【文章编号】１００４—７３４４（２０１３）０２—０２２２—０２ 竖井“固结灌浆堵水法＂施工技术的应用 秦朝中 刘笃斌 罗勇 （重庆能源集团重庆川九建设有限责任公司 重庆渝北４０１ １２０） 摘要：本文主要论述了富含表土的水层，而且水来源丰富，补给稳定，竖井的井壁有大面积渗水或漏水情况的堵水方案。对上述 类型的竖井堵水应该选择“固结灌浆堵水”的方案，这种方案具有操作简单、施工成本低、效果好等优势。 关键词：固结灌浆；堵水；方案；立井应用 １工程概况 该盐井煤矿竖井井筒深５６１．１６８ｍ，落底水平为一１７９．６６８ｍ，井筒直径 有小６．５ｍ，其井筒穿过底层岩石系数为Ｆ５～Ｆ６的石灰岩。表土段以及井 口１２ｍ采用钢筋混凝土施工，井口１２ｍ以下的井壁为素混凝土，井壁厚 度为４００ｒａｍ。基岩井壁是钢筋混凝土结构。表土层厚度是１４．４ｍ，地质类 型为石灰岩夹粘土砾石层，属于不稳定的易渗漏岩层，富含表土水层，还 有小溪流过，涌水量为３８ｍ３／ｈ左右，水来源较为丰富，补给稳定。 通过注浆压力计算公式可确定“固结灌浆堵水法”方案的所有技术 参数。 ３．２注浆液 要确保注浆液的扩散半径必须达到注浆要求，保证单液水泥浆的水 泥标号为５２５号。如果遇到钻孔裂隙较大而导致水泥浆用量大，注浆压 力又不上升或吸浆量减少的情况时，可在浆液中加入适量三乙醇胺和食 盐复合早强剂（即俗称的水玻璃），其加入量标准分别为水泥用量的 Ｏ．ｏ５％￣Ｎ ０．５％。单液水泥浆本着“高压稀浆，先稀后浓”的原则，水灰比为 ３：ｌ、２：１、１．５：１、１．２５：ｌ、１：ｌ逐级进行调配使用。 计算公式： Ｑ￣＝ｋｒｒＲ Ｈ，＂￣ｑ１３／ｍ＝１．５ｘ，ｒｒｘｌ ｘｌ０ｘｌｘ０．９／０．８５＝４９．９ｍ 式中： 一浆液消耗系数为１．５；Ｒ一注浆孔中心为基点的浆液有效扩散 ２堵水方案的确定 井筒的地质资料显示，其穿过的含水喀斯特溶岩，厚度达到了 １６４ｍ，属于较浅厚含水层。若仍采用常规注浆施工技术，就会出现重复止 浆垫、井壁加固施工、频率较高的打钻注浆、工序不断转换的情况，就会 注浆工期与注浆成本相应的增加。因此，综合考虑后，遵循“环间分序，环 内加密”的原则，决定选择“固结灌浆堵水法”方案的注浆新技术，进行注 浆施工，还可分为３个或４个注浆段。 半径为ｌｍ；Ｈ，一注浆高度为１０ｍ；１１一地层平均裂隙为１；３－浆液填充系数 为０．９０；ｍ一浆液结石率为０．８５；Ｎ一注浆孔数为２１。 Ｑ ｎ＝４９．９ｍ Ｑ ｚ＝４９．９ｘ２１＝１０４７．９ｍ 注浆量按实际注入量计算。 ３技术参数 ３．１压力计算公式 Ｐ＝（２～４）Ｇ 式中：Ｐ一注浆终压；Ｇ一静水压力。 ，），’’’’＇，＇，，，，，，，，，’， ＇＇＇＇，，，，＇，，’，，，’ ３３注浆孑Ｌ数的确定 ，＇＇，，，，，，’，，，＇’’’＇’，’＇，＇，，，，，，，＇，＇＇’’＇，，，，，＇，＇＇，，，，＇＇＇， 器将动目标地址码调制后用无线方式发送出去，可以发送呼信号和接收 上位机发出的寻呼信号，可以正常工作状态指示和电池欠压指示。 