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        亭南煤礦風(fēng)井井筒注漿施工技術(shù)

        2016-12-23 03:39:44龐廣峰張家樂(lè)中煤第三建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司三十六工程處
        科學(xué)中國(guó)人 2016年18期
        關(guān)鍵詞:施工

        龐廣峰,張家樂(lè)中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司三十六工程處

        亭南煤礦風(fēng)井井筒注漿施工技術(shù)

        龐廣峰,張家樂(lè)中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司三十六工程處

        為了保證亭南煤礦風(fēng)井井筒的穩(wěn)定性,減少井筒的涌水量,在對(duì)研究區(qū)工程概況和水文地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)亭南煤礦風(fēng)井井筒進(jìn)行注漿加固,最后對(duì)加固效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。注漿深度范圍為-226.6~-566.315m,注漿完成后,經(jīng)檢驗(yàn)井筒涌水量從197m3/h降至5.6m3/h,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,符合驗(yàn)收規(guī)范。

        注漿;涌水量

        1 研究區(qū)概況

        1.1 工程概況

        亭南井田位于陜西省彬長(zhǎng)礦區(qū)中部,地處咸陽(yáng)市彬縣、長(zhǎng)武縣接壤地帶,行政區(qū)劃隸屬于咸陽(yáng)市長(zhǎng)武縣亭口鎮(zhèn)管轄?;仫L(fēng)立井井口地面標(biāo)高+1101.6m,井底標(biāo)高+402m,凈直徑為7m,深度為699.6m。洛河組為主要含水層,位于-226.6~-566.315m,共, 339.715m。

        1.2 水文地質(zhì)

        該井筒揭露地層中主要含水層為洛河組砂礫巖含水層,抽水試驗(yàn)涌水量Q:6.003(l/s),單位涌水量q:0.2985(l/s·m),滲透系數(shù)K:0.09783(m/d),富水性中等。另外,井筒復(fù)內(nèi)壁前涌水量為197m3/h,復(fù)內(nèi)壁后涌水量為142 m3/h。

        2 注漿方案設(shè)計(jì)

        由于該井筒為普通法施工,井筒涌水量達(dá)到197m3/h,過(guò)含水層施工外壁時(shí),該段井壁混凝土強(qiáng)度偏低,有些部位不足以抵抗靜水壓力,井壁涌水點(diǎn)很多,為了保證內(nèi)壁質(zhì)量,本次注漿分兩步走:第一步,沒(méi)有復(fù)內(nèi)壁前,在外壁比較集中的涌水部位用風(fēng)錘造孔泄水泄壓,在孔內(nèi)埋設(shè)Φ42mm×800mm×4.5mm孔口管(無(wú)縫鋼管制作),孔口管進(jìn)入外壁300mm,外露30mm~50mm,埋設(shè)完孔口管后,利用注漿方法把孔口管周圍的出水點(diǎn)逐步封堵,使涌水從孔口管集中導(dǎo)出,待涌水全部從孔口管導(dǎo)出后,開始施工內(nèi)壁,施工內(nèi)壁時(shí),每遇到導(dǎo)水孔口管時(shí),在模板上切割一個(gè)孔口管直徑大小的洞,使孔口管穿過(guò)該洞把涌水引到內(nèi)壁以外,雖然施工速度慢了點(diǎn),但足以保證內(nèi)壁質(zhì)量;第二步,復(fù)內(nèi)壁結(jié)束后,先自下而上造排孔注漿充填內(nèi)壁和外壁之間的空隙,然后再自下而上造排孔注漿充填外壁于巖石之間的空隙,最后再自下而上針對(duì)集中出水點(diǎn)進(jìn)行封堵,結(jié)束注漿。

        2.1 注漿方式及工作盤布置

        根據(jù)井筒施工現(xiàn)狀情況,利用下層吊盤作為注漿工作盤,注漿漿液采用下吊盤現(xiàn)場(chǎng)攪拌,使用風(fēng)錘鑿孔預(yù)埋注漿管,下吊盤安設(shè)注漿泵。先采用上行式壁間充填注漿,再采用上行式壁后充填注漿,漿液均以單液漿為主,充填時(shí)出現(xiàn)漏漿時(shí),以水泥—水玻璃漿雙液漿作為輔助漿液,兩次上行式注漿結(jié)束后,再采用下行式找出水點(diǎn)復(fù)注水泥—水玻璃雙液漿封堵涌水。

