豎井工作面注漿止?jié){墊設計與施工

周新勍

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

《有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范》（GB50635-2011）規(guī)定：豎井工作面預注漿應在距被注含水層一定距離時，預留止?jié){巖帽；如遇工作面巖層破碎，不具備預留條件時，應采用強度等級不低于C25 的混凝土砌筑人工止?jié){墊。在豎井井筒施工過程中，由于水文地質(zhì)勘察的局限性，偶有突水事故發(fā)生。工作面突水后，也可通過澆筑混凝土止?jié){墊注漿堵水施工。止?jié){墊的施工質(zhì)量對注漿堵水效果具有決定性的影響，其施工質(zhì)量主要體現(xiàn)在工作面注漿時能承受的最大注漿壓力，注漿時是否不開裂、不底鼓，能否確保施工安全；同時能否防止?jié){液向工作面跑漿、漏漿，確保注漿堵水施工效果。

1 工程概況

某礦瀕臨渤海，水文地質(zhì)條件復雜，巖石間導水裂隙密集。該礦采用豎井開拓方式，副井井筒凈直徑7.5 m，支護厚度0.4 m。 在井筒施工至井深248.5 m工作面時鉆孔多處突發(fā)涌水， 實測井筒內(nèi)涌水量達到53 m3/h， 而工勘資料顯示在井深281.3~290.9 m位置有含水層，含水層最大涌水量18.75 m3/h。 由于含水層提前揭露， 且涌水量與工勘資料數(shù)據(jù)差距較大， 初步分析認為出水工作面附近有導通性極好的構造裂隙或出水通道。經(jīng)研究決定，井筒停止向下掘進，完善排水系統(tǒng)，加強排水防止淹井，立即準備注漿材料與注漿設施對井筒注漿封水。

2 注漿施工設計

鑒于工作面突水，含水層已經(jīng)提前揭露，對井深248.5～300 m 段采取工作面預注漿，在工作面強排水的條件下，施工混凝土止?jié){墊，對248.5～303.5 m 段（超含水層底板12.5 m）進行注漿堵水，注漿段高55 m。

2.1 注漿孔的布置

2.1.1 注漿孔數(shù)

注漿孔的孔數(shù)按式（1）計算：

式中：D 為井筒凈徑，7.5 m；A 為注漿與井壁距離，取0.5 m；L 為注漿孔間距，取2.5 m。

經(jīng)計算注漿孔實取8 個，考慮到吊桶下到井底工作面，鉆孔位置在現(xiàn)場施工過程中可進行小范圍調(diào)整。

2.1.2 布孔方式

因巖石裂隙發(fā)育，采用徑向斜孔布置方式，徑向傾角計算公式見式（2）：

式中：α 為鉆孔在徑向上與豎直軸線的夾角；S 為終孔位置在徑向上超出荒徑的距離， 取3.0 m；A 為注漿孔與井壁距離，為0.5 m；H 為段高，為55 m；計算得 α=3°38′28″。

2.2 混凝土止?jié){墊設計

止?jié){墊的結構形式采用平底型，混凝土的強度等級設計為C40，止?jié){墊厚度可由式（3）計算確定:

式中：B 為止?jié){墊厚度,m。 P0為注漿終壓，取靜水壓力的 2.5 倍，4.75 MPa。 [σ]為混凝土允許抗壓強度，為混凝土7 d 的極限抗壓強度，取混凝土 28 d 極限抗壓強度的 2/3，則 R7=26.7 MPa，K 為安全系數(shù)，K=2。故計算得[σ]=13.35 MPa。r 為井筒荒半徑，4.15 m。

經(jīng)計算，止?jié){墊厚度B 為2.72 m，實取3.0 m。

2.3 濾水層厚度設計

濾水層厚度可由式（4）計算得出。

式中：A 為濾水層厚度，m。r 為井筒荒半徑，r=4.15 m。β為碎石層的孔隙率，β=0.4。 Q 為停泵時間內(nèi)涌水量，Q=q×t。 t 為停泵時間，15 min；q 為工作面涌水量，q=53/60= 0.883 m3/min。 計算得 Q=13.25 m3。

經(jīng)計算，濾水層厚度A 為0.86 m，實際取為1.0 m。

2.4 濾水桶制作加工

為保證工作面止?jié){墊施工， 在施工止?jié){墊和濾水層前，須先加工1 個濾水桶。濾水桶設在工作面靠近井筒中心布置， 將水泵放入濾水桶內(nèi)并及時抽排水，以便于在澆注止?jié){墊時，保證井底涌水不能溢出濾水層，影響砼澆筑質(zhì)量。 濾水桶采用厚12 mm 鐵板加工，桶高4.5 m，桶徑0.85 m，桶上安設Ф960 mm×20 mm 法蘭蓋，法蘭蓋上安設Ф960 mm 盲盤。

