冻结立井井筒壁内注浆封水施工技术

PAGEPAGE6冻结立井井筒壁内注浆封水施工技术方体利王敏建崔建井李建中煤三建71处安徽宿州234000摘要冻结立井壁内无夹层注浆，可注性差，吸浆量小，扩散范围小，出水点不易确定。通过采用整体下行，分层上行注浆，对点注浆，连续注浆，含砂层上下层界面密布孔先注浆，后注中间段、安装孔口管防喷、止浆装置等综合注浆技术，保证注浆安全施工，加固了砼井壁，有效封堵涌水通道，提高注浆封水效果，堵水率达88.7％，取得了较好技术经济效果。关键词立井井筒漏水壁内注浆封水0引言济西生建煤矿设计生产能力0.45Mt/a,采用立井开拓方式。主井净径4.5m，井筒净断面15.904m2,井筒深度571.5m,井筒表土层厚度457.78m,冻结深度488m,冻结段掘砌深度483m,冻结段井壁结构为钢筋砼,基岩段井壁结构为素砼。主井套壁于2003年7月结束，主井筒于2003年12月落底。目前正进行-480m水平井底车场及相关硐室施工,2005年6月井筒出现漏水，至7月16日井筒漏水明显增大，井筒漏水量由5.55m3/h，增至23.6m3/h，平均日增加1.05m3。经现场勘察发现，在井筒-260～-310m段漏水量较大，在-297.5m及-305.2m处有二道环向收缩裂缝（砂砾层与粘土换层处），多个集中出水点，水质较清，水温较低，经分析出水原因为冻结壁解冻后，砂砾含水层沿井壁裂缝孔隙漏水。通过采取综合注浆措施后，经实测：漏水量由23.6m3/h降至2.671m3/h。1工程及地质概况主井井筒净径ф4.5m，净断面15.9m2,外壁厚度为450～900mm，为单排钢筋砼支护，内壁厚度为450～850mm，为双层钢筋砼支护，冻结段砼标号C30～C65,。基岩段为87.8m，为单层素砼支护，支护厚度为350mm，基岩段砼标号C30,主井井壁结构见表1。表1主井井壁结构表标高-10.5-180-180～-230-230～-280-280～-340-340～-400-400～-438-438～-447-447～-461-461～-483内壁厚度500500650650650850850850850外壁厚度450500550600650800850900800根据钻孔钻探资料，主井表土段位于第三系、第四系地层中，第四系地层0～83.29m,厚83.29m,其中粘土及砂质19层；第三系地层83.29～457.78m,厚374.49m,主要由粘土及砂质粘土、砂及粘土质砂、砾土层、岩层组成，分别占四系地层总厚度的65.8%、29.6%、3.5%、1.1%；主井井筒-260～-310m处集中出水段属第三系地层,分别由含砾中砂、粘土、钙质粘土、粘土质砂、砾石、砂质粘土等组成，-257.8～-260.3m为含砾中砂,-280.8～-282.9m为含砾粗纱,-290.8～-297.5m为砾石层,299.1～-305.2m为含砾粗纱，出水段地质情况见主井地质素描图1。图1主井地质素描图根据主井筒2号检查孔提供资料，0～400m有2个含水层组，即第四系含水层组及第三系含水层组。第三系含水层组，主要由粘土、钙质粘土、粘土质砂、砂层组成，粘土层较厚，基本不含水，是良好的隔水层，第三系砂层较松散，富水性较强，第三系下部砂层多不纯，充填有粘土质，多数成半固结状，富水性较差。2井壁渗漏水原因分析（1）对深厚粘土层所采取强化冻结，冻结壁温度较低，在粘土与砂层换层处温差较大所产生的温度应力造成砼裂缝。（2）高标砼在凝固过程中温度较高，水分蒸发，体积收缩所产生的干缩裂缝，造成渗漏水。（3）主井外壁采用下行式金属模板，短段掘砌施工中接茬不实。