        2.2 注漿分段如下

        采用上行式注漿時(shí),壁間注漿時(shí),孔深以穿過(guò)內(nèi)壁100mm為宜,壁后注漿時(shí),孔深須穿透外層井壁300mm。各水平分別沿井壁一周均勻布注漿孔8個(gè),壁間注漿孔和壁后注漿孔各4個(gè),交叉布置。相鄰兩排注漿孔應(yīng)錯(cuò)開布置,呈“梅花狀”。

        2.3 注漿管的制作

        注漿管采用Φ42mm×450mm×4.5mm和Φ42mm×750mm× 4.5mm無(wú)縫鋼管制作,一頭車馬牙扣,一頭車30mm絲扣,注漿管用麻繩絲纏繞,打入孔內(nèi),外露長(zhǎng)度不得大于30mm~50mm。

        2.4 漿液的配制

        本次注漿采用單液水泥漿和水泥—水玻璃雙液漿。其應(yīng)用原則是以單液漿為主,水泥—水玻璃雙液漿為輔,漿液采用先稀后濃的原則,水灰比為1:0.6~0.6:1,水泥漿與水玻璃體積比控制在1:0.3~1:0.6范圍內(nèi),水泥選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

        2.5 壁間注漿壓力的確定

        P`--井壁材料允許抗壓強(qiáng)度(MPa);

        E--內(nèi)壁厚度m;R0--井筒凈半徑m;n--安全系數(shù),取n=2

        表1 井壁允許承壓情況

        根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn),為防止井壁被破壞,各段壁間注漿最大壓力不得超過(guò)3.1MPa。

        2.6 壁后注漿壓力的確定

        (1)注漿初始?jí)毫?/p>

        Pa=Po+0.1

        Po—注漿點(diǎn)靜水壓力,H/100,Mpa

        正常注漿壓力Pb=Po+0.3

        注漿終壓Pc=Po+0.5 Mpa

        取注漿終壓Pc為注漿點(diǎn)靜水壓力的2倍。

        (2)壓力對(duì)比

        井壁混凝土為C55,其強(qiáng)度不小于58.1MPa為合格;則注漿壓力大小對(duì)比為Pa<Pc<58.1MPa。

        3 注漿

        3.1 施工準(zhǔn)備

        (1)加強(qiáng)穩(wěn)車、絞車檢修工作,確保施工期間運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

        (2)利用下層吊盤作注漿施工的操作平臺(tái),下層吊盤四周焊制圍欄確保人員安全。

        (3)通訊、信號(hào)、照明、動(dòng)力電纜沿吊盤繩布置。

        (4)提升選用一臺(tái)3.5米絞車提升和一臺(tái)3米絞車提升,分別采用4m3吊桶和3m3吊桶,進(jìn)行下料和人員升降。

        (5)注漿使用袋裝水泥,水泥入井后必須放置在沒(méi)有淋水的地方。水泥放在吊盤上必須使用防水雨布進(jìn)行覆蓋,以防淋濕水泥,影響注漿質(zhì)量。

        3.2 注漿技術(shù)要求及參數(shù)

        注漿施工總體采用先上行后下行式的方法,分水平作業(yè)。個(gè)別涌水較大部位必須增加孔數(shù)或縮短水平間距。

        注漿材料:以水泥單液漿為主,水泥—水玻璃漿為輔的注漿方式。

        注漿孔設(shè)計(jì):注漿孔布置為梅花布置,層間距為5m,孔距為2.75m,每圈8個(gè)孔。

        孔深:壁后注漿孔深1050mm。壁間注漿孔深550mm,超過(guò)內(nèi)壁100mm。

        3.3 造孔

        (1)造孔深度、孔口管選擇

        井筒為雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),1#壁座以下2#壁座以上為雙層井壁段,該段設(shè)計(jì)壁厚內(nèi)壁450mm,外壁300mm。造孔深度壁后注漿孔深1050mm。壁間注漿孔深超過(guò)內(nèi)壁550mm。注漿管在井筒內(nèi)外露井壁的長(zhǎng)度為30~50mm。

