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摘 要：宁夏回族自治区灵武市红柳煤矿一号副立井含水段井筒涌水量为216m3/h，采用工作面预注浆法施工一次性注浆成功达到预期效果。
关键词：预注浆 化学浆液 科学施工
中图分类号：TD262.62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0132-02
红柳煤矿一号副立井隶属神华宁夏煤业集团公司，位于宁东基地鸳鸯湖矿区，设计生产能力为800万t/年，由宁夏煤炭设计研究院设计。采用普通凿井法施工，井筒直罗组下段含水层采用工作面预注浆法施工。
1 地质和水文地质概况
根据宁夏煤炭勘查院提供的红柳一号副立井井筒预想柱状图可知：该段是区域性强含水层，含水段总厚度73m（起止深度340～413m）。岩性主要为灰白、灰褐、浅红色夹紫斑的细、中、粗粒砂岩，局部夹薄层粉砂岩和泥岩，局部含砾；砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。底部为一厚层灰白、浅红色含砾石英长石粗砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差。
2 注浆施工工艺
2.1 注浆方案
根据含水层的深度、厚度及岩性，结合以往注浆经验，采用预留岩帽和止浆垫联合受力，进行注浆堵水，可将该段顺利通过。浆液类型采用水泥单液浆和化学浆液。止浆垫设计厚度为4.5m，止浆垫砼强度设计为C40，配合比按照试验室试配实验结果进行。在人工砌筑止浆垫前预埋无缝钢管作注浆孔口管，注浆孔口管数设计为30个，检查孔5个，共计35个。用MK-4型液压钻机在工作面止浆垫上施工注浆孔，在地面井口棚内设注浆站，通过地面XPB-90E型注浆泵和井壁吊挂无缝钢管，将地面搅拌好的单液水泥浆液、化学浆液经注浆孔压入到含水层裂隙、孔隙中。
2.2 注浆深度
掘进340m后停止掘进施工浇注止浆垫，即井深340m处打注浆钻孔，原则上钻孔穿透含水层并进入隔水层10m即井深413m。具体钻孔深度为注浆前现场打钻孔实测深度为准。
2.3 注浆压力
注浆压力为工作面表压力，压力取8.2～12.2MPa。前期封堵大裂隙，注浆取低值；后期针对小裂隙，注浆取高值。
2.4 注浆孔数及布置
根据该段含水层裂隙、孔隙的特点。工作面布置35个孔，分两圈布孔，外圈30个孔，距井中半径为3.25m，孔径φ133mm，单号孔15个，径向角2.8°，终孔位置超出井筒荒经2.35m。双号孔15个，径向角3.2°，终孔位置超出井筒荒经3m。内圈5个孔，孔径φ133mm，角度为垂直布置，距井中半径1.6m，均匀布置。考虑到吊桶下到井底工作面，钻孔位置可根据现场实际情况进行适当调整。注浆孔的数量，应根据现场注浆压力、注入量等参数综合评价后进行增减。
2.5 钻注顺序
首先注外圈眼孔，按照施组注浆先堵大裂隙原则，每次钻注两孔先注奇数孔，注浆孔钻注顺序先从1#孔，15#孔对称钻进，15#孔超前1#孔10m。待钻孔结束，注入水泥单浆液后，钻注3#、17#，依次类推钻注其它孔，接着施工偶数孔（检查孔）。2#、16#钻进78m根据涌水量情况注水泥单液浆。按次序施工其它检查孔，全部注浆结束后扫孔1#，15#组孔检查注浆效果，根据现场注浆量、注浆压力变化及时调整注浆配比，当注浆孔难以注入浆液，压力上升快，并且涌水量通过扫孔后减小不大，单孔涌水量小于10m3/h，则考虑采用化学浆液注入，当注入化学浆液后单孔涌水量减少到1m3/h以下时，则对检查孔进行钻进，从而检查井筒涌水量。待5个检查孔注入化学浆液后，单孔涌水量小于1m3/h时，注浆方可结束。
2.6 注浆孔数及孔口管设计
根据各含水层的水文地质条件、井筒特征、类似工程的施工经验计算出含水层的注浆孔数。
①注浆孔的孔数按下式计算：N=π（D-2A）/L，式中，D—井筒净径（7.5m）；A—注浆孔与井壁距离（0.85m）；L—注浆孔间距（取0.6m），计算得出N=30个。