液压滑升模板套砌内壁滑升时，局部砼表面被拉裂产生表面裂缝。（4）井壁内外层之间夹层缝隙，产生的过水通道。主井在冻结壁解冻后砂砾含水通过以上裂缝、孔隙等过水通道产生井壁渗漏水。3设计壁内注浆参数3.1浆液类型本次注浆采用水泥浆和水泥水玻璃双液浆两种，水泥选用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃选用40～45Be＇模数2.8～3.2。3.2浆液配比水泥浆浓度水灰比取0.75:1，1:1，1.5:1三种，双液浆C:S=1:0.6，采用立式搅拌机搅拌，本次注浆以双液浆为主，水泥浆以浓浆为主，注浆时宜先注稀浆，后注浓浆。3.3注浆压力对井壁强度进行核验：[1]P=K(E2+2R0E)/2(R0+E)2K—井壁允许抗压强度，K=R/nR—井壁材料极限抗压强度，（Mpa）R0—井筒净半径，2.25mn—安全系数，n=2p—注浆部位井壁承压能力,（Mpa）E—井壁厚度，0.65m由主井施工图：-230m以上R=30MPa，内壁厚0.50m，-230m以下R=50MPa壁厚0.65m代入数值：-230m以上P=2.48Mpa-230m以下P=4.98Mpa经综合考虑本次注浆压力为:-230m以上注浆压力3Mpa，终压4.5Mpa；-230m以下注浆压力4Mpa，终压5.5Mpa,施工时严格控制注浆终压。3.4注入量为达到最佳注浆效果，在不超过注浆终压情况下，可大量注浆。3.5注浆孔深度注浆孔深度为超过内壁进入外壁100mm。3.6注浆结束标准（1）单孔结束标准达到终压，出水点不再漏水。（2）整个注浆段应无集中出水点或成片渗漏水。（3）整个井筒漏水量符合规范要求。4壁内注浆施工4.1施工方案本次注浆的目的是内外壁夹层注浆堵水。采用整体下行,分段上行注浆方式[2]。=1\*GB3①井壁裂缝漏水处，采取下行式注浆，集中出水处先注浆，分散漏水处后注浆。=2\*GB3②井壁漏水范围同含水层厚度一致，可先在下部层界面注浆，然后在上层界面注浆，最后中间注浆，以防驱散地下水，扩大漏水区。采用单液及双液注浆，注浆泵及造浆站布置在上井口，通过注浆管路对井壁夹层进行注浆，在罐笼上搭设工作台进行钻孔及注浆作业。4.2壁内注浆施工（1）注浆范围：注浆范围为冻结表土段。垂深260-310米为重点注浆段。（2）注浆方式：采用整体下行,分段上行的注浆方式。（3）注浆设备：采用2TGZ-60/210型注浆泵，立式搅拌筒，ø25mm高压胶管。（4）造浆站布置：造浆站设置于地面井口东侧，由双路高压胶管输送浆液至井壁注浆段。（5）工作台搭设：在罐笼上搭设工作台进行钻孔及注浆作业。（6）注浆孔施工注浆孔深度为超过内壁,进入外壁100mm。注浆孔布置排距为=1\*GB3①集中出水段为6m，无出水段10m；=2\*GB3②每周布孔4～6个，注浆孔数可根据现场堵水情况增减。（7）孔口管施工用ø42mm钻头在内壁打孔，孔底留100mm井壁作为保护层，将ø40mm×5m无缝钢管加工的孔口管缠上麻丝，孔口管加工成倒马牙扣型，用风钻配专用自制顶具装入孔内，外露50mm，孔口管外装25MPa高压球阀，必须经清水试压合格。孔口管试验压力必须大于注浆压力1Mpa，保证孔口管的承压控水能力及安全装置灵活可靠。再用ø28mm钻头套孔钻进，钻透内壁进入外壁100mm。（8）集中出水段注浆施工在-297.5m及-305.2m处有2道环向裂缝，裂缝均布在井筒东部及西部，裂缝长2～3m，宽1～2mm，漏水形态为沿裂缝顺井壁渗漏水及线状喷水。注浆采用先注出水区段下层界面-310m水平。