        孔口管采用Φ42×4.5mm無(wú)縫鋼管,壁后注漿管長(zhǎng)750mm,壁間注漿管長(zhǎng)450mm,一端加工30mm絲扣,能與變頭相連接,另一端加工成馬牙扣。

        (2)造孔步驟、孔口管安裝

        造孔選用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī),用Φ42釬頭鉆進(jìn)(與孔口管相匹配),鉆至設(shè)計(jì)深度。孔口管馬牙扣端外壁用麻絲反復(fù)纏繞后,然后用大錘將帶有保護(hù)管絲的孔口管撞入孔內(nèi),裝上注漿閥門后,連通注漿管路,進(jìn)行清水試壓。

        3.4 注漿材料,漿液種類及配比

        本次為壁后充填及封水注漿,以單液水泥為主,雙液漿為輔。

        具體使用:液漿的配合比要根據(jù)施工進(jìn)展及涌漏水情況確定,注漿水泥和水玻璃在注漿之前必須做原材料復(fù)試。漿液濃度要根據(jù)進(jìn)漿狀況、調(diào)整清水試壓結(jié)果而定。根據(jù)注漿壓力、注漿泵量來(lái)調(diào)整漿液的水灰比。調(diào)整漿液配比的情況如下:

        (1)根據(jù)壓水泵量,選擇漿液的起始濃度,一般水灰比為1:1。

        (2)當(dāng)壓力不變,連續(xù)注入2小時(shí)左右,漿液可調(diào)濃一級(jí),當(dāng)注漿最后用的水灰比為0.6:1或其他配比時(shí),根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)延長(zhǎng)注入時(shí)間,盡量滿足注入量要求,必要時(shí)再提高漿液濃度。

        (3)注漿壓力緩慢上升,吸漿量逐漸減少,可視為正常,達(dá)到注漿終壓、終量和一定注入量時(shí),保持20-30分鐘可結(jié)束注漿。

        (4)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

        1)注漿壓力達(dá)到規(guī)定的注漿終壓,保持20-30分鐘。

        2)注漿泵量小于20L/min。

        3.5 注漿準(zhǔn)備

        (1)管路和混合器安裝

        準(zhǔn)備注漿孔,安裝閥門,安裝混合器,并連接輸漿管路系統(tǒng),安裝時(shí)防止連錯(cuò)。

        (2)清水試壓

        管路連接好后,要關(guān)閉進(jìn)漿閥門,打開個(gè)管路閥門,開泵用清水試壓。標(biāo)準(zhǔn)為注漿終壓的1.2倍,持續(xù)10~15min,無(wú)漏水為合格。

        (3)測(cè)定靜水壓力

        用壓力表測(cè)定注漿孔出水壓力,根據(jù)測(cè)定的水壓確定。

        3.6 注漿流程及設(shè)備

        造孔——安裝孔口管——連接注漿管路——清水試壓——漿液制作——注漿,本次注漿泵選用2GTZ-210/105型高壓雙液注漿泵兩臺(tái),存放清水、水玻璃桶各一個(gè)、水泥漿桶三個(gè)。

        4 結(jié)論

        結(jié)合亭南煤礦風(fēng)井井筒的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,并依據(jù)以往的注漿經(jīng)驗(yàn),為防止井壁被破壞,各段壁間注漿最大壓力不得超過(guò)3.1MPa。通過(guò)8天的外壁注漿導(dǎo)水,復(fù)完內(nèi)壁后,又經(jīng)過(guò)27天的壁間、外壁充填,涌水封堵,涌水量由197m3/h降至5.6m3/h,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,符合驗(yàn)收規(guī)范。

        [1]注漿施工手冊(cè).北京:煤炭工業(yè)出版社,2013.

        [2]建井技術(shù).北京:煤炭工業(yè)出版社.

        龐廣峰(1972-),男,安徽合肥人,高級(jí)工程師。

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