新集二矿主井井筒基岩段工作面预注浆施工

2005/9/13 11:48:21

　　摘　要　淮南市新集二矿主、副、风3个立井均穿过约200 m厚的片麻岩地层。预测涌水量394 m³/h，决定进行工作面探水预注浆。在施工中，将设计的8个孔更改为2个孔注浆，同样达到预期效果。该工作面预注浆过程中还采用了潜孔锤钻凿坚硬片麻岩层的新技术。

　　关键词　工作面预注浆　片麻岩层　潜孔锤钻凿

　　淮南煤田新集二矿(花家湖煤矿)为设计3 Mt/a的特大型矿井。井筒由主、副、风3个立井组成。3个井筒均穿过下元古界片麻岩段，每个井筒对该片麻岩段均分两段进行工作面超前预注浆。下面对主井穿过片麻岩段上段(153～253 m)工作面探水预注浆的情况作一探讨。

1　井筒地质简介

　　主井穿过的地层(自上而下)有：新生界冲积层，深度123.89 m；下元古界片麻岩，深度为123.89～297.56 m，厚173.67 m；石炭—二叠系煤系地层，深度297.56～580.30 m。井筒穿过的含水层有新生界孔隙承压含水层、片麻岩裂隙承压含水层及煤系地层砂岩裂隙含水层。穿过新生界地层时，采用冻结法施工。据抽水试验，片麻岩含水层水位标高为+18.63 m，单位涌水量为0.114 L/(s*m)，渗透系数为0.247 m/d，水质类型为Na—Cl型，富水性中等，147队预测涌水量394 m³/h，安徽物探队认为涌水量小于100 m³/h。工业广场范围内存在1条近东西向、1条南北向裂隙带。按照“有疑必探、先探后掘”的原则，决定采用工作面分段预注浆。

2　注浆孔设计与施工

2.1　浇筑止浆垫
　　设计采用单级球面型，实际施工为单级平底型，厚3.5 m。

2.2　孔口管埋设
　　主井筒净直径5 m。设计预埋8根直径127 mm的孔口导向管(其中两根备用)，分布在直径3.89 m圆周上，布孔方式如附图。实际施工时孔口管均改为竖直管。

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附图　注浆孔布置平面示意

表1　设计注浆终压

层段编号	井深/m	注浆段高/m	注浆终压/MPa	注浆泵压/MPa	风化带
Ⅰ	202	50	≥3.90	≥2.23	强风化带
Ⅱ	252	50	≥4.90	≥2.45	弱风化带

2.3　注浆参数选择
　　(1)注浆压力。设计注浆终压为静水头压力2倍以上。设计压力如表1。
　　(2)水灰比。注浆采用单液水泥浆，水灰比为0.8∶1～1∶1。

2.4　钻探与注浆
　　钻探采用地面潜孔锤钻进技术，钻压2～6 kN；转速10～30 r/min，风量15 m³/min，定向钻进，空气泡沫洗孔，强力吹孔。
　　注浆泵用NBB250/60型泥浆泵。根据片麻岩体含水性，共施工注3和注6两个探水注浆孔。探水注浆工程每个孔均分两段(50 m/段)注浆，上段注浆达到一定效果后，再钻进下一段，直到全孔达到预期注浆效果为止。1994-01-11～02-05，历时26 d，完成两个孔钻进工作，钻进进尺211.11 m(包括止浆垫3.5×2=7.0 m)，注浆共用水泥90.35 t。

3　注浆效果评价与探讨

　　探水注浆工程钻进过程中，单孔涌水量约1.5 m³/h，最大涌水量为2.50 m³/h(注3孔在孔深64.83 m时)。注6孔在孔深73.70 m(井深223.20 m处)出现涌水，涌水量为1.02 m³/h，注浆后，孔内涌水量减小至0.02 m³/h，证明单孔注浆效果较好；但注3孔在钻进至孔深64.83 m和84.58 m(井深214.33 m和234.08 m)涌水，且发生在注6孔对应层位相近深度注浆后，说明注6孔在注浆过程中，浆液扩散以纵向为主，横向扩散程度较差，证明了主井筒所穿过的片麻岩在该注浆段内纵向高角度裂隙较发育，横向裂隙不发育，裂隙间连通性差。注3孔到底后，涌水量由注浆前的1.64 m³/h减至注浆后的0.2 m³/h，表明了注浆有一定效果。
　　淮南矿业学院工程勘察检测中心对注3和注6孔运用了综合物探法实测表明：152～187 m相对不富水；187～203 m为明显低阻带，相对富水；203～233 m段岩性完整，不富水；233～248 m段视电阻率降低，跨孔透视电流强度升高，表明该段岩性破碎，相对富水。预测大井涌水量分别为：掘进至井深203 m时，峰值涌水量3.37 m³/h；井深248 m时，峰值涌水量为7.1 m³/h。经过注3和注6两孔探水注浆工程实践及检测，决定注完3号和6号孔后，即终止探水注浆工程。
　　主井筒开拓153～253 m段片麻岩井筒涌水量见表2。从表中可看出，主井筒在掘进153～253 m过程中，井筒实际涌水量很小。出水形式多为裂隙或裂隙带溢水，出水点较集中，水头、水量衰减较快，再次说明了片麻岩裂隙间横向联系较差，连通性不好。水量均以静贮量为主，注浆未能封堵所有裂隙水。

表2　主井井筒(153～253 m)段涌水量

项　　目	井筒累深/m
项　　目	169.0	172.0	202.0	247.97
涌水量/m³*h^-1	1.40	1.0	0.50	1.20

4　结　语

　　(1)主井筒153～253 m段探水注浆工程为穿过片麻岩层位井筒防治水积累了经验。
　　(2)孔口管埋设，原设计考虑到高角度纵向裂隙发育之特点而设计为斜管，而施工中改变为竖直管，影响了注浆效果。
　　(3)井下利用潜孔锤钻头钻进技术，为加快在片麻岩、花岗岩等坚硬岩层钻进速度创造了条件。建议在类似岩层钻进中优先采用。

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