王松青，向 陽(yáng)，陳廷虎

1.中煤礦山建設(shè)集團(tuán)二十九工程處，安徽宿州，234000；2.武昌理工學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢，430223

封閉式回風(fēng)立井井筒注漿堵水施工工藝

王松青1，向 陽(yáng)2，陳廷虎1

1.中煤礦山建設(shè)集團(tuán)二十九工程處，安徽宿州，234000；2.武昌理工學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢，430223

主要論述了封閉式回風(fēng)立井井筒注漿堵水施工工藝：通過在風(fēng)井井筒周圍因地制宜地布置提升井架、穩(wěn)絞車等提升系統(tǒng)，在風(fēng)井防爆蓋上實(shí)際投點(diǎn)割下繩孔，把吊掛鋼絲繩通過下繩孔穿入井筒下放至風(fēng)井井底，在井下口進(jìn)行組裝和懸掛吊盤，安裝信號(hào)系統(tǒng)，從而形成井筒提升系統(tǒng)。井筒提升系統(tǒng)形成后利用吊盤對(duì)井筒進(jìn)行實(shí)際檢查，對(duì)出水點(diǎn)有針對(duì)性的注漿處理，達(dá)到封堵水的目的。其中，封閉式回風(fēng)立井井筒注漿施工技術(shù)及松散層段壁后注漿施工的防范措施，為同類型的工程施工提供經(jīng)驗(yàn)。

封閉式；回風(fēng)立井；注漿堵水

回風(fēng)立井是用來抽出全礦井或采區(qū)風(fēng)流的井筒。井筒因擔(dān)負(fù)著煤礦井下通風(fēng)任務(wù)，設(shè)置專用回風(fēng)立井不但增強(qiáng)了礦井的抗災(zāi)能力，而且可使礦井的漏風(fēng)率減少2%～3%[1]。

由于地下水源的長(zhǎng)期流失、地層動(dòng)力的變化，經(jīng)常造成井筒不同程度的損壞，井筒涌水量增大[2]56。近年來，淮南、淮北、永城、徐州、兗州等礦區(qū)的回風(fēng)立井井筒不同程度地遭受破壞，井壁多處出現(xiàn)滲水、淋水及涌水現(xiàn)象，甚至還出現(xiàn)涌砂，涌水量逐漸增大，嚴(yán)重影響礦井回風(fēng)效果、風(fēng)機(jī)運(yùn)行以及風(fēng)井井壁安全，危及到礦井的安全。為此，本文針對(duì)兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦東、西回風(fēng)立井和國(guó)投新集二礦中央回風(fēng)立井注漿堵水治理的實(shí)踐，對(duì)封閉式回風(fēng)立井井筒注漿堵水施工工藝進(jìn)行探討。

1 回風(fēng)立井井筒注漿堵水施工方案

(1)設(shè)計(jì)、安裝臨時(shí)井架、穩(wěn)絞車、吊盤和井筒信號(hào)等提升設(shè)施，確保井筒提升系統(tǒng)。

(2)井筒提升系統(tǒng)形成后，自上向下檢查井筒，了解井筒的破壞情況，找出井筒出水位置，完善注漿堵水設(shè)計(jì)和施工措施。

(3)采用上行式注漿方式對(duì)井筒進(jìn)行堵水注漿。

(4)自上向下檢查，對(duì)其他集中出水點(diǎn)增加布孔進(jìn)行堵水注漿。

2 施工方法及步驟

2.1 注漿施工準(zhǔn)備工作內(nèi)容及安排

(1)施工提升絞車、穩(wěn)車及井架基礎(chǔ)。

(2)安裝絞車、穩(wěn)車、井架、天輪平臺(tái)及掛鋼絲繩。

(3)組裝吊盤及輔助裝置。

(4)掛裝井內(nèi)照明、通訊、信號(hào)電纜。

(5)調(diào)試提升系統(tǒng)，利用吊盤檢查井壁，完善設(shè)計(jì)和措施。

(6)安裝攪拌站及注漿系統(tǒng)。

2.2 提升及懸吊設(shè)施布置原則

(1)井架采用Ⅰ型鋼管井架改造，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件做適當(dāng)調(diào)整。

(2)地面穩(wěn)車、提升絞車、攪拌注漿站的布置，原則上利用風(fēng)井場(chǎng)地已有空間見縫插針，并盡可能利用現(xiàn)有設(shè)施，做到簡(jiǎn)化、實(shí)用，安全可靠，方便施工。

(3)由于受井筒梯子間及管路的影響，吊盤只能按月牙形設(shè)計(jì)制作，為減少風(fēng)阻，吊盤做成網(wǎng)格狀，不用鋼板密封。承載能力滿足破壁注漿的需要[2]86。

