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思山岭铁矿深井工作面预注浆技术
2015-11-10
思山岭铁矿副井具有断面大、井筒深、水文地质条件复杂等特点。当井筒开挖至第五含水层(-57655~-60255m)时,通过对竖井水文地质条件分析,选取合理的注浆参数及注浆材料对含水层进行超前注浆堵水,取得了良好的效果。工作面预注浆保证了竖井顺利通过含水层,加快了施工进度,同时也确保了施工的质量与安全,对相似水文地质条件的竖井开挖作业具有很好的参考价值。
Serial No. 558 October. 2015 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015年总 第105月58第期 10 期 MODERN MINING  思 山 岭 铁 矿 深 井 工 作 面 预 注 浆 技 术 马 ꢀ 银 1 ꢀ 赵 兴 东 2 ꢀ 姬 ꢀ 祥 2 ꢀ 徐 继 涛 2 ꢀ 崔 喜 旺 1 ( 1. 中 国 华 冶 科 工 集 团 有 限 公 司 ; 2. 东 北 大 学 井 巷 与 地 压 控 制 研 究 中 心 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 思 山 岭 铁 矿 副 井 具 有 断 面 大 、 井 筒 深 、 水 文 地 质 条 件 复 杂 等 特 点 。 当 井 筒 开 挖 至 第 五 含 水 层 ( - 576 55 ~ - 602 55 m) 时 , 通 过 对 竖 井 水 文 地 质 条 件 分 析 , 选 取 合 理 的 注 浆 参 数 及 注 浆 材 料 对 含 水 层 进 行 超 前 注 浆 堵 水 , 取 得 了 良 好 的 效 果 。 工 作 面 预 注 浆 保 证 了 竖 井 顺 利 通 过 含 水 层 , 加 快 了 施 工 进 度 , 同 时 也 确 保 了 施 工 的 质 量 与 安 全 , 对 相 似 水 文 地 质 条 件 的 竖 井 开 挖 作 业 具 有 很 好 的 参 考 价 值 。 关 键 词 ꢀ 深 竖 井 ꢀ 预 注 浆 ꢀ 注 浆 压 力 ꢀ 注 浆 扩 散 半 径 ꢀ 注 浆 量 ꢀ ꢀ 立 井 工 作 面 注 浆 是 在 竖 井 开 凿 施 工 中 遇 到 或 将 岩 , 灰 白 色 , 砂 状 结 构 , 块 状 构 造 , 主 要 矿 物 成 分 是 石 英 , 其 RQD 值 为 94% ; 岩 体 裂 隙 为 3 ~ 5 条 / m, 其 中 -586 ~ - 587 6 m 段 岩 石 破 碎 , 呈 碎 块 状 块 状 , 裂 面 见 碳 酸 钙 质 矿 物 。 - 589 28 ~ - 612 55 m 段 地 层 是 混 合 花 岗 岩 , 浅 肉 红 色 ~ 浅 灰 色 , 花 岗 变 晶 结 构 , 块 状 构 造 , 主 要 矿 物 成 分 是 石 英 、 长 石 、 云 母 , 长 石 以 钾 长 石 为 主 , 其 次 是 绿 泥 石 、 黑 云 母 等 ; 岩 石 完 整 , 呈 柱 状 和 短 柱 状 , 其 RQD 值 为 93% , 岩 体 裂 隙 为 3 ~ 5 条 / m; - 600 58 ~ - 602 08 m 段 岩 石 破 碎 , 呈 碎 块 状 块 状 , 裂 面 角 度 直 立 , 见 暗 色 矿 物 。 要 遇 到 含 水 层 涌 水 时 , 为 了 堵 水 和 加 固 岩 土 而 不 影 响 施 工 进 程 , 在 施 工 工 作 面 进 行 打 钻 、 注 浆 、 封 堵 含 水 层 涌 水 的 注 浆 施 工 方 法 1] 。 思 山 岭 铁 矿 副 井 井 口 标 高 为 + 215 2 m, 井 底 标 高 为 - 1 288 7 m ( 含 [ 6 00 mm 厚 封 底 ) , 井 筒 深 1 503 9 m, 净 直 径 为 10 m。 井 壁 衬 砌 混 凝 土 的 强 度 等 级 : 标 高 - 585 m 以 上 为 C30, - 585 m 以 下 为 C40。 