趙文舉

（山西焦煤霍州譚坪煤電有限責(zé)任公司工程技術(shù)科，山西 霍州 042100）

1 工程概況

譚坪礦新副井全深714.6m，凈直徑為6.8m，井筒采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)管布置情況見圖1所示。工程中凍結(jié)管布置數(shù)量為36根，18根深孔345m，布置方式為深、淺管間隔布置，圈徑為14m，凍結(jié)管孔徑為121mm，沖積層段厚160m，井壁結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土復(fù)合井壁，其底部礫石層厚2.65m?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化裂隙帶深度為175m，風(fēng)化帶深190m，該風(fēng)化基巖段即為凍結(jié)管射孔注漿加固段。注漿段井壁厚度為1150 mm、1350mm，其中內(nèi)壁厚650mm，外壁厚500～700mm。混凝土C38井壁承受最大水平側(cè)壓力為4.4MPa。

2 射孔彈射孔原理及射孔凍結(jié)管的選擇

（1）導(dǎo)爆索起爆后產(chǎn)生的爆轟波通過傳爆孔中心起爆身射孔彈中的炸藥，在爆炸時(shí)有聚能效應(yīng)，聚能裝藥破甲效果非常好。導(dǎo)爆索時(shí)產(chǎn)生的金屬射流溫度能達(dá)1100℃，30℃錐角紫銅射流頭部速度達(dá)7800m/s。根據(jù)該情況進(jìn)行注漿通道的設(shè)計(jì)，能滿足注漿的需求。

（2）凍結(jié)管射孔工藝及射孔引爆系統(tǒng)如圖2所示。射孔彈裝槍密封后，在井口將射孔槍和單芯鎧裝電纜連接好，操作絞車通過井口滑輪下放到預(yù)定深度并進(jìn)行核對(duì)確定。起爆儀引爆射孔彈射透凍結(jié)管，進(jìn)入圍巖一定深度，從而完成一次射孔。將槍體提到地面，檢查射孔效果。其注漿工藝流程如圖3所示。

圖2 凍結(jié)管射孔工藝及射孔引爆系統(tǒng)示意圖

圖3 注漿工藝流程

根據(jù)該煤礦地質(zhì)及水文資料破凍結(jié)管注漿段高為井深170～190m。設(shè)計(jì)在36個(gè)凍結(jié)管中，按均勻間隔選取6個(gè)深管，管距為7m，但因封口盤梁影響，實(shí)際選取4號(hào)、10號(hào)、16號(hào)、22號(hào)、34號(hào)深管和29號(hào)淺管。凍結(jié)管規(guī)格為Ф133mm×6.3mm，6個(gè)凍結(jié)管破管方案相同。確定射孔槍型號(hào)為：73型和102型；射孔彈型號(hào)：YD-89B型；射孔角度：相位為90°；孔密度：10孔/m。

3 注漿加固工藝方案

3.1 注漿材料

本次地面加固注漿工藝材料為水泥單液漿，水灰比為0.6:1～1:l，加入一定量的添加劑增加注漿的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)凝結(jié)時(shí)間的控制。添加劑加入量，食鹽∶水泥=5‰:1（質(zhì)量比）；三乙醇胺:水泥=5‰:1（質(zhì)量比）。在注漿時(shí)，遇到特難層段，可以提前注入一定量的水玻璃，然后再進(jìn)行注漿作業(yè)。

3.2 注漿段高劃分與施工順序

根據(jù)譚坪礦新副井的施工實(shí)況，管孔的段高從上而下分成設(shè)計(jì)為2m、7m、11m。第一段高（170～172m）：主要是對(duì)管外巖土體空隙部分進(jìn)行充填，一方面起到加固地層的作用，另一方面防止注漿液流到第四系松散層。第二段高（172～179m）：粉砂巖注漿。第三段高（179～190m）：泥巖層注漿。

2m、7m、11m三個(gè)段高射孔注漿自上而下逐段進(jìn)行，在各自的段高內(nèi)，6個(gè)注漿管射孔注漿順序是：每對(duì)稱兩孔為一組，共分三組，按組分別進(jìn)行。在第三段高內(nèi)，每個(gè)管孔射孔注漿完成時(shí)，注漿封閉全孔。

