唐口煤矿风井井筒锚注法注浆堵水研究.pdf

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第3O卷第6期矿冶工程Vo1．3O№62010年12月MININGANDMETALLURGICALENG眦ERGDecer~er20lO唐口煤矿风井井筒锚注法注浆堵水研究①乔卫国，孟庆彬，林登阁，I"1燕青(1．山东科技大学土木建筑学院，山东青岛266510；2．山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛266510)摘要：针对唐口煤矿砂岩含水层裂隙发育、大面积均匀出水、涌水量大等复杂特性，采用锚注法注浆堵水技术对风井井筒进行注浆堵水。实践结果表明，锚注法注浆堵水后，井壁无明显涌水或喷射点，经过复注，风井井筒总涌水量不足10m／h，堵水率达91％，堵水效果显著。锚注法注浆堵水技术为治理砂岩水提供了一条新的途径。关键词：锚注法；井筒堵水；注浆堵水；砂岩水中图分类号：TD743文献标识码：A文章编号：0253—6099(2010)06—0026—04ResearchonWaterShutofbyBolt—groutingMethodinAir-shaftofTangkouCoalMineQIAOWei—guo，，MENGQing．bin，LINDeng—ge，MENYan—qing(1．CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266510，Shandong，China；2．ShandongProvincialKeyLaboratoryofCivilEngineeringDisasterPreventionandMitigation，Qing-dao266510，Shandong，China)Abstract：Bolt··groutingmethodforwatershutofwasusedintheair·-shaftinconnectionwiththecomplicatedfeaturesinTangkouCoalMine，includingfissuresabundantinsandstoneaquifer，largequantityofwateroutflowuniformlyinawidearea．Thepracticeshowedthatnoobviouspointonwellwallgushingwaterwasfoundafterbolt·groutingmethodforwatershutof．Itshowsaremarkableeffectinwatershutofafterre—grouting，withthetotalwaterinflowinairshaftlessthan10m。／handwatershutofratereaching91％．Bolt—groutingtechnologyprovidesanewandefectivewayfortreatingsand·stonewater．Keywords：bolt—groutingmethod；watershutofinair—shaft；watershutofbygrouting；sandstonewater我国目前冻结法施工的立井井筒的井壁设计多为1工程概况双层钢筋混凝土井壁或双层钢筋混凝土复合夹层井壁，在全部冻结段施工完成后，井壁受冻融影响或施工中混1．