当井下人员通过分布在巷道内的井下读卡基站时，系统会自动记录 其数据并反馈数据库进行加工处理。 ５数据加工处理与煤矿井下人员定位系统实现功能 煤矿井下人员定位系统的设计紧紧围绕着煤矿井下安全生产，从现 实的生产中的角度考虑，智能化、人性化的设计软件功能。 ５－３井下人员定位系统所实现的功能 ５－３．１对煤矿井下人员即时监控定位 通过井下人员定位系统的分布显示功能，可以即地掌握井下人员的 分布情况，并根据实际的生产需要对井下人员进行合理调配，良好配置 井下人员，达到高效生产。 ５．３．２警报与救援 井下人员定位系统可以根据历史数据库储存下来的人员位置数据 信息，在发生事故的时候，对井下人员井下精确定位，从而快速对井下遇 险人员进行救援，为事故时煤矿井下人员的人身安全提供可靠的保障。 ５．１数据分析与处理 井下人员定位系统会定时的访问井下的基站，所有的个基站都会向 服务器发送数据，然后软件就会去自动分析数据，将基站以及身份标识 的信息识别出来，通过调用后台数据库，与该数据进行对比、分析，从而 判断出井下人员的具体分布情况。 ５．２人员活动路线的确定 系统的显示屏幕会设最虚拟的基站点以及过度点，基站点是可见 的，过度点则是不可见的，如图２所示。 ６结语 煤矿的安全生产现如今已经成为矿山生产中极为重要的部分，将高 科技现代化的方法运用于井下人员定位系统，通过建立煤矿井下人员定 位系统，来达到对井下人员的实时定位，追踪查询，合理调配，实现信息 化、智能化管理矿山。这也为煤矿井下人员的安全提供了可靠强有力保 证。 参考文献 ［１］樊哲．井下人员定位系统在现代矿山中的应用ｆＪ１．甘肃冶金．２０ｌ２（０４）：２２ ２３． 【２］景伟平．井下人员跟踪定位系统的组网设计［Ｊ］．山西煤炭．２０１２（０８）：４３～４４． ［３】刘文江．矿井人员井下位置跟踪监控系统的实现方案比较研究［Ｊ］．科技创新与应 ／ＬＴＪ 用２０１２（２１）：３７～３８． 图２人员轨迹路径示意图 ２０１３年１月 撞囹 注浆孔径选定为ｃｂ４２ｍｍ，注浆孔数按公式计算，即： Ｎ＝３．１４（Ｄ一２Ｓ）／ｄ 式中：Ｎ为注浆孔个数；Ｄ为立井筒净直经；ｓ为钻孔距井壁的距离； ｄ为注浆孔距。 按照实际情况，孑Ｌ数可以通过公式具体计算得出。 ３．４注浆孔布置 工作面的注浆孔采用径向斜孔布置，前期布置８个孔（１～８号孔），圈 径为５．２，沿着井筒周边均匀布置，径向倾角为９。；后期在前期布置的各 孔之间加密布置８个孔，圈径５．６ｍ，径向倾角为１４￣。 ４钻注施工工艺 ４．１注浆设备 采用钻机型号为ＫＢＹ５０／７０，适用裂隙较小，钻压２～６ｋＮ，转速ｌ０～ ３０ｒ／ｍｉｎ，需要压风量１５ｍ３／ｍｉｎ，采用了斜孔钻进的新工艺。 还可以采用ＨＦＶ—Ｃ型注浆泵，其性能也很可靠。 浆段岩溶裂隙竖向发育较好，横向较差，掘进期间，注浆段涌水量为 ２．７９ｒｕＴｈ：该段井筒月掘进成巷为４３．４ｍ，达到了预期注浆效果。 第二阶段的施工总共花去ｌ１ｄ时间，全部ｌ０个钻孔注浆共小号了 水泥２１３Ｔ，前８个钻孔的单孔涌水量最大为１１．６ｍ３／ｈ，而且每孔注入水 泥浆后，第８孔涌水为零，但前６个注浆孔均有少量的涌水，大致为０．