3 施工步驟

1）工作面強排水。沿井壁敷設排水管路，吊盤上設置2 臺大型臥泵與水箱，每臺臥泵排水能力為80 m3/h；工作面設置2 臺風泵排水至吊盤水箱，通過臥泵將水直接排至地面，直至將井底水排干。

2）提拉模板。用液壓油泵收縮模板，摘除模板刃角，將模板提升至距離工作面30 m 左右位置處。

3）安設濾水桶。濾水桶周圍切割Ф10~20 mm 的濾水孔，通過提升機直接下放至井底，在井底工作面鉆入4 根Ф20 mm 鋼筋，濾水桶入井后，桶底與鋼筋焊接固定，防止傾倒。

4）設置截水槽。 對于本豎井在井深242 m 位置處利用澆筑混凝土接茬縫設置截水槽， 把上部井壁淋水全部引入截水槽內(nèi)， 再通過導水管將井壁淋水全部導入濾水桶內(nèi)。

5）鋪設濾水層。采用Ф40~60 mm 的碎石當濾水石，使用溜灰罐運送濾水石至工作面進行鋪設，均勻地將濾水石鋪設在整個井底工作面， 保證濾水層上表面平整，濾水層鋪設厚度1.0 m；

6）安設注漿管。 在鋪設濾水石時，預埋8 根長4.5 m 的Ф108 mm 無縫鋼管作注漿管， 注漿管均勻分布在井筒內(nèi)，與徑向成3°~4°夾角。 注漿管底部可用濾水石埋壓固定， 上部通過在井壁打眼用Ф20 mm 鋼筋將注漿管綁扎固定； 注漿管相互之間用鋼筋連接固定。

7）安設預埋管。 預埋管主要用來注漿加固濾水層，預埋管共12 根，均勻地沿著井筒周邊布置，預埋管采用長4.5 m、Ф50 mm、 壁厚5 mm 的無縫鋼管，固定方式與注漿管一致。

8）敷設彩條布。在注漿管、預埋管安設完畢且濾水層鋪設完成后， 在濾水層上表面敷設一層隔水的彩條布。彩條布間可搭接，但必須保證將整個濾水層嚴密地敷設完， 止?jié){墊則直接澆灌在碎石頂部的彩條布上。

9）澆筑止?jié){墊。井筒采用灰罐下料澆筑，混凝土內(nèi)加入一定的早強劑。澆筑要連續(xù)施工，一次澆筑完成。澆筑時要加強振搗，尤其是止?jié){墊與井壁連接處澆筑時要充分振搗，止?jié){墊施工厚度3.0 m。 混凝土澆筑期間必須保證濾水桶內(nèi)水泵一直抽排水， 同時工作面預留備用水泵， 確保止?jié){液墊澆筑期間井底涌水不能溢至濾水層。

10）抽水養(yǎng)護止?jié){墊。在止?jié){墊澆筑完后一直抽水養(yǎng)護5~7 d，養(yǎng)護完成后將濾水桶中的排水泵取出，安設濾水桶法蘭盤與盲盤，工作面采用風泵抽排水。

11）止?jié){墊養(yǎng)護完成后通過對埋設的預埋管注漿充填加固濾水層， 濾水層加固完成后可對工作面進行打鉆注漿。

具體施工布置見圖1。

圖1 止?jié){墊施工示意

4 注漿施工效果

按上述方法施工的止?jié){墊在后期工作面打鉆注漿施工期間未出現(xiàn)開裂、底鼓與跑漿、漏漿的現(xiàn)象。后期掘進45 m 后利用預留的10 m 已注巖層作為探放水巖帽，掘進期間發(fā)現(xiàn)水泥漿封堵巖石裂隙良好，井筒掘進期間井筒內(nèi)涌水量在6 m3/h 以內(nèi)， 注漿堵水施工圓滿完成，豎井施工順利通過含水層。

5 結論

本文通過對豎井井筒注漿施工止?jié){墊的設計與施工可得出以下基本結論：1）工勘地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察對于水文地質(zhì)條件復雜的礦井含水層位置與涌水量大小具有一定的局限性， 在實際施工過程中應加大超前鉆探深度防止揭露含水層并完善排水系統(tǒng)抵遇抗災能力，防止造成淹井事故。2）在工作面突水情況下采取強排水，澆筑止?jié){墊后注漿堵水施工，在實際施工過程中取得了非常好的施工效果，對同類豎井突水情況下注漿堵水施工具有較強的參考價值。