凍結(jié)井表土段注漿專業(yè)技術(shù)方案比較及效果評價

1、凍結(jié)井表土段注漿技術(shù)方案比較及效果評價-建筑論文凍結(jié)井表土段注漿技術(shù)方案比較及效果評價王軍勇（鄭州華轅煤業(yè)有限公司，河南 新鄭451171）【摘要】李糧店煤礦主井周圍地層在注漿加固治理過程中，通過對井筒原 凍結(jié)管割孔、射孔、新打孔三種注漿方案進行技術(shù)、經(jīng)濟比較，找到了適合本地 層注漿的有效方法，獲得了較好的技術(shù)、經(jīng)濟效果，為地質(zhì)條件類似的礦井注漿 施工提供了經(jīng)驗。關(guān)鍵詞凍結(jié)井；表土段注漿；方案比較；效果評價鄭州華轅煤業(yè)有限公司李糧店煤礦主井井筒5.0m，井深765m，因地質(zhì)原因，井筒50270m段淋水加大，同時地表出現(xiàn)縫隙及沉陷區(qū)。為防止井筒淋 水繼續(xù)增大及周圍地層沉陷導(dǎo)致井筒被破壞的危險。決

2、定在主井周圍半徑20m范圍內(nèi)進行地層注漿加固。通過對周圍地層的擠密加固，一是封堵井筒周圍涌水 通道，二是通過注漿提高其周圍地層的穩(wěn)定性， 避免井筒因周圍地層固結(jié)沉降而 受豎向附加力的影響，發(fā)生井壁破損。1井筒水文地質(zhì)特征主井第四系、新近系松散沉積巖組主要由粘土、 砂質(zhì)粘土和細砂、礫石組成， 厚度479.20m。第四系主要含水層是粉砂，松散，飽和，含水較強；次為粉土， 含水一般；第四系底部的含礫粉質(zhì)粘土和礫石層厚度0.98m5.32m，局部被粘土膠結(jié)減小了其含水和透水性， 含水一般；中上部粉質(zhì)粘土透水性較差，含水 較弱。第四系隔水層主要是粘土，局部能起到一定的隔水作用。第三系含水層主要是粉細砂及

3、中粗砂、 礫砂，密實，濕飽和，局部弱膠結(jié), 中砂、粗砂均含少量礫石，主要富水段在中上部，下部含水性變差，富水性弱。第三系隔水層主要是粘土和粉質(zhì)粘土，可塑 -堅硬，弱膠結(jié)。隨著埋深的增加， 壓實作用及固結(jié)作用使巖層逐漸密實， 垂向上含水層的含水性逐漸減弱，隔水層 的隔水性逐漸增強。2 施工萬案利用主井原有凍結(jié)管對主井周圍受擾動土層進行注漿， 注漿范圍為：深度0 280m，水平方向以主井井筒中心為中心，從內(nèi)半徑 3.4m （井壁外緣處）至外 半徑17m（外圈凍結(jié)孔布置圈半徑9m +漿液有效擴散半徑8m）的環(huán)形空間。此 次注漿，主要利用原主井凍結(jié)管進行割管注漿， 射孔注漿和新打孔注漿作為比較 方案1

4、，以評價注漿效果2.1 注漿孔布置原則主井原有凍結(jié)孔的選用，遵循“分散、多孔、均勻布孔注漿”的原則，確定如下：（1）利用主井井筒原凍結(jié)鉆孔，外圈孔選14個鉆孔，盡可能均勻布置（擬 采用 W5、W15、W26、W37 , W11、W20、W32、W41 , W2、W29、W8、 W23、W16、W36 )0(2) 利用原有部分凍結(jié)孔進行透孔割管注漿處理主井周圍 280m以上擾動 地層，如選定的的凍結(jié)管因斷裂、彎曲嚴重無法利用時，可選用相鄰的凍結(jié)管進 行割管注漿。(3) 射孔注漿原則上利用與割管相鄰的凍結(jié)孔，保證注漿有一定的擴散半徑與相鄰孔注漿交圈，形成一定厚度閉合的帷幕；如原有凍結(jié)鉆孔確實無法利

5、用 則需重新打孔注漿。注漿鉆孔布置詳見如圖1。2.2 鉆孔施工順序及注漿方式(1) 主井注漿鉆孔施工順序：W15W、W26、W37 W11、W20、W32、W41 W2、W8、W16、W23、W29、W36。(2) 主井原凍結(jié)鉆孔外圈所下凍結(jié)管為 159 x 7mm無縫鋼管，設(shè)計透孔 深度280m,鉆機安裝到位后采用相應(yīng)鉆頭透孔至設(shè)計深度，采用上行式分段注 漿；新打孔選用50m159 x 7mm無縫鋼管作為孔口管，采用下行式分段注漿。2.3注漿段高注漿段高即一次注漿的鉆孔長度。分段注漿是保證注漿質(zhì)量的重要技術(shù)措施 之一。在每個段高底部及該段相應(yīng)含水砂層處采用割管為主，射孔為輔的作業(yè)方式，盡可能