５～ １．５ｍ￣／ｈ，通过分析，井筒在掘进该注浆段中部时，虽发现第７孔的一侧有 裂隙或裂隙带有少量溢水，但到了第８～１０孔时孔内涌水量均零，当掘进 该注浆井筒时，涌水量仍为零，达到了预期的效果。 施工的第三阶段历时了５ｄ，６个钻孔注浆共消耗了水泥２７Ｔ，先施工 的４个钻孔的单孔涌水量最大为４．５ｍ３／ｈ，并且每孔注入水泥后，第５孔 涌水为零，经分析，井筒在掘进该注浆段底部时，也发现了第５孔的一侧 有裂隙并伴有少量溢水，但第５￣６孔施工时孑Ｌ内涌水量为零，当掘进该 注浆井筒时涌水几乎为零，达到预期的注浆效果。 ６相关技术措施 （１）运用到了高压稀浆注浆的新技术，形成了有效的注浆帷幕。 （２）当钻进遇水或含水层被揭穿情况时，应对止浆垫和岩帽采取注 钻孔的施工应按设计要求钻进；如果遇到特殊情况突或涌水较大 浆加固处理等相关措施。 时，立即停钻，等通过观察、分析确定没问题后再钻进。 （３）用到了分段复注注浆方式，保证了高压稀浆以及注浆的效果。高 ４．３注浆施工 压稀浆注浆应达到注浆设计标准，等浆液凝固后，又进行扫孔、钻进、灌 在钻孔内把注浆管安装好后，就可以测定钻孔内压力和涌水量，这 注下一段，并对上一注浆进行复注，这样交替循环施工作业，直至该孔全 时就可使用注浆机进行注浆。 部钻孔复注完毕。 注浆浆液的浓度可由３：１逐级调配至１：１，其中每个浓度级注浆持 （４）在施工中，采取了提高施工钻孑Ｌ的分段次数的方案，以降低富含 续在４５～５９ｍｉｎ；当注浆压力不上升或吸浆量也不再下降时，可调整浓度 水层的不同分段的高度。当钻孔涌水量大于１２ｍ３／ｈ时，则立即停止钻孔 级直到达到注浆设计要求，再持续注浆一定时间后便可完成注浆。关 或注浆等施工措施，以防止突发水淹井事故，以便保证堵水的效果。 闭阀门并做好养护工作。 （５）用到了水玻璃洗孔预处理技术。注浆前用清水对钻孔进行压水 复钻直到达到下一个设计深度时，必须对原来注浆情况进行检查， 试验，稀释后的水玻璃会将钻孔和裂隙中的岩粉和小颗粒粘附带出，还 再重复上述注浆施工步骤；必须按设计规定时间复注。 ４．２钻孑Ｌ施工 一４．４封孔工序 起了润滑裂隙壁面的作用。 （６）遵循“环间分序，环内加密”的原则，对一些渗透性比较强的地方 采取加密孔的施工技术措施，对部分涌水量较大的孔加４．５ｅ的水玻璃。 因该竖井的渗漏水段均位于竖井的下半部分，且大部分位于竖井底部， 进行灌浆时必须先灌浆堵下半圆，等下半圆灌浆结束，如果上半圆不漏 水，便可结束堵水灌浆。否则，上半圆灌浆堵水的工作还要继续进行。 （７）“定量供浆、间隙灌浆”。灌浆时，当灌浆压力维持不变，而注入率 均匀减少或不变，压力却均匀升高时，灌浆工作应当持续下去，并不得改 ４．５注浆资料 变水灰比；当注入率较大而不见减少时，可采用“定量供浆、间隙灌浆”的 每段每孔注浆过程观测数据资料要由专人负责记录，并录入电子 措施进行处理，间隙时间不少于１２ｈ，再重新扩孔，继续灌注：当“定量供 版，不得有误。准确的观测数据对下面步骤的施工有着重要的参考价值。 