4 注漿參數(shù)的設(shè)計(jì)

4.1 注漿壓力

井壁承受側(cè)壓力能力為4.4MPa，因此可設(shè)計(jì)注漿壓力最大值為4.2MPa，孔口最大壓力由下列公式（1）確定：

式中：

p-孔口壓力表讀數(shù)，MPa；

γ-水泥單液漿密度；

Δp-水泥單液漿壓力損失，通過施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，MPa。

已知水泥單液漿的密度1.57，則上式可寫為：p=1.4+Δp。根據(jù)安全原則，注漿孔口壓力應(yīng)保持在3MPa以下。

4.2 漿液擴(kuò)散半徑

單孔漿液有效擴(kuò)散半徑為13m。查閱相關(guān)資料，根據(jù)集團(tuán)公司相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，漿液向上、向下擴(kuò)散分別為3.5m、0.5m，因此確定豎向擴(kuò)散總高度為4.0m。

4.3 注漿量

注漿量由公式（2）確定：

式中：

V-總注漿量，m3；

A-漿液耗散系數(shù)，取1.3；

R-漿液距井筒中心的有效擴(kuò)散半徑，m；

R1-漿液有擴(kuò)散半徑，取6m；

Rd-凍結(jié)管圈半徑，取7m；

r-井筒掘進(jìn)半徑，4.4m；

H-注漿段高，20m；

h-上下擴(kuò)散高度，取4.0m；

β-漿液充填系數(shù)，0.95；

n-注漿段平均裂隙率，取2%；

m-漿液結(jié)石率，取0.85。

經(jīng)計(jì)算得，V=327.9m3。根據(jù)配比，設(shè)計(jì)總注入水泥量為296t。另外，還要考慮管外充填需一定量水泥。

5 注漿施工步驟方案

注漿施工作業(yè)的詳細(xì)步驟：（1）掃孔；（2）第一段高破管；（3）第一段高管外充填注漿前的壓水處理；（4）第一段高管外充填注漿；（5）第二段高破管；（6）第二段高注漿前壓水；（7）第二段高注漿；（8）第三段破管；（9）第三段高注漿前壓水；（10）第三段高注漿及封孔。注漿工程量見表1所示。

表1 注漿工程量表

6 工程質(zhì)量檢測(cè)

凍結(jié)管射孔地面注漿施工作業(yè)后，對(duì)注漿工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。物探檢測(cè)原理：震源產(chǎn)生的高頻應(yīng)力波在注漿后的井壁、圍巖、灰漿帷幕三者間有著明顯波抗差異界面，通過對(duì)折射、反射信號(hào)的綜合處理，可以判定注漿效果。如圖5灰漿分布斷面圖與縱向剖面圖所示，在168.3～190m的注漿段取168.8m、173.8m、178.8m、183.8m、188.8m五個(gè)水平斷面進(jìn)行實(shí)測(cè)，同時(shí)再在正東、西北、西南實(shí)測(cè)三條縱向剖面。檢測(cè)結(jié)果表明：注入灰漿已交圈封閉，砂巖段的漿液分布較大，帷幕厚度4.3～5.2m，泥巖段為3.3～4.4m，注漿密實(shí)度較好的達(dá)76%，相應(yīng)數(shù)據(jù)表明達(dá)到了加固底層的預(yù)期效果。

圖4 灰漿分布斷面圖與縱向剖面圖

對(duì)于凍結(jié)井流砂層破壁注漿是嚴(yán)格限制采用，但凍結(jié)管射孔地面注漿加固技術(shù)可以在不穿透井壁的狀態(tài)下完成對(duì)井筒預(yù)定地層的注漿施工作業(yè)，成功的解決了凍結(jié)井井筒壁后注漿安全問題，同時(shí)凍結(jié)法鑿井井筒的圍巖注漿作業(yè)可以地面化，這種工藝在一定條件下是可以采用的，同時(shí)產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。