張 宏
(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長治 046000)
三元煤業(yè)主井井筒已服務(wù)20年,井筒提升方式采用雙鉤箕斗,承擔(dān)礦井的煤炭提升任務(wù)。井筒存在著井壁漏水現(xiàn)象,漏水量較大,根據(jù)觀測漏水量約10m3/h。同時主井存在提升機滾筒開裂、過放距離較短、罐道變形等問題,因此對主井井筒進(jìn)行了提升系統(tǒng)改造,并在井筒改造前后對井壁出水區(qū)域進(jìn)行注漿堵水。
根據(jù)對井筒現(xiàn)場觀測,主井井筒淋水段長度為273m,出水點共計18處,涌水主要來源于第四系松散層和二疊系石盒子組含水層。主要出水點見表1。
根據(jù)主井竣工素描圖,主井206.8m以上為第四系更新統(tǒng),其下依次為20.2m含礫中粗砂;23.6m為二疊系下統(tǒng)下石盒子組,巖性為中細(xì)砂巖及泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖層等。
井筒227m以淺為第四系含水層,主要為粘土和砂層,經(jīng)統(tǒng)計共有13層砂層。見表2。
表1 主井出水點統(tǒng)計表
主井井筒1991年12月25日開工,1993年4月25日竣工,施工時曾在23m處發(fā)生過整體下沉現(xiàn)象。
井筒凈直徑5.0m,井筒總深度為373.5m。井筒采用凍結(jié)法施工,凍結(jié)深度260.5m,凍結(jié)段為雙層井壁,井壁厚度為350mm(外壁)、400mm(內(nèi)壁),基巖段厚度400mm,表土及風(fēng)化基巖段井壁采用雙層鋼筋混凝土支護(hù),基巖段井壁采用混凝土支護(hù)。
表2 井筒227m以淺砂層分布表
根據(jù)注漿施工要求,需要在井筒內(nèi)新鋪設(shè)風(fēng)、水管(風(fēng)管使用直徑32mm、25mm的高壓膠管,水管使用直徑10mm的高壓膠管)使用10#鉛絲固定在梯子間上,懸掛工作需要乘坐箕斗,施工人員站在箕斗內(nèi),系好保險帶后進(jìn)行管線吊掛鋪設(shè)。
注漿使用的風(fēng)、水從地面進(jìn)行連接,根據(jù)注漿位置進(jìn)行延伸。
由于在井筒內(nèi)作業(yè),箕斗的升降信號由專人使用對講機負(fù)責(zé)聯(lián)系。每天八點班為主井箕斗檢修時間,待檢修完畢后進(jìn)行注漿施工,每天注漿時間約6h。
施工期間,嚴(yán)格執(zhí)行一個班打眼、一個班注漿。
施工人員乘坐箕斗進(jìn)行打眼注漿工作,首先對出水量大的孔進(jìn)行封堵,其次自上而下對滲水區(qū)域進(jìn)行注漿封堵。
根據(jù)現(xiàn)場實際踏勘及主井箕斗關(guān)系圖進(jìn)行比對,箕斗距離東西側(cè)井壁為1.25m,距離南北側(cè)1.3m,滿足施工條件。實際情況以現(xiàn)場為準(zhǔn),若局部距離井壁較遠(yuǎn)時為保證施工安全需增加施工平臺,平臺使用80mm×150mm木板進(jìn)行鋪設(shè),用工字鋼進(jìn)行固定?;飞掀脚_只作為打眼及安、拆注漿管。注漿泵及水泥、水玻璃放置在箕斗內(nèi)。在施工井筒東西側(cè)時,打眼及注漿全部在箕斗內(nèi)進(jìn)行作業(yè),在施工井筒南北側(cè)時,注漿在箕斗內(nèi)施工,打眼需在箕斗頂板進(jìn)行作業(yè),在施工時人員統(tǒng)一站立在“罐帽”下,必須佩戴安全帶且固定牢固。
(1)設(shè)備和材料
選用YT-28型風(fēng)鉆打眼,鉆頭直徑為42mm,1臺風(fēng)動注漿泵。注漿材料選用水泥-水玻璃漿液。
(2)注漿壓力
注漿壓力一般為靜水壓力的1.5~2倍,但是注漿壓力的選擇還應(yīng)考慮井壁的承受能力。如果注漿壓力大于井壁的承受能力,已有井壁則會被破壞。
根據(jù)《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計規(guī)范》(GB50384-2016)中凍結(jié)法鑿井井筒的井壁厚度計算公式進(jìn)行反算,得到計算處作用在井壁上的載荷值。計算公式如下:
式中:
Pk-作用在井壁上的均勻載荷標(biāo)準(zhǔn)值;
υK-結(jié)構(gòu)的安全系數(shù),取1.05;
P-計算處作用在井壁上的載荷值;
t-井壁厚度,表土段內(nèi)壁、基巖段均取400mm;
rn-計算處井壁內(nèi)半徑,表土段內(nèi)層井壁、基巖段均取2.5m;
