凍結(jié)法施工井筒壁間注漿技術(shù)

曹玉濤，龐 博

(河北鋼鐵集團(tuán)灤縣常峪鐵礦有限公司，河北 灤州 063700)

1 前言

某礦主井井筒凈直徑5.6m，井深640m，其中凍結(jié)段采用復(fù)合井壁形式，外壁厚400mm，內(nèi)壁厚400mm，鋼筋砼支護(hù)，內(nèi)外壁間夾聚乙烯塑料薄板。主井井筒作為整個(gè)礦井提升的主要通道，其井筒其穩(wěn)定性和密閉性直接影響著井筒的安全。在套內(nèi)壁施工結(jié)束后，可對(duì)內(nèi)外層井壁進(jìn)行壁間注漿，封堵壁間縫隙(接茬縫、裂縫、內(nèi)存缺陷)，可以避免井筒凍結(jié)段解凍后遺存的凍結(jié)水及井筒壁后含水層水通過裂隙導(dǎo)通進(jìn)入井壁[1-2]。

2 注漿方案

2.1 壁間注漿時(shí)間的選擇

壁間注漿具有改變井壁結(jié)構(gòu)特性和受力的作用機(jī)理，壁間注漿需要在壁間處于正溫度狀態(tài)下進(jìn)行，以確保注漿效果[3]。夾層周圍井壁混凝土溫度應(yīng)不低于4℃，可乘吊桶每隔20m在井壁處打眼，用溫度計(jì)測(cè)量。此時(shí)凍結(jié)壁尚未完全解凍，處于封閉狀態(tài)，可以承受外部水壓力。

2.2 注漿設(shè)備和材料

鑿眼工具為YT28風(fēng)錘，直徑42mm，一字釬頭；注漿設(shè)備選用兩臺(tái)2ZBSB1.92- 7.2/10.5- 3雙液注漿泵，以及配套的高壓輸漿管、三通和高壓球閥等。

注漿材料選用標(biāo)號(hào)為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥和濃度為35～40Be′，模數(shù)為2.3～2.8的水玻璃。

2.3 布孔方式

采取“總體下行、段內(nèi)上行”注漿順序，段內(nèi)采取“上行初注、下行復(fù)注”注漿方式[4]，每段注漿孔沿內(nèi)壁圓周均勻布置，一般為4～6個(gè)孔，上下排注漿孔位交錯(cuò)布置，孔深進(jìn)入外壁深度小于50mm，并遵循以下原則：

(1)集中出水點(diǎn)頂水布孔。

(2)施工縫、接茬縫、蜂窩狗洞等井壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱部位，在其下0.5～1.0m或其上1.0m布孔，孔距1～2m。

(3)對(duì)成片滲水，均勻密布孔，孔距0.5～1.5m，三花或五花排列。

(4)布孔以找到井壁漏水水源為原則，無水為廢孔，需及時(shí)注漿封孔。

2.4 注漿參數(shù)

(1)漿液配比。注漿漿液分兩種，一種為水泥單液漿，首選水灰比2∶1濃度漿液，20min壓力不升時(shí)，逐級(jí)加濃；另一種為CS漿液，正常情況下按照體積比C∶S=1∶(0.6～0.8)，最大不得超過1∶1。漿液配比及特性見表1、表2。

表1 單液漿配制表

表2 水泥—水玻璃漿液性能

(2)注漿壓力。注漿壓力各階段注漿壓力為

Pa=P0+(0.3～0.5)

(1)

Pb=P0+(0.5～0.8)

(2)

Pc=P0+(0.5～1.3)

(3)

式中：Pa—初始注漿壓力，MPa；

Pb—正常注漿壓力，MPa；

Pc—注漿終壓，MPa；

P0—注漿點(diǎn)靜水壓力，MPa。

(0.3～0.5)、(0.5～0.8)、(0.8～1.3)為富余系數(shù)，素砼井壁注漿宜取小值。注漿壓力的大小首先應(yīng)滿足井壁強(qiáng)度承受能力，當(dāng)漿液不通暢時(shí)，也可適當(dāng)提高注漿壓力，但不得大于注漿處靜水壓力的1.4倍。注漿過程中要保持壓力穩(wěn)定，進(jìn)漿均勻。

3 注漿施工

3.1 鉆孔和注漿管安裝

(1)布孔及注漿均在工作吊盤進(jìn)行，吊盤的上層層盤作為漿液攪拌站，其上布置一臺(tái)注漿泵,兩個(gè)攪拌桶，下層層盤為注漿工作臺(tái)。井壁注漿施工如圖1所示。

(2)在工作吊盤利用YT28風(fēng)錘打眼，鉆孔角度垂直井壁，適當(dāng)上挑，利于流水和漿液沉淀凝固。

(3)鉆孔完成后將厚3.5mm的無縫注漿管塞入孔內(nèi)，觀察間隙，然后用浸透水玻璃的黃麻密實(shí)地纏在注漿管上，形成錐形(直徑比孔徑大6～10mm)，打入井壁，注漿管外露長(zhǎng)度為40～60mm。每個(gè)注漿鉆孔注漿前都要進(jìn)行孔口管耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取該段鉆孔注漿終壓，達(dá)到注漿終壓，孔口管管壁不漏水，孔口管不活動(dòng)，即可進(jìn)行注漿施工；否則重新進(jìn)行孔口管安置與耐壓試驗(yàn)，直至孔口管耐壓試驗(yàn)結(jié)束。

(4)注漿管安裝好后，關(guān)閉孔口閥，觀察注漿管四周及附近井壁漏水情況、注漿孔之間串通情況、井壁安全情況。當(dāng)漏水量超過注漿泵量的1/3時(shí)，必須先處理再注漿。

(5)當(dāng)出水量較大，水壓力較高時(shí)，距其0.5～1.0m打孔下管，排水降壓；瀉水孔數(shù)量以沖擊力降低到能安裝注漿管為宜。

圖1 井壁注漿施工圖

3.2 注漿

(1)安裝壓力表，注入清水，測(cè)量靜水壓，壓力穩(wěn)定10min為準(zhǔn)。注水試壓步驟：檢查注漿泵管路連接是否正確、牢固、嚴(yán)密，然后向孔內(nèi)壓注清水，觀察井壁是否漏水，記錄注水壓力和流量，確定注漿起始濃度。注水時(shí)泵量由小→大→額定泵量，但最大壓力不得超過注漿終壓2/3。

(2)先注單液水泥漿，當(dāng)跑漿嚴(yán)重或吃漿量較大時(shí)，立即采取措施：①提高漿液濃度；②間歇注漿；③采用CS漿液；④用棉紗、鐵楔子塞縫。

(3)注漿時(shí)，漿液要不停的攪動(dòng)，防止沉淀及吸漿籠頭糊堵，同時(shí)注意觀察注漿孔附近(布孔位置下部2～4m及上部10～20m)跑漿情況和井壁安全。

(4)接近終壓時(shí)，要注意關(guān)注壓力表數(shù)值，嚴(yán)禁壓力超過井壁強(qiáng)度驗(yàn)算值。

4 結(jié)論

該壁間注漿方法可以在合適的時(shí)間內(nèi)對(duì)雙層井壁段進(jìn)行堵水、加固，既能減小對(duì)井壁的破壞，又能簡(jiǎn)單、快速的完成注漿施工，是一種安全、高效地解決井壁涌水的方法。