石人溝鐵礦壁后注漿堵水工程實(shí)踐

石仁溝煤礦位于河北省遵化市。海外采礦和采礦改造項(xiàng)目由秦皇島冶金設(shè)計(jì)研究中心設(shè)計(jì)。采礦開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括主井、輔助井、風(fēng)井、各水平道、支道。其中風(fēng)井位于礦前1#砂站廣場(chǎng)內(nèi)，井深12米，景觀設(shè)計(jì)深度3.5米。風(fēng)井工程于2001年7月正式開(kāi)工,施工前風(fēng)井無(wú)地質(zhì)勘探報(bào)告。1風(fēng)井掘進(jìn)所遇地層由于水文地質(zhì)資料不全,以及受含水層的影響,井口標(biāo)高+72m至+52m段井頸部分施工,由原設(shè)計(jì)井頸300mm厚素混凝土砌筑,變更為500mm厚鋼筋混凝土沉井法,下沉6.5m后,又因遇強(qiáng)風(fēng)化巖層無(wú)法下沉,而變更為500mm鋼筋混凝土短掘砌作業(yè)。風(fēng)井掘進(jìn)所遇地層情況見(jiàn)圖1。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察,從井口往下,1～5m段無(wú)水,5～8m有多處漏水孔,8～12m井壁接茬處漏水,12～16m局部漏水。實(shí)測(cè)井筒涌水量為46m3/h,井壁漏水為涌水沖涮混凝土所致,在遇故障停電時(shí),水泵停轉(zhuǎn),水位急速上升,對(duì)井下作業(yè)人員產(chǎn)生較大威脅;同時(shí)對(duì)井建質(zhì)量、工期造成不利影響。鑒于以上情況,石人溝鐵礦對(duì)風(fēng)井標(biāo)高+66.7m至標(biāo)高+49m段實(shí)施了壁后注漿堵水工程。2改性層、風(fēng)化層及其含水率依據(jù)對(duì)風(fēng)井所遇細(xì)砂層、粗砂層、砂礫層、強(qiáng)風(fēng)化層、風(fēng)化層及其含水特征分析;含水層涌水情況和井筒施工工藝、井壁漏水狀況,確定采用水玻璃單液和水泥-水玻璃雙液壁后注漿加固堵水方案。3主漿工藝和流程本次注漿是將注漿泵安置在井口附近,采用單液輸漿管延伸至工作面,如圖2、圖3。3.1鉆孔布置原則針對(duì)井壁500mm雙層鋼筋混凝土支護(hù),鉆孔存在遇鋼筋困難,鉆孔布置以“頂水對(duì)點(diǎn)”為原則,孔徑為25.4mm,孔間距為1.4m,層間距為1.2m,共17層,鉆孔128個(gè)。注漿孔平面布置如圖4所示。3.2儲(chǔ)層、全風(fēng)化層及風(fēng)化地層本次注漿采用水玻璃漿液注粗沙層,水泥—水玻璃漿液注砂礫層、全風(fēng)化巖層及風(fēng)化巖層。其中水泥采用優(yōu)質(zhì)425#普硅水泥,水玻璃濃度30～40Be′,模數(shù)為24～34,用45Be′的水玻璃配制。4注漿施工4.1砂漿孔連接到孔除利用井壁預(yù)埋泄水孔作為注漿孔外,采用風(fēng)鉆打孔的方法成孔。4.2工作臺(tái)造孔注漿為有利于注漿施工和安全,利用井筒內(nèi)穩(wěn)盤(pán)作可移動(dòng)注漿工作臺(tái)。將注漿工具放在工作臺(tái)上,利用工作臺(tái)進(jìn)行造孔注漿。用7655風(fēng)鉆打孔,直徑25.4mm鋼管作注漿插管,管長(zhǎng)0.7m。插管插入注漿孔并固定緊后,用閥門(mén)連接注漿管進(jìn)行注漿。4.3砂漿注射順序先進(jìn)行靠近井口段注漿,逐段向下打孔或利用預(yù)埋泄水孔注漿。4.4注漿過(guò)程4.4.1控制注漿壓力,確保擴(kuò)散半徑漿液采用水玻璃單液漿。a.主要機(jī)具:2TGZ60/210型注漿泵、混合器、耐高壓輸漿管、注漿花管等。b.注漿壓力:注漿終壓最大為0.85MPa,開(kāi)始階段使用30Be′的水玻璃稀漿液滲透性注漿,漿液均勻穩(wěn)定滲透。P注控制在0.1～0.2MPa,注漿速度20L/min;擠壓階段使用40Be′水玻璃漿液,P注控制在0.3～0.5MPa,注漿時(shí)間較長(zhǎng);注漿結(jié)束,壓力逐漸上升,P注=0.5～1.0MPa,確保有效擴(kuò)散半徑。c.效果分析:此段0.7m,標(biāo)高+66.7～+66m,注漿3個(gè)孔,注漿1200L,12名人員施工,因水玻璃漿液水分析出沿疏水管導(dǎo)入井筒,相對(duì)增大水量,與堵水量相抵,井筒水量無(wú)明顯下降。4.4.2水玻璃體積配比直接利用預(yù)埋泄水管進(jìn)行水泥—水玻璃雙液注漿。如圖5。水泥漿水灰比1∶1～0.8∶1,水玻璃濃度30Be′。水泥漿與水玻璃體積比:Vc∶Vs=1∶1～1∶0.5;注漿壓力:開(kāi)始時(shí),P=(0.3～0.5)MPa;正常時(shí),P=(0.5～1.0)MPa;結(jié)束時(shí),P=(1.0～1.5)MPa。4.4.3回采單漿注漿壓力注漿亦為雙液漿,而漿液濃度稍微加大一些,水泥漿水灰比為0.8∶1～0.5∶1,水玻璃濃度為40Be′,注漿壓力在P=(1.0～1.5)MPa之間波動(dòng),這段井壁進(jìn)漿量很大。4.4.4風(fēng)化石注射注漿壓力P=0.5～1MPa.注漿壓力最大達(dá)P=3.0MPa,為利用注漿井底構(gòu)筑封水平臺(tái),并對(duì)井壁淋水進(jìn)行補(bǔ)注。5井筒涌水注漿效果本次注漿是在水文地質(zhì)資料不足的情況下進(jìn)行的嘗試性壁后注漿,對(duì)井筒已揭露的細(xì)砂層、粗砂層、砂礫層、風(fēng)化巖層含水層壁后注漿處理,注漿時(shí)間9d,消耗水泥36.8t、水玻璃8.5t,取得了較好的效果,注漿堵水率達(dá)95%,井筒涌水由注漿前的46m3/h降至2m3/h,按涌水量6m3/h的常規(guī)注漿要求,超過(guò)注漿堵水率85%以