22m22m 計(jì)，以漿液在壁后的竄漿范圍平均按 3m3m 計(jì)，則注漿段 則總固結(jié)體體積約為 2600m2600m3?？紤]到砂礫石孔隙度以及空