(4)注漿管和壓風(fēng)管從地面防爆蓋下放，人員從風(fēng)道口上下。

2.3 提升及懸掛設(shè)施布置和安裝

2.3.1 提升及懸掛設(shè)施布置

(1)井筒采用一套單鉤提升，提升絞車根據(jù)井筒深度合理選型，配1.0 m3吊桶和3.5 t鉤頭，提升材料和人員上下。

(2)施工用吊盤采用雙層吊盤，上下吊盤用4根立柱連接，并用柔性鋼絲繩連接作為輔助保險(xiǎn)繩；吊盤直徑按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，主梁設(shè)計(jì)采用I20工字鋼和圈梁(20槽鋼加工，上面用-40*4扁鋼立放，做成40 mm*40 mm網(wǎng)格)；吊盤采用雙繩雙叉懸吊法，地面兩臺(tái)單10 t穩(wěn)車單獨(dú)懸吊；穩(wěn)繩采用兩臺(tái)單10 t穩(wěn)車懸吊，另一根由吊盤繩兼用。

(3)井架采用Ⅰ型鋼管井架改造，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，調(diào)整井架上下尺寸和高度，滿足提升的需要。

(4)穩(wěn)絞布置和天輪平臺(tái)布置必須根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行布置。

2.3.2 井筒提升及懸掛設(shè)施安裝方法

(1)吊盤組裝：因風(fēng)井防爆蓋無法打開，吊盤不能在地面組裝，在井下口馬頭門組裝；組裝時(shí)，用方木搭高度500 mm平臺(tái)進(jìn)行組裝。

(2)鋼絲繩安裝：根據(jù)設(shè)計(jì)圖安裝天輪，把吊盤及穩(wěn)、絞車?yán)K點(diǎn)引到防爆蓋上，用氣割把4個(gè)鋼絲繩孔割出，孔徑80 mm。割孔前，先在要割掉的防爆蓋鋼板上用孔徑16 mm圓鋼各焊接一個(gè)手把，待鋼板割掉后拿走保管好，注漿結(jié)束后再恢復(fù)。繩孔割好后及時(shí)用兩塊300 mm*300 mm膠帶封孔，防止漏風(fēng)，膠帶一個(gè)中間帶圓孔，一個(gè)不帶，用兩個(gè)螺栓固定在風(fēng)帽上。下繩時(shí)，通過繩孔把鋼絲繩松到第一層梯子平臺(tái)，掛卸力和重錘后再向下送，到底后垂直固定，待吊盤三根繩全到位后掛吊盤。

在防爆蓋上割下繩孔時(shí)，為防止氧焊物被風(fēng)機(jī)吸走打壞風(fēng)葉，施工時(shí)建議停風(fēng)后進(jìn)行施工作業(yè)，施工時(shí)間約20 min。

(3)吊盤形成后，提升鋼絲繩，在第一層梯子間裝3.5 t鉤頭和滑架，并沿鋼絲繩下放，在井下掛吊桶。

(4)利用吊盤檢查井筒。

2.4 供電、井筒通訊和信號(hào)、壓風(fēng)及注漿管路

(1)供電：設(shè)計(jì)總負(fù)荷約400 kW，從地面變電所引入一路380 V電源到風(fēng)井施工配電點(diǎn)，再由配電點(diǎn)向絞車、3臺(tái)穩(wěn)車、注漿站、照明等施工設(shè)備供電。

(2)井筒內(nèi)布置一趟通訊和信號(hào)電纜，沿吊盤繩敷設(shè)。井口上人平臺(tái)、絞車房和吊盤實(shí)行通訊、信號(hào)聯(lián)系，并建立相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)制度。

(3)供風(fēng)系統(tǒng)引自地面壓風(fēng)機(jī)房干管，井筒內(nèi)布置一趟高壓膠管(直徑25 mm，壓力21 MPa)到吊盤，利用吊盤下放，管路固定在梯子間主梁上。

(4)兩趟注漿管路從注漿站經(jīng)防爆蓋引入井筒，沿梯子間側(cè)下放到工作面，利用吊盤下放，管路固定在梯子間主梁上。

3 注漿施工

3.1 注漿孔布置

3.1.1 對(duì)集中出水點(diǎn)孔的布置

在井筒集中出水點(diǎn)部位上下1～3 m范圍內(nèi)，布置3～5個(gè)注漿孔進(jìn)行出水點(diǎn)降水，待原出水點(diǎn)無水或出水無壓力時(shí)進(jìn)行封堵嚴(yán)實(shí)(用水泥或木塞加棉紗堵)，關(guān)閉降水孔，觀察原出水點(diǎn)不出水或出水很少時(shí)接管注漿。集中出水點(diǎn)處理采用下行式注漿方法。

