立井施工中超前探与注浆工艺的结合应用_王晓东.pdf

图 8一水平运输大巷至四采区轨道下山 4、 5 放水孔透孔位置示意图 5结束语 通过以上两组钻孔设计与施工效果的比较， 不 难得出 施工长距离钻孔时， 地质条件对钻孔的施 工精准度影响较大， 应将其对钻孔的影响作为主要 影响因素予以考虑。 作者简介 陈霆 （1979 ） ， 男， 山东济宁人， ,2011 年中国矿业大学毕 业， 矿山测量助理工程师， 地测科副科长。 （收稿日期 2019- 1- 16） 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 1工程概况 根据矿井衔接安排,长平公司拟在芦家峪施工回 风立井,设计井口标高为 991m， 井筒净径为 8.0m， 垂 深 553m。 表土段为 50m， 基岩段 503m， 采用混凝土支 护， 壁厚 500mm， 强度 C40。 根据井检孔的资料显示，井筒共需穿过 8 个富 含水地层，自上而下分别为 含水层一垂深 112.68～118.28m 段中粒砂岩含水层； 含水层二 垂深 181.1～198.68m 粉砂岩和中砂岩含水层；含水层三 垂深 200.59～215.3m 中砂岩含水层； 含水层四 垂深 233.9～247m 细 砂 岩 含 水 层 ； 含 水 层 五 垂 深 292.4～300.6m 细砂岩含水层；含水层六垂深 318.8～328.1 细 砂 岩 含 水 层 ； 含 水 层 七 垂 深 371.4～382.5m 细砂岩含水层；含水层八垂深 425.6～428.8m 细砂岩含水层。经计算井筒最大涌水 量将达到 132m3/h。 为了保证井筒施工安全和井壁质量， 同时， 也为 了改善工作面的作业环境， 在施工过程中， 进行超前 探作业和工作面注浆是两道必不可少的工艺。 但如何 将这两道工序进行合理的安排， 做到既保证质量和进 度， 又达到控制造价的目的， 则是井筒施工技术的难 点和目标。 2施工方案确定的背景 2.1超前探工作现状分析 立井施工中超前探与注浆工艺的结合应用 王晓东 （晋城煤业集团长平公司 ， 山西 晋城 048400 ） 摘要立井施工中， 当采用普通法凿井时,超前探工艺和注浆工艺是两项必不可少的环节,但长期 以来,一直将两工艺分别进行操作。在芦家峪回风立井施工中,长平公司将超前探与注浆工艺进行 了成功结合， 取得了较好的效果。此种工艺， 可作为立井施工中的一项新工艺进行参考。 关键词立井 ；超前探 ；注浆工艺 ；结合 中图分类号 TD262； TD745文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019） 03- 0030- 03 Application of pre exploration and grouting technology in shaft construction WANG Xiaodong （JinchengCoal Group ChangpingCompany ， Shanxi Jincheng 048400 ） Abstract in the construction of vertical shaft, when the common is used to drill the well, the advanced technology and grouting are two essential links, but for a long time, the two process has been operated separately. In the construction of the wind return shaft in lujiayu, Changping Company successfully combined the advanced exploration and grouting technology, and achieved good results. This technology can be used as a reference for vertical shaft construction. Key words vertical shaft ; advanced exploration ; groutingtechnology; combination 30 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 对立井施工过程中是否进行超前探， 相关标准均 未给出强度性规定。