6、多孔同層位同步注漿，同層位交叉注漿，力求漿液分散均勻。依據(jù)上述段高劃分原則，將各井筒注漿段進行段高劃分，將受擾動嚴重的地層(一般為砂層)作為重點注漿段。主井劃分為11個段高，段高長度1530m。1. dla'i捕乳沖溝注UM120a110議屛血Q.4-CL631IjO-U巧j.JO2*0,7-14初<1712H如2J0L»- U140,70303Z5232J0i*ZSL<IJ曲ITCF IM2031L2-1Bl.l-L?7iw 210417JI13J. 1J?1-i皿203211-1023024515330242.9 XfiL41210153152134陽&quo

7、t;陽妙帥J閒32U 4,21,25- 14JT22.4 注漿壓力理論與實踐經(jīng)驗均表明：當注漿壓力與土層原始地應(yīng)力之差大于土層的抗劈裂強度時，土層中即可進漿。根據(jù)礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范2有關(guān)規(guī)定，此次設(shè)計的注漿終壓值取靜水壓力 1.21.5倍(靜水位一般從孔口起算)， 既能保證主井周圍受擾動地層形成的空隙經(jīng)注漿后得到有效充填、 密實，也能保 證井筒在注漿施工期間不受損害，確保主井井壁的安全。上限取值為：P 上=1.5H/100(MPa)下限取值為：P 下=1.2H/100(MPa)式中H為注漿深度，單位為m。注漿時為了方便和安全，壓力值以注漿泵上表壓數(shù)據(jù)為準，P表二P終-(p 漿一 p水)

8、H/100 ，卩漿=1.41.6g/cm3?？梢愿鶕?jù)注漿情況進行一定程度的 調(diào)整。達到設(shè)計注漿量時，注漿終壓取下限值；達不到設(shè)計注漿量時，注漿終壓 取上限值2.5 注漿結(jié)束標準（1）注漿壓力達到設(shè)計最大注漿壓力且穩(wěn)定 10mi n以上時停止該段高的 注漿。（2） 當一個段高的注漿量達到設(shè)計量的120%，孔口注漿壓力（泵壓）達 設(shè)計值80%以上并穩(wěn)定10min時結(jié)束該段高注漿。（3） 任一段高的注漿量達設(shè)計值的150%時，盡管壓力不升也應(yīng)停止該段 高注漿。（4）主井井口地面抬升量一旦達到安全限值，必須立即結(jié)束主井注漿。2.6 注漿材料及注漿配比水泥：采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰：粉煤灰

9、宜采用一級灰，水玻璃：模數(shù)2.43.4,波美度為3042Be '。粉煤灰水泥漿水固比取 0.6 ：1:1,固相比水泥：粉煤灰取0.1:0.90.45 :0.55 （質(zhì)量比）。本次注漿選用水：水泥：粉煤灰：添加劑=1: 0.2 : 0.8 : 0.02漿液配方。2.7 漿液注入量及材料用量預(yù)計計算公式：QI k X斤"聲伽!式中：Q漿液體積（m 3）;A 漿液超擴散消耗系數(shù)，取 1.2 ;R以井筒中心為基點的漿液有效擴散距離（ m ），R+L ;r注漿半徑（m ），r主井=9m ;L漿液沿徑向方向的最小有效擴散距離，主井取8m ;H注漿段總段咼（m ）, H主井=230m ;m

10、漿液結(jié)石率，m=0.85 ;B漿液充填系數(shù)，B=0.9 ;n 地層平均漿液充填率（%）,主井取1.75%。3 鉆注施工鉆注設(shè)備主要配備TXB-1000型鉆機,TSJ-1000型鉆機、TBW-850/5 型泥 漿泵、NBB250/60 型泥漿泵、JDT-6型陀螺測斜定向儀、5LZ95型螺桿鉆具、BQ-350型注漿泵等，這些設(shè)備性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好，滿足工程施工需要。主井所選凍結(jié)管用同徑無縫鋼管焊接到原地表以上 0.4m，然后對凍結(jié)溝槽進行 回填，在井口周圍用三七灰土分層夯實做灰土盤。在距井筒井心 50m處的適宜 位置建造8個泥漿循環(huán)池（單個泥漿池規(guī)格為 2 X 2.5 X 2m并配有相應(yīng)的循環(huán) 溝