正 常 岩 层 段 采 用 600 mm 厚 的 素 混 凝 土 浇 筑 一 次 支 护 ; - 585 ~ - 665 m 的 不 良 岩 层 段 采 用 锚 网 一 次 支 护 , 并 联 合 600 mm 厚 的 素 混 凝 土 二 次 支 护 。 当 SJ1 副 井 工 程 掘 进 至 井 筒 标 高 - 553 5 m 处 时 , 工 作 面 距 第 五 含 水 层 1 . 2ꢀ 水 文 地 质 区 内 地 下 水 补 给 有 2 个 方 面 : 一 是 大 气 降 水 的 ( - 576 55 ~ - 602 55 m) 23 05 m。 在 短 探 孔 施 工 渗 入 补 给 , 第 四 系 松 散 层 和 基 岩 风 化 带 接 受 大 气 降 水 的 补 给 后 , 成 为 深 部 基 岩 裂 隙 水 ; 二 是 矿 区 东 北 部 地 下 基 岩 裂 隙 水 的 侧 向 径 流 补 给 , 但 受 地 层 岩 性 的 控 制 , 破 碎 带 厚 度 较 小 , 裂 隙 发 育 程 度 有 限 , 侧 向 渗 入 补 给 量 较 小 。 过 程 中 出 现 了 少 量 涌 水 且 有 不 断 递 增 的 趋 势 , 与 工 勘 报 告 的 水 文 地 质 资 料 相 差 较 大 。 另 外 , 井 筒 标 高 - 461 8 m 以 下 井 壁 淋 水 较 突 出 ( 已 经 采 用 壁 后 注 浆 处 理 ) 。 因 此 , 若 要 强 行 穿 过 该 含 水 层 , 施 工 难 度 太 大 且 不 安 全 。 综 合 考 虑 第 五 含 水 层 和 井 壁 淋 水 对 竖 井 施 工 安 全 的 影 响 , 决 定 进 行 工 作 面 长 探 预 注 浆 。 虽 然 井 筒 - 461 8 m 以 下 井 壁 淋 水 情 况 比 较 严 3 重 ( 最 高 可 达 52 38 m / h) , 但 是 对 -461 8 ~ -550 m 1 ꢀ 地 质 概 况 成 井 段 壁 后 注 浆 后 , 井 壁 淋 水 明 显 减 少 。 -553 5 m 1 . 1ꢀ 工 程 地 质 3 水 平 ( 现 在 施 工 标 高 ) 井 筒 涌 水 量 为 4 95 m / h, 估 计 3 SJ1 竖 井 - 563 ~ - 589 28 m 段 地 层 为 石 英 砂 第 五 含 水 层 的 涌 水 量 为 17 23 m / h。 2 ꢀ 工 作 面 预 注 浆 方 案 设 计 2 . 1ꢀ 注 浆 段 高 ꢀ ꢀ 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 编 号 : 51174044, 51474052) ; 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863) 项 目 ( 编 号 : 2011AA060400) ; 2013 年 财 政 部 施 工 新 技 术 研 究 与 开 发 资 金 项 目 ( 编 号 : 2013[ 235] 号 ) ; 2014 工 作 面 长 探 预 注 浆 预 计 在 井 筒 - 563 ~ 612 55 m, 段 高 49 55 m。 由 于 第 五 含 水 层 标 高 - 年 北 京 市 科 技 计 划 重 大 科 技 成 果 转 化 落 地 培 育 项 目 ( 编 号 : 为 - 576 55 ~ - 602 55 m, 所 以 长 探 预 注 浆 段 将 超 过 含 水 层 10 m。 Z141100003514012) ; 辽 宁 省 教 育 厅 人 才 项 目 ( 编 号 : LJQ2012024) ; 辽 宁 省 人 事 厅 人 才 项 目 ( 编 号 : 2013921070) 。 马 ꢀ 银 ( 1965— ) , 男 , 教 授 级 高 级 工 程 师 , 100176 北 京 市 经 济 开 发 区 康 定 街 1 号 。 2 . 2ꢀ 注 浆 孔 布 置 工 作 面 长 探 预 注 浆 孔 布 置 在 半 径 为 5 3 m 的 圆 3 0 ꢀ ꢀ 马 ꢀ 银 ꢀ 赵 兴 东 等 : 思 山 岭 铁 矿 深 井 工 作 面 预 注 浆 技 术 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 10 月 第 10 期 周 上 , 距 离 竖 井 荒 径 0 3 m 左 右 。 