同时， 对超前探设计也没有具体 的设计要求。仅 ＜＜ 煤矿建设规程 ＞＞ 井工部分防治 水第 6.6.6 条要求建设项目必须做好水害分析预报和 充水条件分析， 坚持预测预报、 有疑必探、 先探后掘、 先治后采的防治水原则， 采取防、 堵、 疏、 排、 截的综合 治理措施。 由于无强制性规定， 而超前探本身又为隐蔽性工 程,现场管理难度较大。 因此， 在实际施工过程中,经常 出现如下问题 1 ） 为追求进度， 对超前探工作往往出现少探和不 探现象， 给立井的安全施工埋下隐患。 2 ） 超前探工程前期准备工作多,而超前探又是一 次性工作， 探孔没有进行有效的利用。 3 ） 井筒均处于矿建工程的关键线路上， 超前探施 工时井筒必须停止掘进，造成井筒施工工期延长， 影 响后续工作。 2.2注浆工作现状分析 采用普通注凿井时， 一般采用的注浆方式为工作 面注浆和壁后注浆。即施工过程中， 对含水层分段进 行工作面注浆， 待井筒施工结束后， 再采用壁后注浆。 最终达到验收标准要求. 由于采用的是分段的工作面注浆， 井筒的整体防 水效果较差。 井筒施工结束后， 井筒涌水量较大。 壁后 注浆工程量大， 造成投资增加。 2.3施工方案的确定 综合以上两种施工工艺存在的不足之处， 提出将 超前探和注浆两项工程结合实施。 即在回风立井施工 时从基岩段开始就实行 “有掘必探， 遇水先注， 先注后 掘” 的施工方案。 图 1超前探与注浆工艺结合流程图 3施工方案实施 按照 “先探后掘” 的原则， 超前探施工与掘进施工 循环进行， 根据煤矿防治水规定本次超前探超前距为 15m， 钻 探 距 离 为 65～130m， 允 许 掘 进 距 离 为 50～115m。 3.1方案设计 1 ） 探孔布置 采用从基岩段开始由上而下全井筒 进行先探后掘， 井筒共布置 5 个探孔， 均按井筒中心 线布置。 1 号孔位置为 井筒正中； 其余 4 个钻孔均匀 布置在井筒内， 距井壁 0.5m的圆周上成螺旋状布置， 径向倾角 3， 切向倾角 10。 2 ） 注浆孔布置 根据探孔内涌水量情况， 确定注 浆孔布置数量和位置，原则上采用同心圆等距布孔， 在原有探孔中间均匀对称增加注浆孔，孔间距约 2.0m， 注浆孔角度与探孔一致。要确保浆液的扩散半 径在井筒掘进半径之外。 图 2探孔及注浆孔布置平、 剖面图 注 图中单位为 mm 3 ） 止浆岩帽留设 根据含水层的赋存特点， 含水 层以上 10m预留止浆岩帽，下部超前 10m作为注浆 隔离带， 防止含水层涌水在水头压力作用下从底部岩 石裂隙涌出， 造成淹井事故。 4 ） 注浆方式 根据本次注浆的特点， 在钻进过程 中， 如钻孔涌水超过 3m3/h， 即停止钻进， 进行注浆， 待 浆液终凝后， 扫孔， 继续钻进。原则上是由上至下， 涌 水量超过 3m3/h 的涌水，需进行复注。水量不大于 3m3/h， 继续钻新孔， 直到钻孔达到注浆的标准后， 方 可开新孔。 3.2施工作业 3.2.1准备工作。 主要包括钻场的清理、 钻机的固定、 地面注浆泵 的安装和浆液的配制。 超前探钻场位置布置在回风立井井筒掘进工作 面， 底板清底至全断面揭露硬岩； 钻机采用打地锚固 定， 锚杆规格 φ202400mm， 锚固力不小于 50KN； 注浆采用水泥水玻璃双液浆， 配合比根据注浆时涌 水量进行调整。 3.2.2埋设孔口管。 孔口管的埋设是保证后期的钻孔及注浆工作的 关键工序。施工时，先用开孔孔径大于孔口管直径 （Φ87mm ） 的钻头开孔， 下入 Φ83mm套管， 然后采用 注浆泵向孔口管内注入水泥 - 水玻璃双液浆， 并使其 间隙充填饱满。