斜井井筒施工中泥灰岩含水层涌水的防治

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3　治水方案的确定

　　依据对泥灰岩及其含水特征分析，以及含水层涌水情况和井筒施工工艺，确定采用水泥-水玻璃双液浆壁后注浆与水泥单液浆工作面超前预注浆相结合的治水方案。

4　壁后注浆

4.1　注浆参数的选择

4.1.1　注浆范围
　　根据井筒揭露地质和水文地质情况，将注浆范围划分为重点注浆区域和一般注浆区域，即将涌水较大的部分定为重点注浆区域，涌水较小的部分定为一般注浆区域。注浆段总长78.4 m(井筒斜长106.6～185.0 m)。

4.1.2　注浆压力
　　注浆压力选用下式计算，即
　　P=(2～3)Hγ=(1.8～2.7)MPa
式中：P为注浆压力，MPa；H为受注点至静止水位的水柱高，m；γ为水的容重，0.01 MN/m³。根据计算结果，取中间值，注浆压力选定为2.25 MPa。根据有关资料，对涌水较大的出水点，注浆压力为静水压力的3～5倍，即2.7～4.5 MPa；因此，对重点注浆区域，选择注浆终压为4.5 MPa。

4.2　注浆材料
　　采用水泥-水玻璃双液浆，其中，水泥用优质425号普通硅酸盐水泥，水玻璃用35～45玻美度、模数2.3～2.8的水玻璃。

4.3　注浆施工

4.3.1　注浆设备选择
　　选用2TGZ-60/210型和QZB-50/60型注浆泵。注浆孔造孔用气腿式凿岩机。

4.3.2　注浆孔造孔及其布置
　　(1)注浆孔造孔。对大的涌水点，在施工井筒碹体时，采用预埋直径φ102 mm导水管作为注浆管；对于注浆区域，采用风钻造孔的方法。
　　(2)注浆孔布置。裂隙密集部分碹接茬处，片状漏水，采用密集式造孔，孔距、排距分别为0.6 m和2.0 m，孔深1.5～2.0 m。布孔形式为三花眼放射状。

4.3.3　注浆方法、顺序及直接堵涌工艺
　　(1)注浆方法。因主斜井断面较大，垂高较高，不利于注浆施工和安全，所以，注浆施工前首先搭设可移动的注浆工作台。将注浆工具堆放在工作台上，利用工作台进行造孔注浆。用风钻造孔，直径φ25.4 mm或φ19 mm钢管作注浆插管，插管长度0.7 m。插管插入注浆孔内并固定紧后，用阀门连接注浆管进行注浆。
　　(2)注浆顺序。先进行注浆段涌水的堵截，即先两头后中间，先顶板后底板；先注较小的出水点，后注较大的出水点。
　　(3)直接堵涌工艺。注浆前一次完成全部造孔工作，间隔插管，用木楔、破布、道钉堵漏，最后关闭大涌水点预埋注浆管的阀门，连接注浆管直接顶水注浆。待注浆压力达到设计压力并稳定15 min后，便可停止注浆。