24 个 长 探 孔 均 匀 果 。 另 外 , 在 井 筒 中 间 部 位 打 4 个 垂 直 检 查 孔 , 深 50 m。 工 作 面 预 注 浆 孔 共 计 28 个 , 初 步 设 计 总 进 尺 为 1 400 m 左 右 。 副 井 工 作 面 注 浆 孔 布 置 见 图 1。 # # 布 置 , 大 部 分 钻 孔 向 外 倾 斜 1° ~ 3°, 其 中 1 ~ 6 孔 的 外 倾 角 为 15° ~ 20°, 这 是 为 了 加 强 对 下 部 - 600 m 水 平 马 头 门 施 工 段 的 勘 探 和 注 浆 堵 水 效 图 1ꢀ 副 井 工 作 面 注 浆 孔 布 置 2 . 3ꢀ 止 浆 垫 设 计 和 孔 口 管 预 埋 径 不 小 于 6 m, 可 以 调 整 浆 液 的 胶 凝 速 度 、 渗 透 性 和 工 作 面 接 近 第 五 含 水 层 时 , 计 划 在 标 高 - 563 m 注 浆 终 压 。 水 平 处 ( 距 含 水 层 13 55 m) 对 含 水 层 进 行 超 前 注 浆 加 固 、 堵 水 。 预 留 13 55 m 厚 的 隔 水 层 岩 帽 作 为 止 浆 垫 。 同 时 在 - 563 m 水 平 工 作 面 浇 筑 300 mm 厚 的 混 凝 土 垫 层 找 平 地 面 , 以 形 成 平 坦 的 注 浆 工 作 面 , 便 于 固 定 钻 机 和 孔 口 管 。 2. 4. 3ꢀ 单 孔 注 浆 量 根 据 《 简 明 建 井 工 程 手 册 》 , 单 孔 注 浆 量 可 按 照 下 式 计 算 : 2 Q = AπR Hnβ / m , ( 1) 3 式 中 , Q 为 单 孔 注 浆 量 , m ; A 为 浆 液 超 扩 散 损 失 系 数 , 基 岩 段 取 1 35; R 为 浆 液 有 效 扩 散 半 径 6 ~ 8 m, 取 7 m; H 为 注 浆 段 高 , 实 际 段 高 取 50 m; m 为 浆 液 结 实 率 , 取 0 85 ~ 0 95; β 为 浆 液 充 填 系 数 , 取 0 9; n 为 岩 体 平 均 裂 隙 率 , 根 据 实 际 , 取 3% 。 利 用 Q100 型 潜 孔 钻 机 配 套 133 mm 钻 头 , 按 设 计 位 置 和 角 度 打 4 5 m 注 浆 孔 。 成 孔 后 埋 设 孔 口 管 , 可 以 有 效 防 止 注 浆 孔 口 塌 落 和 返 浆 , 并 承 受 注 浆 孔 顶 部 的 压 力 以 避 免 井 壁 表 面 劈 裂 。 使 用 108 mm × 6 mm 无 缝 钢 管 制 作 孔 口 管 , 长 5 m, 一 端 焊 接 高 压 法 兰 盘 。 在 预 制 孔 口 管 的 马 牙 扣 处 缠 麻 , 麻 要 沾 满 铅 油 , 并 用 大 锤 砸 入 注 浆 孔 内 , 管 子 外 露 50 ~ 通 过 实 际 资 料 统 计 和 以 往 的 经 验 计 算 , 该 预 注 浆 段 单 孔 注 浆 量 Q = 328 88 m3 。 2 . 5ꢀ 注 浆 材 料 注 浆 材 料 选 用 新 鲜 无 结 块 的 P. O42 5 普 通 硅 7 0 mm。 孔 口 管 安 装 好 后 , 注 入 适 量 单 液 浆 或 双 液 [ 2] 。 浆 固 定 好 孔 口 管 , 最 后 安 装 盲 板 、 闷 盖 酸 盐 水 泥 和 水 玻 璃 。 工 作 面 预 注 浆 以 单 液 水 泥 浆 为 主 , 固 定 孔 口 管 、 漏 浆 严 重 或 裂 隙 跑 浆 时 , 采 用 水 泥  水 玻 璃 双 液 注 浆 。 2 2 . 4ꢀ 注 浆 参 数 确 定 . 4. 1ꢀ 注 浆 压 力 注 浆 压 力 的 大 小 不 仅 与 裂 隙 宽 度 、 地 层 的 附 加 浆 液 浓 度 对 工 作 面 预 注 浆 的 效 果 影 响 很 大 。 稀 浆 容 易 注 入 且 扩 散 距 离 大 , 但 结 石 率 低 , 凝 固 时 间 长 ; 浓 浆 则 相 反 。 