待孔口管周围水泥浆凝固后， 进行扫 孔钻进， 扫孔深度 5500mm。扫孔后对孔口管进行注 31 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 清水耐压试验， 预测本区域静水压力不超过 1MPa， 耐 压试验压力不小于静水压的 1.5 倍， 并稳定 30min， 孔 口管不松动、 周围不漏水时为合格。 依此顺序， 埋设 5 个探孔的孔口管。 图 3孔口管图 3.2.3施工探孔。 首先， 施工 5 个探孔。待孔口管周围浆液凝固后 进行扫孔及钻进， 采用 φ65mm钻头钻进至设计深度 时， 观察钻孔是否涌水及涌水量变化， 再转入下一钻 孔施工。 同时， 根据超前探钻孔施工情况， 观察其涌水 量及出水情况决定是否注浆。 当满足以下两个条件之一时， 需进行注浆； 否则， 拆除钻探设备， 开始井筒正常掘进。 全断面涌水量≥10m3/h； 存在静水压力≥1MPa 的钻孔； 实际施工过程中， 本回风井共分 6 段进行了钻探 （第一段 50～165m；第二段 165～275m；第三段 275～350m； 第四段 350～400m； 第五段 400～480m； 第 六段 480～570m ） 。 其中第一、 二、 六段， 共注浆 6 个探 孔。 其余探孔基本无涌水， 直接通过。 第三、 四、 五段所 有探孔均进行了注浆。 3.2.4工作面注浆。 首先， 根据 5 个探孔的涌水情况， 对涌水量超过 3m3/h 或静水压力≥1MPa 的钻孔进行注浆。然后， 根 据 3.1②中注浆孔的设计进行补打注浆孔， 进行注浆。 每孔注浆结束后， 均要进行验收。工作面注浆结束的 标准为 各注浆孔的注浆压力达到设计终压， 且注入 量小于 40L/min。 本回风井第三段， 新增 4 个注浆孔； 第四、 五段各 新增 8 个注浆孔。 图 4工作面注浆工艺 3.2.5注意事项。 1 ） 当发现井筒涌水量较大或单孔压力大时， 可在 注浆结束后， 再在井筒中部打 1- 2 个检查孔， 起到检 查注浆效果和补充注浆的作用。 2 ） 注浆时， 对于注浆孔可采用间隔注或对称注的 方式， 注浆效果较好。 3 ） 施工探孔及注浆全过程指定专人记录和观察 出水点的层位、 涌水量、 浆液消耗量； 压力变化； 眼位 置； 井壁有无跑漏； 井壁有无破坏； 压力、 吸浆量是否 正常等。 4效果 根据煤矿井巷工程质量验收规范 （ GB50213- 2010 ） ，井筒总漏水量≤6m3/h 且不得有 0.5m3/h 以上 的集中出水孔。 回风井施工结束后，测量井筒总漏水量为 6.5 m3/h； 随之采用壁后注浆， 对几个集中出水点进行局 部注浆。最终，经实测回风立井井筒涌水量为 1.4m3/h， 达到了井筒验收要求。 5优点及改进方向 5.1采用超前探与注浆相结合的施工方式的优点 1 ） 有利于节约成本， 超前探和注浆两项工程的前 期准备工作有较多相同之处，都需进行钻机的安装、 孔口管的埋设， 钻孔的布置。 2 ） 有利于充分利用探孔， 使探孔兼作注浆孔， 实 一孔两用。 3 ） 有利于提高井筒的整体性， 改变了原有的分段 注浆方式井筒基岩段全部实现了超前探， 保证了井筒 施工的安全。 4 ） 达到了井筒综合治水、 干式成井的目的， 改善 了工作面作业环境， 保证了井壁混凝土的浇注质量。 5.2改进方向 在回风井钻探过程中， 超前探钻机一次钻进的距 离最长仅为 120m， 选小于井筒深度。 若能优化或改进 超前探设备， 提高设备的钻探深度和能力， 则可减少 井筒的超前探次数， 减少工程造价， 又可提高井筒施 工速度。 5.3适用范围 超前探与注浆相结合的施工方式主要适用于井 筒涌水量较大或含水层较多的立井。 同时，当巷道 掘进中， 采用超前探时， 或存在涌水量较大需注浆时， 也可将两种工艺进行结合使用。 作者简介 王晓东， 1972 年生，男，本科，就职于晋煤集团长平公 司， 助理工程师。（收稿日期 2018- 6- 14） 32 ChaoXing