4.3.4　对180.73～185.73 m注浆段的处理
　　106.6～180.73 m段注浆完成后，对180.73～185.73 m段进行注浆处理。施工时涌水量大，底板铺底及两帮碹体质量差，多处灰浆被冲失，仅剩石子，并且此段井筒断面小于设计断面许多，工作面墙高1.2 m，底板也相差0.9 m。据此，拟先进行注浆处理，然后拉底补墙；但注浆施工中发现，此段底板混凝土承受不了注浆压力，采取几次补救措施均未达到注浆堵水的目的。为此，进行了两帮和底板混凝土的加固。依据具体涌水情况采用下列加固方法：
　　(1)将该段铺底混凝土全部揭去，并按井筒设计断面进行挖掘；
　　(2)因该段涌水量约100 m³/h，加之30°的坡度，用常规方法无法进行拉底及铺底工作，必须从铺底工艺及结构上采取有效措施，才能保证铺底工作的顺利进行及铺底混凝土的质量，为注浆工作创造良好条件。为此，在拉底方式和铺底结构上采取了如下工艺：①拉底。拉底前，先用风镐挖一0.5 m深的水窝，把吸水笼头置于水窝中抽水，此时可进行其它部位的挖掘。待拉底达到吸水笼头的吸水极限时，仍挖一0.5 m深的水窝，把吸水笼头再置于其中抽水而开挖其它部位。如此不断移动水窝及吸水笼头，直至按设计将底板拉好。②铺底。先进行两侧墙体的浇筑。立模浇筑前，将两帮涌、淋水导入底板。两侧墙浇筑完成后，进行铺底工作。底板设计厚度为1.0 m，包括0.5 m厚的混凝土和在其下方铺设的0.5 m厚的砾石层。在工作面附近放置1个尺寸0.4 m×0.4 m×1.0 m、底部带有长条形密集式透水槽的吸水桶，将吸水笼头置于吸水桶底部抽水，此时，可进行铺底工作。首先铺设0.5 m厚的砾石层，与此同时，在底板裂隙涌水点及裂隙部位预置注浆管。为防止砾石层上铺设的混凝土掉入砾石缝隙而减少过水或堵塞过水通道，铺设混凝土前，在砾石层上先铺设1层石棉瓦。由于采用了快干水泥混凝土，待混凝土凝固12 h后即可进行注浆工作。注浆一次即达到了堵水目的。

5　工作面超前预注浆

　　依据已揭露的泥灰岩构造发育状况，在完成壁后注浆处理后，为防止主斜井井筒施工中再次出现较大的涌水而造成淹井事故，以及为加快井筒施工速度、改善井下作业条件和减少排水费用，决定对主斜井井筒实施工作面超前预注浆。

5.1　注浆方案
　　(1)注浆浆液。选用单液水泥浆，水泥浆中加外加剂氯化钙和三乙醇胺。
　　(2)注浆方式及段长。据主斜井施工已揭露的地质和水文地质情况，并考虑注后能形成一定厚度的注浆帷幕，选择长、短段相结合的注浆方式，短段长10 m，长段长50 m。短段注浆孔钻成1个注1个，一次钻注完成。
　　(3)注浆孔数及其布置。考虑裂隙发育程度、浆液有效扩散半径和井筒断面大小，注浆孔数定为10个，其中，短孔(长10 m)4个，长孔(长50 m)6个，终孔孔位距井筒外轮廓2.0 m。

5.2　注浆参数
　　(1)注浆压力。依据有关技术资料，注浆终压应为静水压力的2～5倍。为达到较好的注浆效果，选用较高的系数，即注浆终压选定为5～6 MPa。
　　(2)浆液浓度。依据岩体裂隙发育情况及涌水量，水泥浆水灰比选择为0.5∶1～1∶1，浆液相应的初凝时间为7 h41min～14 h56 min。
　　(3)注浆结束标准。根据经验，注浆结束标准为，维持注浆终压和吸浆量的时间大于15 min。

5.3　注浆施工
　　先施工短段注浆孔，后施工长段注浆孔。短段注浆孔的施工顺序为：1，3，2，4号；长段注浆孔的施工顺序为：1，4，3，5，2，6号。注浆施工时，共施工7个钻孔；其中短段的1，2，3，4号孔，长段的1，4，3号孔。在施工完短段的1，2，3，4号孔及长段的1号孔并经注浆后，施工长段的4，3号孔时孔内已经没有水，所以长段注浆孔只施工了3个注浆孔，即1，4，3号孔。注浆孔内总的涌水量为148 m³/h。

6　注浆效果

　　对井筒已揭露的泥灰岩段壁后注浆和井筒未施工段泥灰岩含水层超前预注浆处理取得较好效果。纯注浆共用时间22 d。消耗水泥72.7 t，其中壁后注浆用水泥40.7 t，工作面超前预注浆用水泥32.0 t；消耗水玻璃20.07 t。壁后注浆前涌水量为287 m³/h,注浆后减小为10 m³/h，堵水率约达97%，每年可节省排水费用20万元以上；工作面超前注浆前钻孔总的涌水量为148 m³/h，注浆后，经井筒施工揭露后实测，总涌水量不足4 m³/h，堵水率达97%以上，每年可节省排水费用15万元以上。