3.1.2 夾層注漿段孔的布置

待集中出水點(diǎn)處理完畢，采用上行式注漿方法，對(duì)井筒雙層井壁段按10～20 m排孔間距進(jìn)行夾層充填注漿加固，達(dá)到堵水目的；每排布置五六個(gè)孔，上下排注漿孔按“三花狀”布設(shè)。

3.1.3 壁后注漿段孔的布置

對(duì)基巖段井壁進(jìn)行壁后注漿堵水，設(shè)計(jì)段高5～10 m，每排布置五六個(gè)孔，上下排注漿孔按“三花狀”布設(shè)。

3.2 注漿孔施工

(1)表土凍結(jié)段為雙層井壁，設(shè)計(jì)孔深為穿過內(nèi)壁進(jìn)入外壁50 mm，然后埋設(shè)42 mm×5 mm注漿管。

(2)基巖段為單層井壁，設(shè)計(jì)孔深2.5 m；施工時(shí)先打600 mm深孔，然后埋設(shè)42 mm×600mm的注漿管，裝閥試壓合格后再用直徑為28 mm的釬頭打夠孔深進(jìn)行注漿。

鉆孔施工采用7655風(fēng)鉆配直徑為42 mm的鉆頭打眼。為控制孔深，施工時(shí)在釬子上必須做好眼深記號(hào)?？卓诠茉O(shè)計(jì)直徑為42mm的無縫鋼管加工，一端制作成馬牙扣，一端車絲，長(zhǎng)度根據(jù)井壁厚度而定。埋設(shè)前，將麻絲纏繞注漿管，然后在孔口管絲口端安設(shè)廢舊閘閥，用大錘配砸管器將孔口管打入孔內(nèi)，注漿管外露長(zhǎng)度不大于50 mm[3]。

(3)注漿壓力：注漿壓力的大小首先應(yīng)滿足井壁承受能力，其次應(yīng)滿足進(jìn)漿的需要。根據(jù)以往井筒注漿施工經(jīng)驗(yàn)，考慮井壁承受能力，保證施工安全，一般來講，井筒壁間或破壁注漿，注漿終壓取靜水壓力+1.5 MPa[3-5]。

(4)注漿材料：采用PO.42.5R普通硅酸鹽水泥和水玻璃，同時(shí)備用三乙醇銨和氯化鈉速凝；注漿以單液漿為主，水泥和水玻璃雙液漿為輔。在滲水部位，顆粒狀水泥較難注入，也可適當(dāng)選擇化學(xué)漿液。

(5)漿液配制：?jiǎn)我核酀{水灰比設(shè)2∶1、1.5∶1、1∶1共3個(gè)級(jí)配。為保證注漿效果，增大注入量，注漿先壓清水洗孔。注漿時(shí)，視吸水量確定注漿工作的起始濃度，然后根據(jù)壓力的變化進(jìn)行漿液配比調(diào)換，一般按先稀后濃的原則調(diào)配漿液(表1)[4]。

若注漿施工時(shí)，注漿范圍內(nèi)出水點(diǎn)明顯，縫隙漏漿嚴(yán)重，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由單液水泥漿調(diào)整為水泥-水玻璃雙液漿相結(jié)合的注漿方式進(jìn)行，必要時(shí)采用雙液漿封孔。雙液漿中水泥漿與水玻璃比采用1∶0.5～0.8的體積比，水玻璃選用40～45 Be°，M=2.5～3.0為宜[5]。

3.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

(1)單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓。

(2)井筒深度小于600m的，井筒總漏水量不大于6m3/h, 不得有0.5m3/h以上的集中出水孔。

4 表土段破壁預(yù)防措施

(1)鉆孔施工前，根據(jù)每段井壁情況及設(shè)計(jì)孔深在釬子上做好限位標(biāo)志，方可進(jìn)行鉆孔施工。表土段鉆孔時(shí)，操作人員及時(shí)準(zhǔn)確地把握鉆進(jìn)速度和孔深，嚴(yán)禁表土段注漿孔終孔穿過外壁。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，安裝并固定孔口管。

(2)一旦發(fā)生表土段鉆孔穿過外壁，立即采取圓錐形木錐(一端直徑大于鉆孔孔徑10mm，另一端直徑小于鉆孔孔徑10mm，長(zhǎng)度要求500mm)進(jìn)行強(qiáng)行封堵，然后根據(jù)鉆孔穿透外壁的深度，在距0.5m處選擇位置施工，對(duì)新孔進(jìn)行夾層充填注漿。

