千米立井工作面注浆技术应用
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【摘 要】峰峰矿区磁西一号矿井风井井筒，在施工过程中井筒内大量出水，经多方讨论研究后，决定采用工作面深孔定向注浆法进行注浆，方案实施后，收到了预期效果，为井筒的快速掘砌施工创造了良好的条件。
1 工程概况
1.1 风井基本概况
峰峰矿区磁西一号矿井由中煤邯郸设计工程有限责任公司设计，风井由河南煤炭建设集团矿建第三项目部承建，风井地面标高+155m，井筒净直径7.0 m，井筒设计深度1310.4m，荒径8.0～9.4 m。井筒所在地层冲积层较浅，千米深井的围岩稳定性一直是难题，地层构造，断层，情况不明，含水性了解不清，低压过大，都可能在掘进过程中涌水量太大容易出现淹井危险。成井740m时已经形成临时排水系统，集中出水点最高大约10m3/h，井筒上部涌水量5m3/h左右，共计15m3/h。工作面预注浆能改善井筒围岩条件，有效的封堵裂隙水，加强支护。
1.2 出水水源分析
（1）原废弃的BS4孔与下部含水层沟通；
（2）断层带水
第一次出水 2011年11月26日在掘进65模（530m）处，有一个断层，岩层层位为中细砂岩，裂隙发育，岩石破碎，片帮严重，井壁钻孔1.8m，水从钻孔中从下向上涌出，水温大约27。C。出水形式为集中出水，水量大约4m3/h左右。
第二次出水 2012年1月17日风井井筒掘进96模（671m）后，在2012年4月21日复工后，掘进97模、98模、99模，这三模岩层都在紫红色粉砂岩破碎带中，离奇的是96模浇筑养护95天后井壁开裂，水从中砂岩与粉砂岩破碎带接触面中流出。刚刚浇筑的才3天的97模、98模、99模混凝土却安然无恙。出水量6.5m3/h，出水形式为集中出水。
第三次出水 2012年6月5日风井放炮出完渣后浇筑砼时在111模底（738.5m）上约1m的位置即伸缩模板向左2.3m处发现一集中出水点，水量大约在10m3/h，加上井筒上部水量共计15m3/h左右，水温29。C。
井下观察发现整个井筒工作面都在断层破碎带中，断层走向NW50。左右，断层倾角65。，断层落差20m，断层下盘岩层为灰色中细砂岩，断层上盘为紫红色粉砂岩，裂隙发育，裂隙被粘土浆充填，断层下盘中细砂岩内无水，裸岩段及井底工作面无明显出水。
1.3 三次出水的共同特征
（1）出水点的位置都在同一方向，即西北方向，而且上下垂直一致。
（2）出水形式一致，都在断层破碎带中，以集中出水的方式流出。
（3）水量都不大，都在3m3/h―10m3/h。
（4）3次出水点的水温偏高，都在27―29C。左右。
（5）除出水点外，井壁裸岩段及井底无出水现象。
（6）含水层之间没有相互补给关系。
（7）新矿井没有开采，各含水层径流循环条件差，呈相对停滞状态。
（8）含水层补给条件差，水位恢复缓慢，地下水以净储量为主。
（9）风井检查孔资料显示：井检孔孔深1355m，终孔测点井温35.4C。，计算地温递增平均值0.79C。/百米，经计算该地区地温正常。
由于井筒裸岩段岩石破碎片帮严重，直接堵漏效果不太理想，因此筹建处与设计院经过讨论研究决定采用工作面预注浆形成防水帷幕封堵井筒出水，本次工作面注浆采取浇筑混凝土止浆垫，同时固定好孔口管，钻孔注浆前首先加固止浆垫，采取深浅孔并用，单双液结合的方式。
2 工程施工
2.1 止浆垫施工
止浆垫材料为C45砼，用量127m3，因多种不确定因素影响，准备140m3。止浆垫采用平底型止浆垫，经验值2.5m并在底部铺设规格24kg呈米字形加强钢，加强止浆垫底部抗压强度。
底部铺设滤水层，防止混凝土的浆液流入滤水层。在出水点至吸水筒开挖一个填满碎石0.5米宽，深0.5米沟槽作为滤水通道，同时将出水点的水引入Φ0.5m厚为10mm，高度为3m吸水筒。为便于潜水泵排水，上部接法兰盘，及连接1寸注浆管接头的封堵盖。
2.2 注浆孔布置及空口管的埋设
注浆钻孔布置在出水点为第1组，左右3m各一组每组倾角分别45。、70。、80。3个钻孔，出水点对面断层的下盘布置2个检查孔，孔深50―100m，以上钻孔注完浆后，沿第一组做检查孔，共计11孔。
孔口管结构是中下部焊接1―2道加固肋的孔口管，长度3m～5m，每根长1mΦ89×10mm无缝钢管丝扣连接，钻孔起导向作用，注浆时用作连接孔装置。
注浆设备XU―300m钻机钻机；锦西2TGZ―60/210双液调速高压注浆泵注浆泵；镇西2ZBQ―3/2煤矿用气动注浆泵；0.3m3立式搅拌桶；YT―28风锤；
注浆材料300T 的42.5R普通硅酸盐水泥；5T的浓度为40Be的碱性水玻璃；碎石5m3（10-20mm）。
3 预注浆成果
工作面预注浆完成后，井筒内水量明显减少，初涌水量大约15m3/h，改造完成后涌水量大约在8m3/h左右。充填原有裂隙使井壁的围岩条件得到进一步改善，止浆垫和注浆孔的施工使原有水文地质条件得到了更本性改善，
为下面的掘进安全出口和风硐出口主体等副井一期剩余工程计划以及形成二级排水能力，并且改善了副井井筒装备期间的井底排水工作困难，经过注浆，浆液扩散交圈完好，形成了有效的堵水帷幕。最终达到：
（1）加固围岩，加强井筒掘进施工中的安全系数。
（2）封堵地层裂隙水，使施工井筒周围自然形成防水帷幕。
（3）探水，通过打钻探明地层中的含水情况。
（4）探明地质构造，通过钻探岩粉分析井筒周围的地质构造，有助于井壁的设计支护。
4 经济效益及影响
井筒工作面预注注浆完成后，井筒内水量明显减少，初涌水量大约15m3/h，现涌水量大约在8m3/h左右。充填原有裂隙使井壁的围岩条件得到进一步改善，并且改善了风井井筒装备期间的井底排水工作困难，排水设备设施能充分保证井底的排水能力，一度电按0.8元计算，排水泵总共功率为440kw，折损失后排水能力为30m3/h，一个月节省约4万元，一年节省电费达到50万元。节省了人力物力财力，合理优化了井筒的施工工程，为企业创造了效益。
为磁西一号矿千米井筒的快速掘进提供了保证；为井壁设计、支护提供了设计依据；为磁西矿的早日投产打下了坚实的基础。在国内同行业中，千米深井井筒防治水与支护方面具有典型的代表作用。
作者简介：
李志林（1982-），男，河南郑州人，助理工程师，2008年7月华业于中国矿业大学土木工程专业，一直从事矿建工程技术及管理工作，现任河南煤炭建设集团矿建第三项目部技术科长。