地面预注浆技术在潘一矿第二副井施工中的应用
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摘要：淮南矿业集团公司潘一矿为大型生产老矿井，为了提高年产量，经专家研究实行可行性方案，建设第二副井工作的难度主要是新建第二副井位置距离主井、风井和副井三井较近。新建第二副井前期施工采取冻结和地面预注浆，施工前期因注浆压力过大造成主井井壁破坏，从而对改扩建矿井工广地面预注浆方案和注浆参数进行重新修改。最终第二副井地面预注浆顺利完工。
关键词：井壁破坏；注浆压力；注浆时间；间歇式注浆
中图分类号：TD32 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0014(C)-0216-03
一、工程概况
（一）井筒概况
第二副井位于副井西65m与北99m交会点，距离副井、主井、风井分别为118m、122m、160m。设计井筒净直径7.0m，基岩段800m，基岩段500m，井筒穿过新生界地层159.65m，基岩段地层685.85m，其中风化基岩47.05m。井筒参数见表1―1
表1―1：井筒情况表
（二）水文地质
潘一矿原始地层基岩含水层水位22.85m，因开采的影响，现静水位下降至217.5m，井筒基岩共分5个含水层：
第一含水层组：中粒砂岩，埋深228.40―243.45m，层厚14.65m，以长石为主，偶含石英燧石细砾，泥质胶结，较疏松，富有高角度张性裂隙，注浆孔深到228m就全孔漏浆，不返泥浆。
第二含水层组：埋深243.05―326.00m，层厚82.95m，其中砂岩厚20.70m，占层组厚25%，其次由砂岩和薄煤组成，岩石破碎，砂岩裂隙普遍发育，砂质泥岩裂隙滑面发育，该层是主要含水层，水量丰富，主井掘进时，涌水量达112m3/h。
第三含水层组：埋深695.00―754.95m，层厚6.95m，由砂质泥岩组成，裂隙滑面发育，裂隙破碎带与井底水仓可能沟通。
第四含水层组：埋深695.00―754.95m，层厚59.95m，砂岩厚39.7m，位于煤6与煤4之间，裂隙发育。
第五含水层组：埋深812.45―845.35m，层厚32.9m，位于煤11与煤9之间，以细砂岩为主，多薄层互层状，裂隙发育。
表1―2：井筒检查孔提供的含水层有关数据
井筒检查孔提供第二副井井筒涌水量为106.50m3/h。一、二含水层采取冻结治水，三、四、五含水层采用地面预注浆法治水。
二、施工方案的选择和地面预注浆参数的确定
（一）方案选择：
根据潘一矿第二副井的井筒水文地质工程地质条件，井筒治水方案采用上部冲积层及风化带冻结，冻结深度330m，下部基岩段采用地面预注浆法，地面预注浆法采用了井筒外全部S型注浆孔，S孔经定向钻进增斜、降斜、稳斜于440m左右进出变为直孔。
1、注浆深度
总注浆深度为535.5m，0―320m为固管段，320m―855.5m为注浆段。
2、注浆方式
本次注浆多采用上行式，无论上行或下行，当岩层破碎、坍塌掉块严重时，均先行注浆加固后再进行钻进。岩帽注单液水泥浆，岩帽以下段注粘土水泥浆。
3、注浆孔布置
第二副井注浆孔6个S孔，井检孔距井筒中心正好20m，偏向井筒中心，可兼作注浆孔定为S1。S2、S3、S6、距井中距离为18m，S4为14.5m，S5为22.7m。孔间距S1―S2为22.1m，S2―S3为15.13m，S3―S4为16.2m，S4―S5为20.98m，S5―S6为19.23m，S6―S1为19.15m，335m钻孔落点于距井中心12.4―14.4m的半径内基本均布，440m进入设计靶域，靶心圈径12m，靶域半径2m。
4、注浆材料
（1）注浆材料的选用
主要材料以粘土、水泥、水玻璃为主。
粘土选用东风井附近耕土以下土层，水泥选用325号普通硅酸盐水泥。
水泥为325号普通硅酸盐水泥，含矿渣＜15%
粘土的塑性指数大于10，含砂量
水玻璃的模数为3.0―3.4，浓度38―40波美度
（2）浆液类型
单液水泥浆：固管和岩帽段注浆采用单液水泥浆，由水泥加水、食盐、三乙醇胺配制而成，三乙醇胺加入量为水泥的0.05%，食盐加入量为水泥重量的0.5%
粘土水泥浆：主要由粘土、水泥、水玻璃组成的悬浊液，粘土为主要成分，其特点是材料价格便宜就地取材，与水泥浆相比可使水泥用量减少60%以上，而且该浆液悬浮稳定性高，不易沉淀、不易被水稀释而冲走；在输送过程中不凝固，停止流动后很快具有塑性强度，在爆破和岩石轻微移动时不开裂，具有很号的隔水性和耐久性。
粘土水泥浆水泥加入量为100―400Kg/m3，粘土浆密度为1.13―1.25，水玻璃加入量为10―40L/m3剂的类型和数量，根据地层情况及现场试验情况确定。
（二）地面预注浆技术及参数的确定
在前期注浆的过程中，出现了：1、副井井壁跑浆。2、井井底车场和附近硐室出现了局部开裂和掉浆皮。3、主井累深500m位置处片帮
