工作面预注浆加固技术在某竖井延伸工程中的应用

武 飞

(中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

矿井建设过程中，预注浆技术是解决岩层破碎、涌水量大等技术难题的常用技术手段，在许多矿山井筒防治水工程中取得了良好控制效果[1-6]。某矿区构造复杂，断裂发育；破碎带岩石较松软，工程地质性能较差；由于受构造与风化作用，矿体顶底板岩石较破碎，稳固性差，易产生冒顶、掉块等现象；矿体分布在灰岩中，存在许多溶洞及大量地下水，涌水量可达150 m3/h。该矿山采用竖井开拓系统，主井为方形断面(2.5 m×2.5 m)，采用钢筋混凝土支护，厚300 mm。现拟将井筒由+230 m延伸至+187 m，同时增设+195 m开采中段，以进一步开采深部矿产资源。为防止竖井施工进程中地下水大量涌入井内造成灾害，决定采取对地下涌水具有堵截作用的预注浆处理方案。

1 竖井预注浆设计方案

1.1 注浆孔及检查孔设计

根据井筒尺寸，设计注浆孔8个，孔径为75 mm，孔距为1.1 m，孔心距井壁0.15 m；采用径向垂直孔布孔方式，孔深43 m，+230～+187 m。

为检查注浆效果，待注浆完成后在注浆孔内侧布置5个检查孔，孔径为75 mm，孔距为1.1 m；采用径向垂直孔布孔方式，孔深43 m，+230～+187 m；若注浆钻孔不理想，该检查孔可作为复注孔进行二次注浆。注浆孔及检查孔布置见图1。

1.2 注浆参数设计

根据井筒岩性情况，采用水泥浆+水玻璃双液浆，即C-S浆液进行注浆，二者的体积比可以根据注浆过程中注入量、压力、堵水情况等灵活调整。设计注浆参数见表1。注浆主要设备及材料见表2。

图1 注浆孔及检查孔布置平面(单位：mm)

表1 井筒注浆参数

2 注浆施工工艺

采用KQJ-100B型潜孔钻机，先按设计孔位(井筒内沿井壁平均布置8个孔)和倾角钻φ108 mm孔，孔深5 m，钻完孔后，在孔内灌水泥砂浆(砂子要过筛)后埋入4寸孔口管，孔口管采用无缝钢管制作，每根长5 m，孔口管上焊缠8#铁丝，上端头焊有和4寸高压球阀相连接的法兰盘，法兰盘露出岩面300 mm。在孔口管达到养护期后用φ75 mm钻头在管内钻进，孔口管上必须安装高压球阀。钻孔过程中，在单孔出水量达6 m3/h，或所有钻孔总出水量达到20 m3/h时，须进行工作面注浆[7]。水泥浆液与水玻璃混合后，通过注浆机对钻孔进行注浆作业。根据泵压和孔口管压力的变化，及时调整浆液配比；当达到注浆终压和进浆量太小时，停止注浆。注浆养护结束后进行扫孔，若注浆钻孔不理想，检查孔可作为复注孔使用，进行二次注浆。

表2 注浆主要设备及材料

水泥浆+水玻璃双液浆注浆工艺流程见图2，井筒注浆设备布置见图3。

图2 水泥浆+水玻璃双液浆工艺流程

图3 井筒注浆设备布置

3 安全技术措施

(1)钻孔前必须检查排水系统和水泵是否正常，做好备用水泵准备。

(2)检查钻机安装的牢固性和平稳性，待各部件试运转可靠无误后方可钻孔。

(3)打钻时，若水压和水量突然增大，立即停止作业，拆除钻杆，关闭阀门。

(4)注浆前做好注浆材料的检查验收工作，严禁使用过期不合格的注浆材料。

(5)确保注浆系统各部件连接牢固，注浆前对注浆管路进行耐压试验，全部人员避开孔口管位置。

(6)注浆前对水泥浆液进行过滤，防止堵管。

(7)注浆过程中，随时观察注浆压力和吸浆量的变化，并做好记录，发现异常，及时停泵或采取打开泄浆阀等处理措施。

(8)注浆工作结束后用清水冲洗注浆泵和注浆管路，防止凝固堵管。

(9)全部人员要避开吊桶位置，吊桶或物料正在提升时，其正下方严禁站人。

(10)登高作业要系好安全绳。

(11)在井上下设专用的声光信号和直通电话，吊盘下设安全梯。

(12)加强施工管理，防止下放和提升钻具时各种工具及其他物品掉入钻孔中。

4 结 语

采用工作面预注浆，将设计好的水泥和水玻璃浆液经注浆孔注入井壁围岩裂隙或溶洞中，凝固后形成具有一定强度和隔水性的结石体，不仅可以堵塞裂隙、截断水流，而且提高了围岩的强度，注浆实施后，井筒涌水量控制在1.5 m3/h以内，静水压力降低至1 MPa，注浆效果显著，避免了地下涌水淹井，确保竖井延伸工程的顺利实施。工作面预注浆是控制井筒涌水、保证施工安全的有效手段，对于类似条件井筒施工具有借鉴作用。