1工程概述凝土质量欠佳时，往往造成井壁裂纹和接茬不实而漏唐口煤矿是淄博矿业集团在济北矿区的一个现代水，故井筒冻结段施工完成后应及时进行夹层注浆或壁化矿井，位于潘家庙境内，可采储量3．73亿吨，设计年后注浆J，以确保井筒的安全。唐口煤矿风井井筒在生产能力为3．0百万吨，服务年限为88．82年。采用施工过程中所遇到的砂岩含水层，既具有一般砂岩含水立井开拓方式，在工业广场上布设主、副、风三个千米层的特性，又有其特殊复杂性。它具有细砂岩含水层厚井筒。其中风井净直径为6．0m，井口标高为+39m，度大、高角度裂隙发育、大部岩层致密、属微小裂隙和孔井底车场水平标高为一990．0m，井筒垂深为1044m，隙式含水层、掘砌中无明显出水点、大面积均匀汗渗形表土段采用冻结法施工，基岩含水层采用地面预注浆式出水、水量丰富等特点。在施工过程中采用常规壁后堵水技术封堵地下水。注浆堵水技术，堵水效果很不理想。采用锚注法注浆堵1．2地层概况水技术，取得了良好的技术经济效益。风井井筒穿过的地层自上而下依次为第四系、侏①收稿日期：2010-06-09基金项目：新世纪优秀人才支持计划资助(NCET一07—0519)；长江学者和创新团队发展计划资助(IRT0843)作者简介：乔卫国(1963一)，男，山东荣成人，博士，教授，博士研究生导师，主要从事岩体加固理论与应用技术的教学、科研工作。 6期乔⋯日等：唐|J煤矿风井井筒锚注法注浆堵水研究2"1系、二迭系。有充填胶结性能的材料按照一定的配合比配置成浆1)第四系，厚度为217in，由r{1、粗、细砂岩及粘液，利用注浆泵将浆液通过注浆锚杆同时送入壁内、壁土、砂质粘土等绀成。后和围岩深处，利用浆液和水密度、粘度、重度等不同，2)侏罗系，厚度为516m，山细砂岩、粉砂岩、岩更利用注浆材料的凝胶性，特别是其快凝的特点，依靠浆岩等组成。注浆泵提供的注浆压力动态驱浆赶水，用浆液置换裂3)二二迭系，度为311II1，¨J中、粗、细砂岩及粉隙水及封堵砂岩水，将地下水驱赶出去并封堵在围岩砂岩、泥岩、砂质岩等组成，基岩裂隙发育，且多为隔水帷幕之外，这样就变井壁隔水为围岩隔水，变井壁70。以高角度裂隙，泥岩强度低，易崩解。承受水压为围岩承受水压，变井壁被动隔水为主动隔1．3水文地质概况水，从而大大提高了井壁的安全性，特别是提高了接茬风井井筒穿过的含水层主要是侏罗系含水层和二处的安全性。迭系石盒子组含水。此外浆液充填围岩及井壁裂隙，将松散破碎的围1)侏系含水层分两层，上段含水层厚105m，岩胶结成一个整体，提高了岩体的强度，使围岩本身作预汁井筒涌水量为56．8m／h；下段含水层厚248．5为支护结构的一部分，与原岩形成一个整体，加固了围m，预汁井筒涌水量为81m／h。岩；井筒壁后充填密实，使荷载均匀地作用在井壁上，2)二迭系石盒子组含水层分为三层，上段含水层避免出现应力集中，可大大减少井壁承受的地压，变井厚54in，以粗粒长石、石英砂岩为主，预计涌水量为壁被动支护为主动支护。由于浆液的扩散，扩大了支38．9in／h；中段含水层厚5～6In，以细粒长石、石英护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和砂岩为主，预计涌水量为23．7m／h；下段含水层厚承载能力，有利于井壁的稳定。锚注法注浆堵水机理l2．5m，以细粒长石、石英砂岩为主，预计涌水量为示意图如图1所示。16．4m／h。2治水方案唐『_]煤矿风井井筒淋水集中在基岩段，水源来自砂岩及裂隙水，井筒未穿过大淋水破碎带。测定资料表明，距井口2841TI以下，有6个大的淋水段，总厚达559．4m，总淋水量达107．1m。／h。