(3)在松散層較厚、地應(yīng)力較大的砂層部位破壁或注漿鉆孔發(fā)生潰砂時(shí)，除用木塞處理外，應(yīng)安裝孔口管和防噴板，孔口管外部距絲口端0.6m處周圈焊直徑16mm的螺紋鋼，防噴板采用10mm厚、300mm×300mm鋼板做成，居中位置挖出孔口管孔徑，在孔口管安裝后用防噴板將孔口管卡牢卡實(shí)，然后將防噴板用4根16mm×500mm的錨桿固定在井壁上，防止孔口管的噴出。待孔口管和防噴裝置安裝完畢后，采用直徑為28mm的鉆頭從第一層孔口管內(nèi)鉆進(jìn)，疏通注漿通道后及時(shí)閉閥注漿。

5 安全注意要點(diǎn)

(1)吊盤上電纜及小型電器要做好防水保護(hù)，防止漏電和損壞。

(2)風(fēng)道口信號(hào)和通訊必須同時(shí)使用，確保上下人員或材料安全。

(3)吊盤上作業(yè)人員必須系好保險(xiǎn)帶，注漿時(shí)必須配帶防護(hù)眼鏡及防護(hù)手套。所有工器具和材料必須入筐擺放，嚴(yán)禁墜落井下。

(4)注漿前要對(duì)整個(gè)管路系統(tǒng)做耐壓試驗(yàn)。

(5)注漿時(shí)，必須指派專人觀察井壁，發(fā)現(xiàn)井壁有異?，F(xiàn)象應(yīng)立即打開卸壓閥、結(jié)束注漿并及時(shí)處理。

(6)注漿時(shí)，作業(yè)人員要站在孔的兩側(cè)施工，遠(yuǎn)離出氣孔。

(7)在表土段造孔時(shí)，掌握好井筒深度和內(nèi)壁厚度，嚴(yán)格控制造孔深度。

(8)上、下井口通道口必須設(shè)置警戒線，警戒線距井口不得小于20m，并在警戒線上懸掛警示牌，非工程施工人員嚴(yán)禁進(jìn)入警戒線內(nèi)[5]。

(9)在防爆蓋上割鋼絲繩孔時(shí)，必須有燒焊措施，防爆蓋上繩孔必須封閉嚴(yán)實(shí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)采用上述回風(fēng)井井筒注漿堵水施工工藝，井筒無集中出水點(diǎn)，涌水量減少，涌水量由原來的30～50m3/h減小到2～6m3/h，注漿效果十分明顯。

(2)經(jīng)對(duì)回風(fēng)立井注漿堵漏，起到了對(duì)井壁的加固作用，減緩了因地下水的長(zhǎng)期流失而產(chǎn)生地層收縮對(duì)井壁的破壞，增強(qiáng)了井壁自身抗壓能力，延長(zhǎng)了井筒服務(wù)年限，確保煤礦安全生產(chǎn)。

(3)通過對(duì)風(fēng)井井筒的注漿堵水，減少了井壁滲漏水對(duì)礦井抽風(fēng)設(shè)備的長(zhǎng)期侵蝕，延長(zhǎng)了抽風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行壽命，大大減小了礦井回風(fēng)阻力，提高了礦井總回風(fēng)量，為礦井安全提供了有利條件。

(4)封閉式回風(fēng)立井井筒注漿堵水工程，通過安設(shè)提升系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等，使注漿工作在井筒內(nèi)有針對(duì)性操作，施工工藝簡(jiǎn)單，注漿效果明顯，能對(duì)井壁進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和安全效果明顯，解決了類似封閉式井筒出水后無法進(jìn)行有效注漿堵水的技術(shù)難題。此方法的可行性及合理性在興隆莊煤礦和國(guó)投新集二礦回風(fēng)立井井筒注漿堵水中得到了驗(yàn)證，在類似礦井注漿堵水中值得推廣和借鑒。

[1]崔云龍.簡(jiǎn)明建井工程手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000：136-145

[2]王介峰.鑿井工程圖冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991

[3]叢山.礦山帷幕注漿堵水工程設(shè)計(jì)和施工[M].北京：地質(zhì)出版社，2011：97

[4]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤炭安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：56-61

[5]李新.煤礦安全生產(chǎn)管理與技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008：152

(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.07.032

2015-03-22

王松青(1966-)，安徽桐城人，高級(jí)工程師，主要研究方向：礦井建設(shè)及井筒防治水施工。

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