fs-井壁材料強度設(shè)計值。
經(jīng)計算,等級強度不同的混凝土對應(yīng)的均勻載荷標(biāo)準(zhǔn)值見表3。
表3 均勻載荷標(biāo)準(zhǔn)值計算表
(3)注漿形式
注漿孔深選擇為凍結(jié)段注漿孔深度為400mm,基巖段打眼深度200~300mm,鉆桿長度選擇為500mm。注漿由淺至深進(jìn)行,先對出水量大的地點進(jìn)行注漿封堵。
(4)注漿管埋設(shè)及固定
注漿管采用4分鋼管,長度600mm,在施工前用麻布在注漿管前段纏好封閉,將插管打入注漿孔300mm即可,在孔與管四周打上2~4個道釘以固定插管,插管外露300mm。
在注漿插管安裝完成后,并將4分高壓閥門安裝在已經(jīng)纏好的注漿插管上,閥門必須完好,閥門必須擰緊牢固后,方可使用大錘打擊插管的焊接鋼筋將插管打入注漿孔內(nèi),見圖1、圖2。
圖1 插管示意圖
圖2 插管安設(shè)示意圖
(5)注漿
注漿前,人員將注漿材料水泥、玻璃水壺放入箕斗內(nèi),注漿泵由人員抬入箕斗。作業(yè)時,箕斗內(nèi)人員主要作業(yè)為攪拌漿液,以及開動注漿泵,箕斗頂層人員主要作業(yè)為打眼、埋設(shè)插管、注漿觀察井壁。注漿完畢時,注漿泵及剩余注漿材料抬出箕斗。
水泥漿液水灰比為1:1~1.5:1之間,雙液漿中水泥漿液與水玻璃體積比為1:0.6~1:1。使用容器桶由人工進(jìn)行攪拌制漿,漿液水灰比為1:1。
待插管埋好后,即可在插管外露端擰上4分高壓閥門,閥門連接注漿泵。開始注漿前,先注入清水,沖刷空隙,然后注入雙液漿即可。
在施工注漿時,由注漿人員隨時了解漿液的稠稀和注漿壓力的大小,逐步控制漿液由稀到稠,壓力由小到大。
(6)跑漿處理
在注漿過程中發(fā)現(xiàn)跑漿時,采用:① 間歇注漿,停注,換孔注;② 注雙液漿,雙液比按1:0.2~1:0.5調(diào)節(jié);③ 直接封堵,可用棉紗、竹皮或木楔直接封堵。
(7)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
注漿達(dá)到終壓的情況下,注漿孔注不進(jìn)去,井壁裂隙已被封堵,漏水點不再涌水,可結(jié)束本孔注漿。
(1)注漿中必須有專人負(fù)責(zé)觀察井壁和機械運轉(zhuǎn)情況,發(fā)現(xiàn)問題,及時報礦調(diào)度,相關(guān)科室研究后,進(jìn)行處理后再注。
(2)每個注漿孔注漿,結(jié)束必須沖洗注漿管路,以防堵塞。
(3)剩余漿液及時回收,不得倒入井底。
(4)設(shè)備和工具放置安全可靠,水管、閥門必須擰緊、上牢。
(5)注漿中插管正前方嚴(yán)禁站人,雙液漿尚未凝固或有滲水應(yīng)進(jìn)行二次封孔。
(6)注漿前應(yīng)對注漿管路進(jìn)行耐壓試驗。
(7)每孔注漿時先進(jìn)行壓水試驗,根據(jù)吸水量大小調(diào)整漿液水灰比。
(8)準(zhǔn)備工作就緒,管線鋪設(shè)完畢,設(shè)備準(zhǔn)備齊備并保證性能良好,相關(guān)熟練注漿、信號人員配備到位后,才能開工。
(9)在注漿前,要在凍結(jié)段雙層井壁和基巖段單層井壁分界位置做好標(biāo)記,并結(jié)合原始井筒巖性資料,指導(dǎo)本次注漿工作。
本次注漿分為三個階段:
第一階段為主井裝備改造前。為不影響改造、安裝施工質(zhì)量,提前進(jìn)行注漿堵水,每天利用檢修時間進(jìn)行注漿,注漿后井壁出水點減少,且出水量同時也變小,不影響改造工作。此次注漿由18處出水點減少為5處出水點,出水量為3m3/h,主要出水點僅有壁座錨桿處。
第二階段為主井裝備改造后。每天利用檢修時間進(jìn)行注漿,對上次未注漿的5處出水區(qū)域和更換罐籠后新增的3處出水點(分別在50m、180m、230m)進(jìn)行繼續(xù)注漿封堵。經(jīng)注漿后,井筒主要出水點已全部堵水完畢,僅有個別點有滲水現(xiàn)象。
第三階段為加固注漿。利用回采工作面搬家期間每天8點班注漿,本次對注漿后出現(xiàn)的個別新增出水點進(jìn)行加固注漿。通過注漿后井筒已無大的出水點,僅井筒壁座和接縫處有滲水現(xiàn)象。
經(jīng)過三次全面的注漿堵水工作后,井筒涌水量降為0.5m3/h,注漿效果良好。經(jīng)現(xiàn)場觀察井壁已無大的出水現(xiàn)象,僅有個別滲水現(xiàn)象,達(dá)到了預(yù)期的注漿堵水效果,為今后生產(chǎn)過程提供更加安全有力的環(huán)境。