②孔口管设计。孔口管长度按下式计算：L=λpd0/4fτ，式中，λ—超载系数（取1.3）；p—注浆终压（取12MPa）；d0—孔口管外径（0.108m）；f—工作条件系数（取0.7）；τ—管材与砼或水泥结石的粘着强度（0.14MPa），计算得出L=4.29m，孔口管高出砼面0.7m，考虑到0.8m滤水层和埋入底板3m，设计孔口管长度为9.0m。孔口管规格取Φ108mm×6mm无缝钢管，孔口管上部焊接法兰盘以便连接注浆阀。
2.7 滤水层设计
滤水层厚度计算公式如下：A=Q/3.14βr2+0.25；其中Q=tq，式中，A—滤水层厚度（m）；r—井筒荒半径（4.35m）；β—碎石层的孔隙率（取55%）；Q—停泵时间内涌水量（m3）；q—井筒涌水量（0.4m3/min）；t—停泵时间（取t=15min），经计算得出：Q=6m3，A=0.43m，由此可知，滤水层厚度0.43m，但根据施工经验，滤水层厚度取0.8m。预留岩帽若没有渗水，则不需要施工滤水层。若有渗水，则按水量设计滤水层的厚度。其预埋注浆管的长度、滤水管的长度也应相应调整。
3 浆液选择
浆液类型采用水泥单液浆和化学浆液
3.1 水泥浆
注浆材料选择PO42.5R普通硅酸盐水泥，存放日期不超过3个月，水玻璃模数2.8～3.4，浓度38～40Be，见表1。
每次注浆的初始浓度，根据压水试验测定的单位钻孔吸水量选择。见表2。
每个钻孔注浆时，初注用浓浆，复注时逐渐降低浆液浓度。但每次注浆时，一般先稀后浓，当浆液在裂隙沉析、充填阶段时，若压力不升进浆量也不减时，应逐渐加大浓度。反之，若压力上升快，减量也快，此时为保证足够的注入量，应依次降低浆液浓度。每更换一次浆液浓度，一般持续20min。
3.2 化学浆液
注入脲醛树脂溶液（甲液）+草酸溶液（乙液），甲∶乙（体积比）为1∶0.5～1∶0.3。调整乙液的浓度，可以得到设计的凝固时间。实际使用时，初凝时间应为20～30min，当进浆量大，且压力上升慢时，应适时的增加乙液的浓度，用小量杯试验，使浆液初凝时间调为15min左右（初凝的指标为量杯呈45°时，浆液不流动），这样压力上升较快。乙液溶液配比见表3。
施工方案采取短注短掘，根据岩性、钻孔涌水量、打钻及排水设备能力等综合考虑，采取以下方案：前期注浆过程中由于岩层中存在一些大的裂隙，浆液随着压力的推动下行进入天然节理和大裂隙封堵水系，含水层中的大裂隙已经利用普通水泥封堵，其中微小裂隙以及孔隙水，普通水泥浆液已经无法注入，由于围岩为软弱地层泥岩，具塑性，滑面，整体稳定性差，在注浆泵压力推动下，必然要流入软弱结构面或薄弱地带。需大剂量的水泥浆液去充填加固围岩，造成注浆量消耗增大，故采用水泥浆-水玻璃双液浆进行加固软岩，经多次钻注情况看，只有分层段反复扫注，把上段的软弱地层全部加固成“硬壳”后，方可具备高压注浆堵水的条件。结合实际情况，采用脲醛树脂注浆材料进行封堵、加固。采取高压力、小流量进行注浆加固，达到充填细小裂隙和孔隙水的目的。
4 注浆效果
根据后期注浆地层属于孔隙水和微裂隙水的情况，应选用小流量小压力的注浆方式进行注浆，注浆压力，单液浆控制4MPa以内，双液浆控制在10MPa以内；当注浆压力升高过快，应调低注浆流量，降低注浆压力保持注浆繼续进行。从现场施工情况看，各孔的注浆压力均以达到设计要求。单孔涌水量随之大减，实测在0.24～0.6m3/h之内，达到预注浆堵水目的。
5 结语
红柳煤矿一号副立井含水层工作面预注浆虽然历时较长，但相对宁东地层来说，这也是一个尝试性的研究课题，通过我们科学管理、认真细致的开展此项工作，表明了以岩石成熟度低、微裂隙和孔隙水为主的西北地层的可注性，并且完全能够达到预注浆的目的。
参考文献
[1] 王中伟.立井过砂岩段含水层工作面预注浆施工[J].煤，2010（7）：54.
[2] 张瑞彬.立井井筒工作面预注浆施工[J].建井技术，2008（3）：12.
[3] 张吉清.预注浆在井巷施工中的应用[J].煤炭技术，2010（6）：138.