矿方立即停止了地面预注浆，立即在主井井壁受破坏附近做了多处的卸压槽，并组织有多年井筒施工经验的队伍进行修复，根据编制的措施在受损井壁处的围岩上打高强锚杆并挂钢筋网，然后浇筑高强砼，修复后新井壁完全能够在接下来剩余的注浆工程中抵抗该段注浆压力。在井筒修复的同时井底车场进行注水泥浆，以加固周圈巷道围岩，增强巷道支护，使巷道能够承受因地面预注浆造成的巷道周围增加的压力。矿方组织有关方面的专家对注浆参数进行调整，使地面预注浆在接下来能够顺利进行。
注浆参数调整依据及原则：（1）第二副井及临近巷道工程现状及地质资料。（2）有关规范及规程要求。（3）前期地面预注浆的实际注浆参数对老井筒及井下巷道的影响。（4）确保已有井筒和巷道安全在不受影响的前提下，尽量保证第二副井预注浆质量，达到预期目标
注浆段高
注浆段高的划分取决于第二副井的水文地质特征，依据含水层、隔水层深度、厚度、富水性、裂隙发育等水文地质特征，结合受影响的主、副井冒浆点的地层构造情况，注浆段高最终调整如表1―2
注浆压力
根据第二副井的水文工程地质特征，根据潘一矿第二副井为老矿井中在建的新井筒，经过S2、S5孔的施工，已对主副井井筒构成威胁，原采用的终压为静水压的2.5倍，在采用此压力注浆的过程中，先后出现了副井跑浆、副井井底车场等附近巷道变形、主井井壁破坏等，给矿井正常生产带来危害，后参照《简明建井手册》调整为受注点的静水压至静水位压力的2―2.5倍，即按公式：
PH=（2―2.5）Hr/100
PH――注浆泵表压MPa
H――受注点至静水位的水柱高度m
R――水的密度r=1
调整后的压力见表1―3
表1―3：注浆段高划分及主要注浆参数
注浆量
依据《矿山井巷工程及验收规范》公式计算，通过已施工的注浆孔段分析，对浆液的损失系数、扩散距离、裂隙率，不同的地层，不同的段高，按照孔间距进行符合实际的科学取舍，单孔计算注浆量。
Q=ATR2Hηβ
A――浆液消耗系数取1.5
R――扩散距离6―8m
H――注浆段高
η――岩层裂隙率1.4―2.5%
β――浆液充填系灵敏0.9
单孔注入量见表1―3
注浆范围
本次注浆扩散半径为9m，注浆范围是以井筒中心为圆心以井筒半径加9m，即12m为半径的大圆柱的帷幕。
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浆液配比
现有施工条件要求注浆过程中灵活调节浆液配比，以使注浆效果最佳，配比见表1―4
表1―4：粘土浆液配比表
注浆结束标准
1、岩帽段：
（1）达到或超过设计终压值
（2）泵量60―100L/min
（3）稳定时间不小于20min
2、粘土水泥浆段：
（1）达到设计终压值，稳定时间20分钟
（2）泵量：660m以上段不大于100L/min，单次注浆时间不超过4小时。
三、安全措施
为了注浆工作能够顺利进行，特制定了以下安全技术措施，为了施工的顺利进行。
（一）采取间歇式注浆，注浆量达到20―25M3时，停注30分钟后再注，控制浆液扩散距离。
（二）注浆连续50分钟压力表变化不大，停注30分钟，改变浆液配比，再注压力仍不上升或下降，停止注浆，养护等干后再注。
（三）660m以上采取分次注浆和控制注浆泵输出量，注浆泵泵量最大不得超过181L/min，每段高注浆原则上不少于3次，间隔时间不少于24小时。
（四）注浆时，遵循先稀浆打开裂隙，稍浓浆注，最后浓浆结束，稀浆复注的原则，保证注浆质量和堵水效果。
（五）针对13煤，采取小段高（不超过30米），顶板拉塞，小泵量，多注次，少注量，逐步增压，充填裂隙，固化煤层。
（六）注前压水实验10―20分钟。
（七）注浆方式：S2、S5、钻孔已到855m，上行式分段注浆，S1、S2、S4、S6的注浆方式，480m以上分段下行注浆，480m―700m上行，700―855m下行注浆，上行复注，具体方式根据整体施工实际情况灵活调整。S1、S6一组同注，S4单注、S3后注，但是S6滞后于S1，弥补S1、S5的浆量不足，S3滞后于S4，补充S2、S4的不足。
结语：潘一矿第二副井井筒地面预注浆工程经过大半年来的精心施工，对技改井井筒注浆进行了大胆的尝试，填补了常规施工的空缺，取得一定成果，为煤矿老区改扩建工程奠定基础。
由于施工条件和环境所致，施工过程中根据实际情况合理地划分注浆段高，及时调整参数，使注浆工作有的放矢，注浆钻孔施工时使用了有线随钻定向工艺，提高了注浆的科学性，各项技术指标均达到预期目标，经过压水实验可以看出注浆质量是可靠的，堵水效果明显。但也存在着不少缺点和不足，希望在今后类似工程施工中，注浆技术能够得到不断完善，在注浆技术上精益求精，使以后类似的工程施工越来越安全、越来越简便。
作者单位：淮南矿业集团生产部
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