復合井壁壁間注漿的應用

馬世軍

(開灤(集團)蔚州公司北陽莊礦安全管理部,河北張家口 075700)

復合井壁壁間注漿的應用

馬世軍

(開灤(集團)蔚州公司北陽莊礦安全管理部,河北張家口 075700)

井筒沖擊層段復合井壁壁間注漿的應用,可以解決長期以來困擾建井界的沖擊層治水問題。為建井施工單位創(chuàng)造良好的施工條件,可以保證井筒施工的優(yōu)質、快速、高效、安全,同時對礦井的安全生產也起到了保障作用。

井筒沖擊層 復合井壁 化學注漿 單液注漿 雙液注漿

井筒沖擊層段當含水量較大時,大多設計采用凍結法施工。目前國內外凍結井的井壁設計基本上都是雙層鋼筋砼結構,從實際完工的情況看,隨著凍結開化井壁或多或少都會出水,所以凍結段水的治理成了一個研究課題。

本項目就凍結井沖擊層段出水進行研究,尋找一個行之有效的治水方法。治水的最常見也是最有效的方法就是注漿,但選擇具體實施卻有很大差異,效果也大不相同。本項目研究的主要內容是復合注漿。所謂復合注漿即是化學注漿、水泥單液漿、水泥水玻璃雙液漿聯合應用的一種注漿方法。具體實施要點是化學注漿控制水、水泥單液漿加固井壁、水泥水玻璃雙液漿封孔。結合開灤(集團)蔚州礦業(yè)公司北陽莊礦井風井沖擊層段注漿的成功案例,對復合注漿進行詳細的闡述。

1 工程概況(表1)

風井井筒施工至295米位置時,在井筒167米至175米(凍結段)井壁出現四圈裂縫,水由裂縫噴出,出水量約33m3/h,隨著時間的推移,上部裂縫逐漸增多,出水量也逐漸增大。為保證安全施工,決定對凍結段井壁進行壁間注漿。

2 注漿方案

2.1 注漿方案

利用鑿井期間的雙層吊盤作為注漿站,于出水位置布置4圈注漿孔,采用水泥水玻璃雙液注漿(水泥單液漿加固,水泥水玻璃雙液漿封孔)方法,從下到上進行施工。

2.2 注漿輔助系統

注漿所需要的供電、照明、通風、通訊、供排水等輔助系統,利用鑿井期間原有的輔助系統,能夠滿足注漿要求。

2.3 注漿參數

(1)鉆孔的布置。根據實際情況確定注漿總段高8米,布置4圈注漿孔,每圈平均布置18個注漿孔,在了財源滾滾圈上下間距0.5米布置,孔間距平均1.5米,孔深0.6米(打穿內井壁)。設計布置80個注漿孔,根據實際施工情況進行調整。

(2)壓力計算。

表1 北陽莊礦井風井井筒設計參數表

注漿終壓:Pc=Po×2=2.6Mpa

式中Pc:注漿終壓,Po:靜水壓力

2.4 注漿設備及材料

(1)設備:打眼設備為7655風鍾,注漿設備為2TGZ-210/60雙液注漿泵。

(2)材料:水泥選用標號為Po42.5的普通硅酸鹽水泥,水玻璃為波美度40、模數2.8-3.0。

水泥漿水灰比為1:1,水泥:水玻璃1:0.6。根據現場吸漿情況來調整漿液配比。

2.5 注漿方法

(1)注漿前準備:保證所有配套輔助系統運行完好,吊盤上雜物清理干凈,把吊盤上管、線口安裝上防護設施。注漿所需要的設備及材料在地面檢查好,符合要求后入井。把注漿泵、清水桶、水泥漿液桶及水玻璃桶全部固定在工作盤上。接能電源、吸注漿管路、供水管路。再次檢查注漿設備、管路完好后,啟動注漿泵對注漿泵及管路進行耐壓試驗。

(2)采用7655風鉆直徑42mm一字型合金鉆頭在標定注漿孔位置垂直于井壁進行鉆孔,鉆孔深度為600mm,然后安裝孔口管并固定牢固。接好吸、注漿管路,做測壓試驗,啟動注漿泵對注漿點進行壓水試驗,檢查管路系統的工作性能和漿液的擴散半徑。然后配置漿液,采用單液注漿,如吸漿量大,可調整配比進行注漿或間歇注漿,壓力達到2Mpa后,改注雙液漿,注漿的最終壓力符合設計要求后,停止注漿泵,行關閉注漿閥,打開卸壓閥,再壓注一定量的清水,清洗管路,隨后轉入下一注漿點。

待第一圈注漿完成、各注漿孔口管凝固后,將孔口管外露部分鋸掉,然后轉入第二圈施工。

3 實際施工情況

2012年7月6日開始注漿,從第一個孔注漿開始就遇到了困難:因為水由裂縫噴出,壓力較大,不管是單液漿還是雙液漿,很快就由裂縫流出,始終不上壓。根據這種情況,立即修正了注漿方案,在水壓較大的孔注漿時,改注化學漿,因為化學漿反應時間快,漿液進入井壁后迅速發(fā)生反應,很快就將水封住。第一孔注完三小時后,又出現了問題,原先所注化學漿由裂縫慢慢流了出來,水緊跟著噴出。分析原因為化學漿雖然反應快,起到了迅速封水的作用,但由于膨脹過大,導致強度不足,時間一長會被水壓出來。據此再次調整注漿方案,先用化學漿封水,水封住后再用水泥漿加固,最后用雙液漿封孔。調整后效果非常明顯,各孔注漿順利,漿液沿壁間擴散效果非常理想,最上一排孔注完后,基本上井壁所有大的出水點和裂縫都被封住,實測出水量降至1.5m3/h。2012年7月11日注漿結束,注漿共計消耗化學漿1000kg,水泥7.5t,水玻璃3t。

4 結語

對于壁間注漿而言,尤其是在出水壓力較大時,通過分析各種注漿材料的性能,利用化學漿反應速度快的優(yōu)點,先注化學漿封水,但考慮化學漿耐久性差,再進行水泥單液漿加固,通過調整配比,使其沿壁間充分擴散,達到堵水并加固的目的,注漿后期用水泥水玻璃又液漿封孔,即有強度,凝固期又短,便于下步施工。

利用此種方式在北陽莊礦井風井凍結段復合井壁進行壁間注漿取得了非常理想的效果,注漿結束一年后,凍結段井壁出水沒有明顯增大,此種注漿方式值得推廣借鑒。

馬世軍(1981—),男,河北蔚縣人,漢族,大學本科(在職研究生),開灤(集團)蔚州公司北陽莊礦安全管理部、部長,研究方向:礦業(yè)、安全工程。