11、槽，以此作為鉆孔施工的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。4效果評價4.1 割管注漿主井首先選取 W-5#、W-15#、W-26#、W-37#這4個基本上互成 90 °夾角的凍結(jié)管作為割管注漿孔。注漿效果分析：（1）總注漿量為248.75m3，注漿效果不甚理想。因此選擇 W-20#、W-36#、W-41#3個凍結(jié)管作為第二組孔，進行射孔注漿試驗，同時在主井井筒中心與 W-11#孔連線外側(cè)3米處新打一個注漿試驗孔X-11#,對割管注漿、射孔注漿和 新打孔注漿3種注漿方法進行對比，同時以此來進一步判斷主井280米以上地層的受擾動程度（2）主井第二組孔透孔至280米后，對第十一注漿段進行再次割管注漿試 驗，其中

12、 W-20#的割管深度為266m、271m、275m、280m，W-36#的割管 深度為 265m、270m、275m、280m，W-41# 的割管深度為 266m、271m、 275m、280m ;經(jīng)壓水試驗判定該段并不具有可注性（壓水試驗壓力分別為 2.7MPa、2.9MPa、3.0MPa），于是在第十段開始選擇射孔注漿法進行試驗。（3）主井 W-20#、W-41#第十段、W-36#第一段射孔深度分別為、，壓水試驗壓力分別為 1.0MPa、 0.5MPa、1.2MPa ;之后選用稀漿進行注漿，W-20#注漿量12.95m3，W-41# 注漿量23.45m3，W-36#注漿約18、19分鐘壓

13、力就達到2.3MPa，根據(jù)計算 分析，這個時間漿液剛剛好達到割口深度向地層內(nèi)充填，因此實際上該段地層并未進漿。衷2漿薇注入豎與注漿材料用預(yù)計表Q15注漿榊 比0-45)55gCL602腫水皚時膠水泥水篦mJ1主并4372hl13751223IB371«1542M476«|吊=().45:0.55 比)水虎尿比ii1.40JS：11609213121(MWIGB8555401230J5：!67921 >52222321925J12H3S57521210.7:11?532144154S2519二八1490,*：1192323541W725472側(cè)5N4KW92123Sif

14、t'in)(»1/ MIL,汪絮Mt ()!峯醫(yī)i主民50 245SO 2J52.4 Ifi0+245 沖)2410 261.547 ,250.2.26(1(UAD.0(U沖尊* -12 沖.2JM&2MOC.7.K?衣4 列W'段 ft' ill)耕耳解t(tt)力HIM址琴簟注拿孽區(qū)方¥#*«*-tSO-2 IO50 2 J O5110Hr190此擔過丈A2IO-2M)211. J -11V.6214.221 22ft,03SLH1S,««:13024523i5 2451':W-LS0fTHi建大+H

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16、522-2A0u+：十245 2fi02-1S.0 26132.251.256.250-5.:、+1應(yīng)”抽inS.u 17J.0単M 27.51>440»dt4.2 射孔注漿根據(jù)注漿情況再次調(diào)整射孔方案，決定對 W-20#、W-41#兩個凍結(jié)孔進行全段注射孔漿，射孔壓水/注漿數(shù)據(jù)如下表。AHLilJkCm)出水試It味力 iMFt)詫事站耕力 MB*)i六W'tWVhlVid叫M11.2021.229.«hflHtA221227l.S丸224529S.243hl12+加靈2和1 -360-2«0=_表日：訓(xùn)r廣孔：St高聲)射也柿.黃 Im)庶水試瞳

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18、ra1)注林低itrMP>亠Sfl-SSa itL75rl I ；1.t0.3J<j2用葦.扎11咆*77冊-國03畀i聲匹140-194u43.5g用監(jiān)扎趣里HQJ'；、ln«注漿效果分析:新打鉆孔X-11#孔單孔注漿量229.6m3，因其穿透多層地層可注面增加,加之孔口管固結(jié)作用，增強了注漿效果?？紤]到固管效果的影響(3次因孔口返漿終止注漿），注漿量比較可觀。5 經(jīng)濟比較根據(jù)合同要求，透孔割管綜合費用180元/m ;1m射槍射孔5000元/次（2m 射槍8500元/次），遙測車出場費35000元，定位費15000元/天；新打孔套管 270元/m，鉆孔450元/m，水泥-粉煤灰1:1漿液358元/m3。如全部采用透 孔割管費用總計為 579600元，射孔費用達 1408000元，而新打孔費用為 757620元（按6個孔位計）；通過經(jīng)濟對比，新打孔費用比透孔割管費用略高， 是射孔費用的一半多一點，而注漿效果卻是此中方案中最好的。因此，表土層注漿，無論從注漿效果，還是經(jīng)濟合理性上，新打孔都占有明顯優(yōu)勢。6結(jié)論通過對主