浆、间隙灌浆”的处理方式无法取得效果，可采用双浆液灌注。灌浆过程 ４．６止浆垫的厚度及孔口的埋设 中要安排专人负责测定浆液比重，做好详细的灌浆情况记录。 考虑到该施工段地层垂直裂隙较多，浆液易上行的特殊情况，此次 （８）在用１５０型地质钻机打孔时，如果是在坚硬的岩石中钻进，原来 工作面预注浆选取单级平底型止浆垫，止浆垫的混凝士强度为ｃ 。 的常规钻头和压风满足不了钻孔施工的要求时，可用潜孔锤钻头并配套 井筒中止浆垫厚度的计算公式： 增压机增压，便可以解决。 封孔的工序与其它注浆封孔方式基本相同，只需在孔口打一根３．５ｍ 长，直径为ｃｂ７５ｍｍ的钢管，加一个３通即可。 封孔材料是为了保证注浆效果和缩短凝固时间，选用水泥浆和水玻 璃，水泥浆采用Ｐ．Ｏ．３２．５水泥配制，水灰比１：Ｏ．５为主＿夕 加剂参量：食盐 Ｏ．５％；水泥浆液与水玻璃组成双液浆，双液浆比例为１：Ｏ．５。（视现场注浆 情况可将注浆液双液浓度调整为１：１） Ｂ ＝（Ｐ０×Ｒ），Ｐｈ＋Ｏ－３＝（７ｘ３．４５）／３０＋０．３＝１．１ｍ 式中：Ｂ 为井筒中止浆垫厚度为１．１ｍ；Ｐｎ为注浆泵终压为７ＭＰａ；Ｒ 综上所述，“固结灌浆堵水”方案适合竖井井壁大面积渗水或漏水情 为井筒掘进半径为０．３ｍ：Ｐ 为混凝土的允许抗压强度为３０ＭＰａ。 况的堵水施工，并且具有操作简单、节约施工成本、并且灌浆效果良好的 为了加强注浆压力将止浆鼓裂，因此止浆垫厚度加上１．５的系数，止 特点，这次施工为竖井“固结灌浆堵水”技术积累了不少经验。 浆垫的厚度为１．６ｍ。 在岩石中止浆垫的厚度，由于井筒岩石为石灰岩，属于硬岩石： Ｂｌ＝（Ｐ１×Ｒ）／Ｐｈ＝（４ｘ３．４５）／３０＝０．５ｍ ７结束语 参考文献 ｆ１］《盐井煤矿竖井注浆堵水方案》及相关施工措施． ｆ２１重庆川九建设公司第十八项目部盐井煤矿竖井《施工组织设计》 Ｂ．为岩石中止浆垫厚度０．５ｍ；Ｐ，为注浆泵的虑水后压力为４ＭＰａ；Ｐ 为混凝土的允许抗压强度３０ＭＰａ；Ｒ为井简掘进半径为３．４５ｍ。 加强注浆压力将止浆鼓裂，因此止浆垫厚度加上１．５系数，止浆垫的 厚度为０．７５ｍ。 止浆垫总厚度为：Ｂ＝Ｂｏ＋Ｂｌ：１．６＋０．７５：２．４ｍ 止浆垫为圆柱型，上口直径为６．９ｍ，下口直径为９ｍ。 注浆孔口管的长度为８ｍ，深入止浆垫下部的岩石层厚５ｍ，把注浆 压力分解到下部地层，减少注浆对止浆垫及井壁的压力。 『３１《固结灌浆堵水施工方 ． １４１《竖井预注浆技术》． ［５１２０１０版《煤矿安全规秘． 『６１≈噪矿防治水规定》． ｆ７１《中华人民共和国矿山安全法》． 『８１《重庆川九建设公司关于矿建工程施工探放水规定》． ５效果分析 该项目施工第一阶段从开工到注浆结束共历时１４ｄ，９个钻孔按设 计顺序钻进，消耗了３４２Ｔ水泥。施工期间，最大单孔涌水量达３８ｍ３／ｈ，首 期施工的５个钻孔的涌水量由３８ｍ３／ｈ逐渐减少到６ｍ３／ｈ，施工到第６个 钻孔时涌水已基本没有，前５个注浆孔共注入了标号为５２５号的水 ２３６Ｔ。通过分析，主要取决于注浆段含水岩裂隙间的连通性较好，且该注 图国 撞 ２０１３年１月