所 以 注 浆 前 要 对 浆 液 进 行 胶 凝 时 间 地 面 配 置 试 验 , 为 井 下 注 浆 浓 度 的 调 控 提 供 指 导 依 据 。 载 荷 等 工 程 地 质 条 件 有 关 , 而 且 还 取 决 于 注 浆 深 度 、 注 浆 速 度 、 注 浆 量 等 因 素 3] 。 施 工 选 定 2 ~ 2 5 倍 静 水 压 力 作 为 注 浆 压 力 , 前 期 的 大 裂 缝 灌 浆 封 堵 取 低 值 , 后 期 的 小 裂 缝 灌 浆 密 封 取 高 值 。 注 浆 终 压 最 终 确 定 为 12 ~ 15 MPa。 [ 2. 6ꢀ 主 要 施 工 设 备 2 . 4. 2ꢀ 注 浆 扩 散 半 径 为 提 高 凿 孔 作 业 效 率 , 共 投 入 4 台 Q100 型 潜 孔 钻 机 , 3 台 同 时 作 业 , 1 台 备 用 。 采 用 3 台 GPB 现 场 施 工 时 , 为 了 保 证 注 浆 的 实 际 有 效 扩 散 半 3 1 总 第 558 期 现 代 矿 业 2015 年 10 月 第 10 期 6 0 / 20 型 高 压 大 流 量 注 浆 泵 ( 一 台 备 用 ) , 在 不 串 浆 比 浓 度 ; 若 压 力 升 高 较 快 , 吸 浆 量 减 小 , 可 适 当 减 小 注 浆 浓 度 , 以 保 证 有 足 够 的 注 入 量 ; 若 压 力 下 降 , 吸 浆 量 增 大 时 , 要 增 加 浆 液 浓 度 。 快 达 到 终 压 时 , 适 当 调 稀 浓 度 。 的 情 况 下 , 2 台 泵 同 时 作 业 , 吸 浆 量 可 达 60 L/ min, 注 浆 压 力 可 达 20 MPa。 2 . 7ꢀ 注 浆 顺 序 及 施 工 注 浆 孔 分 两 序 间 隔 施 工 , 单 、 双 数 孔 数 目 相 同 , 3. 3ꢀ 其 他 方 面 交 叉 布 置 。 钻 孔 沿 同 一 方 向 , 先 施 工 单 数 编 号 孔 , 双 数 编 号 孔 作 为 检 查 孔 。 双 数 孔 若 未 探 到 水 , 注 浆 终 止 ; 若 探 到 水 , 继 续 注 浆 , 中 间 的 4 个 孔 作 为 检 查 孔 。 钻 一 孔 , 注 一 孔 。 周 边 的 24 个 注 浆 孔 均 斜 插 钻 进 , 可 以 确 保 钻 孔 穿 过 纵 向 裂 隙 。 ( 1) 根 据 注 浆 压 力 及 浆 液 注 入 量 的 情 况 , 采 用 间 隙 式 或 复 扫 、 复 注 的 注 浆 方 式 。 ( 2) 为 了 防 止 上 部 井 壁 淋 水 流 入 工 作 面 而 影 响 施 工 进 程 和 质 量 , 预 先 在 井 壁 施 工 截 水 槽 , 将 淋 水 引 至 吊 盘 水 箱 中 , 然 后 用 水 泵 排 至 地 面 。 ( 3) 孔 口 管 要 安 装 注 浆 高 压 球 阀 、 四 通 和 注 浆 闷 盖 。 中 间 的 4 个 检 查 孔 上 安 装 泄 压 高 压 球 阀 和 高 压 压 力 表 , 其 余 孔 均 用 盲 板 密 闭 。 孔 口 管 用 浆 液 固 定 好 后 养 护 24 h, 然 后 对 其 进 行 扫 孔 , 并 做 压 水 试 验 , 以 检 查 孔 口 管 固 结 质 量 , 符 合 要 求 后 才 能 向 下 钻 进 注 浆 孔 。 若 压 水 过 程 中 出 现 问 题 , 则 重 新 用 双 液 浆 固 定 孔 口 管 , 直 至 压 水 不 漏 水 为 止 。 扫 孔 和 向 下 钻 进 时 采 用 73 mm 钻 头 , 钻 进 4ꢀ 注 浆 效 果 注 浆 施 工 43 d 后 , 钻 凿 短 探 孔 时 出 水 量 不 再 增 加 , 甚 至 有 逐 渐 减 少 的 趋 势 。 在 接 下 来 的 凿 井 施 工 过 程 中 也 没 有 出 现 大 量 涌 水 和 突 水 , 最 终 顺 利 通 过 了 第 五 含 水 层 。 同 时 工 作 面 预 注 浆 也 使 - 600 m 水 平 马 头 门 的 施 工 更 加 安 全 高 效 。 