若采用井筒建成的常规壁内注浆或壁后注浆很难达到预期效果，故在研究堵水理论及堵水技术的基础上，提出了采用锚注注浆堵水技术。采用锚注法注浆堵水技术既封堵围岩水又加固了围岩，形成第一道堵水帷幕；鉴于尚可能有一些小于图1锚注法注浆堵水机理示意0．2mm的裂隙或浆液未能充填及未充满的裂隙，以及l——内注浆锚杆；2——壁内注浆管；3——井筒；4——壁内隔水帷幕由于浆液自身收缩构成的裂隙缝不可能将水全部封5——壁后隔水帷幕；6——注浆锚杆隔水帷幕住，为此在封堵围岩裂隙的同时，进行壁后注浆形成第二道堵水帷幕；根据井壁漏水情况确定是否进行壁内4注浆锚杆结构及布置注浆，构筑第三道堵水帷幕。若涌水量小于6m。／h，4。l注浆锚杆结构则终止注浆，即不用壁内注浆；若涌水量在6—10注浆锚杆主要用来输送浆液并加固围岩，根据井m／h之间，而井壁无喷状淋水，可不用注浆或局部壁筒各段出水量、围岩状况的不同，将注浆锚杆分为3内注浆，但若井壁有喷射出水点则需用壁内注浆；若涌类，即浅孔注浆锚杆、深孔注浆锚杆和大孑L径深孔注浆水量大于10m／h，则需用壁内注浆。锚杆，详见表1。3锚注法注浆堵水机理1，，浅、深孔注浆锚杆用22无缝钢管或÷焊接管二锚注法注浆堵水技术是将围岩、壁内、壁后注浆集制作，挡圈用铁丝焊制，止浆塞用黄麻加水泥，其结构于一体的新型注浆堵水技术。其堵水机理3。是将具示意图如图2所示。 矿冶工程第30卷表1注浆锚杆分类及基本参数分。注浆隔水帷幕垫注浆锚杆主要用于划分注浆段，在两个注浆段之间形成一个隔断，即止水垫；注浆堵水锚杆主要用于封堵砂岩及裂隙水，形成隔水帷幕封堵地下水。各种锚杆布置见图4。浅蒋浆．s22z．sz．zs．。素栗栾藿蚩主要用于各含水层分层深浆z．s224．。z．z，．。銮蒙鋈重点出水段2．5344～52．23．0用谴暇点【q【d)＼|＼图2浅、深孔注浆锚杆结构冬大孔径深孔注浆锚杆与深孔注浆锚杆结构仅管径不同，如图3所示。图4锚杆布置图(a)浅孔注浆隔水帷幕垫注浆锚杆；(b)浅孔注浆堵水锚杆；(C)深孔注浆隔水帷幕垫注浆锚杆；(d)深孔注浆堵水锚杆图3大孑L径深孔注浆锚杆结构5锚注法注浆效果5．1注浆参数4．2注浆锚杆布置1)浆液材料及配合比。①单液水泥浆：唐口煤矿风井井筒深度达1044ITI，含水层总数P·042．5R普通硅酸盐，水灰比为0．6～2．0。②水539．9m，以井筒集中出水段为分段依据，共划分6个泥一水玻璃双液浆：水玻璃选用液体硅酸纳型，模数为注浆段。并以划分的注浆段为依据进行注浆孔沿纵向2．3～2．8，浓度为3O～40。Be；使用双液浆时，水泥浆布置，上行注浆，自下而上分段进行。根据各注浆段出的水灰比为1．25：1，水泥与水玻璃的体积比为1：0．8水量及围岩状况的不同，各注浆段所选用的注浆锚杆～1：0．4。③PM一21浆液：甲苯二异氰酸脂：聚醚也有所差异，风井井筒注浆段划分及注浆锚杆选择方(N330)：二丁酯：丙酮：发泡剂：三乙胺=2：1：0．4：0．4案详见表2。：0．05：0．03。④马丽散E：由中法合资兖州浩珂伟博公司生产。表2风井井简注浆段划分及注浆锚杆选择方案2)注浆压力。正常状态下泵压小于4MPa；顶水注浆封孑L时，泵压大于水压1～1．5MPa。3)注浆量。采用控压注浆，当泵压稳定在2MPa时停止注浆；当泵压不上升时，注浆量超过20袋水泥浆液暂停注浆，4h后用高浓度单液水泥浆液或用水泥一水玻璃双液浆复注。4)注浆结束标准。井筒注浆注浆结束标准为井壁无明显涌水或喷射点。注浆锚杆主要分为两大类，即注浆堵水锚杆和注5．2施工顺序浆隔水帷幕垫注浆锚杆，而每一类又有浅孔和深孔之根据吊盘位置，可先上行注浆而后再下行注浆；根 第6期乔卫国等：唐口煤矿风井井简锚注法注浆堵水研究29据含水层及井壁出水情况可再划分若干个小段，进行6结语分段注浆，采用上堵下截。