在集中出水点漏水量较大时，在距集中出水点500mm处，布孔注浆。集中出水点较小时，采用顶水注浆。该层注浆无渗漏水后，用同样方法注集中出水上层界面-260m水平。最后从-310m水平向上按设计布孔注浆。（9）跑浆、漏浆、防喷处理方法：可采用缩短凝胶时间、间歇注浆、打入木楔、棉纱、双液浆等方法进行处理。[3]在孔口管端部50mm处加焊100mm×100mm×5mm钢板防喷水、止浆盘，在装入孔口管前在防喷、止浆盘处缠麻，保证孔口管密贴壁面，有效防止突水、跑浆现象。（10）井筒内注浆泄压浆液处理：在罐笼下层放一辆矿车，把泄浆管接至矿车，用于存放浆液。（11）输浆管路布置输浆管采用ø25mm高压胶管沿井筒压风管路敷设，每5m用10#铁丝绑扎一次，每20m用U型卡一道固定，直至注浆位置，注浆管路采用2路高压胶管连接至注浆位置。（12）造孔注浆工艺流程钻孔（ø42mm）→安装孔口管→安装高压球阀→进行耐压试验→在孔口管内套孔钻进→放水→注浆管路及混合器安装→清水试验→测定静水压→注浆5施工安全技术措施（1）注浆泵、高压管、混合器、球阀在正式注浆前应压清水试验，一切正常后再向孔内压清水试压及观察出水点井壁变化情况，注浆时宜先注稀浆，后注浓浆。注浆时应连续注浆,因故障等原因停注时,应注清水冲洗管路；注玻璃浆前、后均应注清水冲洗管路,保证注浆管畅通。（2）严格按设计注浆压力进行注浆，保证注浆压力表完好，严禁无压力表监测控制进行注浆，无论地面、井下压力表超过设计值时，必须及时泄压、停机。泵站司机时刻观察压力表的变化，如压力突升或突降，要及时停泵查明原因采取措施,进行处理。（3）钻孔施工前应对排水设备进行检修，保证在钻孔突水时能正常运转及时排水。（4）拌浆人员要严格掌握浆液配比，按设计配比拌浆。为防止水泥纸、纸屑、石子及其它杂物进入泥浆池，放浆口应设过滤网；水泥浆采用电动搅拌器搅拌，防止水泥浆沉淀。（5）注浆期间要设专人注意观察井壁是否有变形、掉块、跑浆、漏浆等现象，发现问题，立即停止注浆，进行处理。（6）下放注浆管路前，必须对每根注浆管进行导通试验及接头连接试验，接头必须用专用U型卡连接，保证连接牢固可靠。6注浆效果主井筒注浆深506m，注浆施工30d。共造孔319个，完成钻孔进尺236.45m，安装孔口管319根，孔口管总进尺165.8m，注水泥224.3吨，水玻璃12吨。通过采用整体下行注浆，分层上行注浆，最后自下而上进行复注的注浆方案，有效封堵涌水通道，提高注浆封水效果，达到预期注浆效果。经实测：注浆前漏水量为23.6m3/h，注浆后漏水量为2.671m3/h，堵水率达92.3％，且无明显出水点。同时对井壁进行了注浆加固，提高了井壁质量，取得了较好技术经济效果。7结语1、主井筒内外壁之间原设计无夹层，因此套壁后未进行壁内注浆。主井筒深厚表土层采用积极强化冻结,冻结壁较厚解冻时间较长。2003年6月停冻至2005年6月出水，解冻期2年。主井筒经注浆后，实测漏水量2.671m3/h。经一段时间观测，漏水量基本稳定，证明注浆时间与方式选择合理，注浆施工取得了预期效果。2、由于立井壁内无夹层，注浆时吸浆量小，可注性差，扩散范围小，采取加大注清水压力扩孔，在水内加适量水玻璃润滑通道，增大终压等措施，收到较好的注浆效果。3、注浆前应对注浆设备，搅拌系统进行检修试运转，对易损部件购置备用，防止因设备故障影响注浆施工。4、采用主副提升罐笼放置同一水平，搭设注浆工作平台，注浆站设在上井口及ø25mm高压胶管进行注浆，提高工作效率，改善作业条件。5、对注浆孔口管进行改进，加装防喷、止浆装置，采用孔口管套孔钻进，有效防止