3 过 程 中 若 涌 水 量 超 过 5 m / h 时 , 应 立 即 停 止 钻 进 而 改 为 注 浆 ; 若 出 水 量 不 大 , 则 钻 孔 一 次 达 到 设 计 深 度 , 然 后 再 对 该 孔 注 浆 。 另 外 , 钻 孔 时 要 在 孔 口 管 法 兰 盘 上 安 装 高 压 球 阀 和 防 喷 装 置 , 防 止 突 然 出 大 水 , 造 成 淹 井 事 故 。 5ꢀ 结 ꢀ 语 2 . 8ꢀ 注 浆 结 束 标 准 ( 1) 注 浆 过 程 中 根 据 水 文 地 质 条 件 、 注 浆 量 及 注 浆 压 力 等 参 数 随 时 调 整 浆 液 配 比 及 注 浆 材 料 , 可 以 很 好 地 控 制 注 浆 过 程 , 获 得 预 期 的 注 浆 质 量 。 ( 2) 注 浆 施 工 中 , 若 发 现 压 力 骤 然 上 升 或 吸 浆 量 突 然 增 大 , 应 立 即 停 止 注 浆 ; 待 查 明 原 因 并 采 取 处 理 措 施 后 , 再 恢 复 注 浆 。 ( 1) 注 浆 压 力 、 注 浆 量 达 到 设 计 要 求 。 最 终 注 入 速 度 为 35 L/ min, 注 浆 压 力 和 速 度 稳 定 时 间 不 小 于 20 min。 ( ( 2) 每 个 长 探 孔 孔 深 达 到 方 案 设 计 深 度 。 3) 井 筒 中 间 4 个 检 查 孔 无 涌 水 或 涌 水 量 很 小 。 3 ꢀ 施 工 注 意 事 项 ( 3) 由 于 竖 井 地 质 条 件 存 在 不 可 预 见 性 , 且 现 场 施 工 操 作 过 程 中 存 在 一 定 的 误 差 , 所 以 在 实 际 施 工 中 应 根 据 现 场 情 况 及 时 调 整 工 艺 , 经 验 和 理 论 计 算 的 数 据 仅 作 参 考 。 3 . 1ꢀ 注 浆 前 后 的 压 水 试 验 注 浆 前 必 须 做 压 水 试 验 。 一 是 检 验 注 浆 设 备 和 注 浆 管 路 是 否 处 于 良 好 工 作 状 态 ; 二 是 根 据 压 水 试 验 合 理 调 控 注 浆 压 力 。 实 际 施 工 时 , 注 浆 泵 向 岩 层 裂 隙 注 入 清 水 , 泵 量 由 小 到 大 , 每 档 注 水 6 ~ 10 min, 注 水 时 井 下 有 专 人 观 察 、 记 录 。 ( 4) 总 体 来 看 , 工 作 面 预 注 浆 仍 是 解 决 竖 井 开 凿 通 过 基 岩 段 含 水 层 最 合 理 有 效 、 安 全 可 靠 的 施 工 方 式 。 注 浆 结 束 后 也 应 进 行 压 水 试 验 。 一 是 将 浆 液 从 注 浆 设 备 和 管 路 中 推 到 钻 孔 周 边 岩 石 内 , 为 复 扫 、 复 注 提 供 条 件 ; 二 是 清 洗 注 浆 设 备 和 管 路 ( 持 续 5 ~ 10 min) 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ 1] ꢀ 张 永 成 , 董 书 宁 , 卢 相 忠 , 等 . 矿 井 注 浆 施 工 手 册 [ M] . 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2013. [ 2] ꢀ 梁 祖 军 . 千 米 立 井 井 筒 工 作 面 预 注 浆 施 工 [ J] . 建 井 技 术 , 3 . 2ꢀ 注 浆 浓 度 调 控 2 0009, 30( 4) : 1618. 施 工 时 , 注 浆 浓 度 本 着 先 稀 、 后 浓 、 再 稀 的 原 则 [ 3] ꢀ 张 首 明 . 最 新 建 井 工 程 技 术 操 作 标 准 规 范 实 务 全 书 [ M] . 北 进 行 调 控 注 入 。 即 注 入 一 段 时 间 后 ( 约 45 min) , 若 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 2004. ( 收 稿 日 期 20150706) 压 力 不 上 升 , 吸 浆 量 变 化 不 大 时 , 可 逐 渐 加 大 浆 液 配 3 2
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