先注单液水泥浆、水玻璃单液浆；当涌水量大或封1)锚注法注浆堵水技术是利用注浆锚杆将浆液堵困难时，可用水泥．水玻璃双液浆，当注到预定位置同时送入壁内、壁后和围岩深处，用浆液置换裂隙水及后再由上向下复注；若水泥一水玻璃双液浆封水仍困难封堵砂岩水，将地下水驱赶并封堵在围岩隔水帷幕之时，可用PM一21化学浆液封堵。外，变井壁隔水为围岩隔水，变井壁承受水压为围岩承5．3施工工艺受水压，变井壁被动隔水为主动隔水；注浆后加固了井施工工艺为：清理井壁一红漆点钻孔眼位一打眼壁及围岩，可减少井壁承受的地压，变井壁被动支护为一清孑L一安装注浆锚杆，同时止浆一安装球阀与孑L口主动支护，有利于井壁的稳定、安全。压力表一连接进浆管一检查设备及管线一注水一注浆2)以风井井筒集中出水段为分段依据，共划分6一必要时暂停(压力达不到规定压力时，暂停5～10个注浆段；根据各注浆段出水量及围岩状况的不同，将rain左右)一复注(一般1—2次)一达到注浆要求时可注浆锚杆分为3类，即浅孔注浆锚杆、深孔注浆锚杆和停止注浆一关闭球阀一准备下一孔注浆一大约2～4h大管径深孔注浆锚杆；根据各出水段涌水量的大小及后拆除上一个球阀，并清洗干净。封堵难以程度，采用不同的注浆材料，如单液水泥浆、5．4施工设备水泥一水玻璃双液浆或PM一21化学浆液。YTP26气腿风钻打眼WJG80立式水泥浆液搅拌3)唐口煤矿风井井筒在施工过程中所遇到的砂机，2TGZ一60／210型注浆泵及风动专用注浆液，LD一岩含水层具有特殊性，在施工过程中采用常规壁后注50／250型电磁流量计。浆堵水技术，效果很不理想，在研究堵水理论及堵水技5．5注浆堵水效果术的基础上，提出了采用锚注注浆堵水技术，并取得了对锚注法注浆工程前后整个风井井筒注浆段剩余良好的技术和经济效益。涌水量进行实测统计，各层段实测涌水量及堵水效果参考文献：见表3[1]黄德发，王宗敏，杨彬．地层注浆堵水与加固施1技术[M]．徐表3注浆段实测涌水量与堵水效果州：中国矿业大学出版社，2003．12JU3riOBH—ro，i-IaH％q：~yn-MI4Hb，Yr~aHHRaAB．TeoprtaH注浆段注涌水鲢麒测湎水量堵果-3h1)／(m"h1)rlpaKTrtKaHH_heKⅡMoHHor0yrIpoqHeHrtrtnopo~lBrI／IaCTOBbIXI151．359lBblpa6OTKaXYFO,qbHblXIHaXTlMj．KeMepoBo：M3nKyaFTY，2003．Ⅱl21．089】[3]乇茂亭，翟所阚，赵庆民，等．锚注法注浆堵水侄亭南煤矿的研究与Ⅲ41．483．7391应，玎[Jj．1¨东科技大学学报(自然科学版)，2004，23(1)：5—7．Ⅳ16】4491[4]李明远，j：连因，易恭猷，等．软岩巷道锚注支护理论与实践Vl61．4491[M]北京：煤炭~2,1k出版社，2001．ⅥO．6391[5]王连阁，李明远，学知．深部高应力极软岩巷道锚注支护技术累计l07．489．679l研究【JJ，岩石力学与工程学报，2005，24(16)：2889—2893，[6]韩赢，张茂林，馈永年，等．岩土加固技术【M]．徐州：中国矿业由表3可知，整个注浆工程结束后，井筒总剩余涌大学f“版礼，2005．水量不足101TI／h，堵水率达91％，井壁突水点及四周[7]翟所国，赵庆民，王茂亭，等．立井井筒砂岩水特性分析及治理方破碎带没有明流，堵水效果显著。法[J]．山东科技火学学报(自然科学版)，2004，23(2)：15～18．