关键词：预注浆 化学浆液 科学施工
中图分类号：TD262.62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0132-02
红柳煤矿一号副立井隶属神华宁夏煤业集团公司，位于宁东基地鸳鸯湖矿区，设计生产能力为800万t/年，由宁夏煤炭设计研究院设计。采用普通凿井法施工，井筒直罗组下段含水层采用工作面预注浆法施工。
1 地质和水文地质概况
根据宁夏煤炭勘查院提供的红柳一号副立井井筒预想柱状图可知：该段是区域性强含水层，含水段总厚度73m（起止深度340～413m）。岩性主要为灰白、灰褐、浅红色夹紫斑的细、中、粗粒砂岩，局部夹薄层粉砂岩和泥岩，局部含砾；砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。底部为一厚层灰白、浅红色含砾石英长石粗砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差。
2 注浆施工工艺
2.1 注浆方案
根据含水层的深度、厚度及岩性，结合以往注浆经验，采用预留岩帽和止浆垫联合受力，进行注浆堵水，可将该段顺利通过。浆液类型采用水泥单液浆和化学浆液。止浆垫设计厚度为4.5m，止浆垫砼强度设计为C40，配合比按照试验室试配实验结果进行。在人工砌筑止浆垫前预埋无缝钢管作注浆孔口管，注浆孔口管数设计为30个，检查孔5个，共计35个。用MK-4型液压钻机在工作面止浆垫上施工注浆孔，在地面井口棚内设注浆站，通过地面XPB-90E型注浆泵和井壁吊挂无缝钢管，将地面搅拌好的单液水泥浆液、化学浆液经注浆孔压入到含水层裂隙、孔隙中。
2.2 注浆深度
掘进340m后停止掘进施工浇注止浆垫，即井深340m处打注浆钻孔，原则上钻孔穿透含水层并进入隔水层10m即井深413m。具体钻孔深度为注浆前现场打钻孔实测深度为准。
2.3 注浆压力
注浆压力为工作面表压力，压力取8.2～12.2MPa。前期封堵大裂隙，注浆取低值；后期针对小裂隙，注浆取高值。
2.4 注浆孔数及布置
根据该段含水层裂隙、孔隙的特点。工作面布置35个孔，分两圈布孔，外圈30个孔，距井中半径为3.25m，孔径φ133mm，单号孔15个，径向角2.8°，终孔位置超出井筒荒经2.35m。双号孔15个，径向角3.2°，终孔位置超出井筒荒经3m。内圈5个孔，孔径φ133mm，角度为垂直布置，距井中半径1.6m，均匀布置。考虑到吊桶下到井底工作面，钻孔位置可根据现场实际情况进行适当调整。注浆孔的数量，应根据现场注浆压力、注入量等参数综合评价后进行增减。
2.5 钻注顺序
首先注外圈眼孔，按照施组注浆先堵大裂隙原则，每次钻注两孔先注奇数孔，注浆孔钻注顺序先从1#孔，15#孔对称钻进，15#孔超前1#孔10m。待钻孔结束，注入水泥单浆液后，钻注3#、17#，依次类推钻注其它孔，接着施工偶数孔（检查孔）。2#、16#钻进78m根据涌水量情况注水泥单液浆。按次序施工其它检查孔，全部注浆结束后扫孔1#，15#组孔检查注浆效果，根据现场注浆量、注浆压力变化及时调整注浆配比，当注浆孔难以注入浆液，压力上升快，并且涌水量通过扫孔后减小不大，单孔涌水量小于10m3/h，则考虑采用化学浆液注入，当注入化学浆液后单孔涌水量减少到1m3/h以下时，则对检查孔进行钻进，从而检查井筒涌水量。待5个检查孔注入化学浆液后，单孔涌水量小于1m3/h时，注浆方可结束。
2.6 注浆孔数及孔口管设计
根据各含水层的水文地质条件、井筒特征、类似工程的施工经验计算出含水层的注浆孔数。
①注浆孔的孔数按下式计算：N=π（D-2A）/L，式中，D—井筒净径（7.5m）；A—注浆孔与井壁距离（0.85m）；L—注浆孔间距（取0.6m），计算得出N=30个。
②孔口管设计。孔口管长度按下式计算：L=λpd0/4fτ，式中，λ—超载系数（取1.3）；p—注浆终压（取12MPa）；d0—孔口管外径（0.108m）；f—工作条件系数（取0.7）；τ—管材与砼或水泥结石的粘着强度（0.14MPa），计算得出L=4.29m，孔口管高出砼面0.7m，考虑到0.8m滤水层和埋入底板3m，设计孔口管长度为9.0m。孔口管规格取Φ108mm×6mm无缝钢管，孔口管上部焊接法兰盘以便连接注浆阀。
2.7 滤水层设计
滤水层厚度计算公式如下：A=Q/3.14βr2+0.25；其中Q=tq，式中，A—滤水层厚度（m）；r—井筒荒半径（4.35m）；β—碎石层的孔隙率（取55%）；Q—停泵时间内涌水量（m3）；q—井筒涌水量（0.4m3/min）；t—停泵时间（取t=15min），经计算得出：Q=6m3，A=0.43m，由此可知，滤水层厚度0.43m，但根据施工经验，滤水层厚度取0.8m。预留岩帽若没有渗水，则不需要施工滤水层。若有渗水，则按水量设计滤水层的厚度。其预埋注浆管的长度、滤水管的长度也应相应调整。
3 浆液选择
浆液类型采用水泥单液浆和化学浆液
3.1 水泥浆
注浆材料选择PO42.5R普通硅酸盐水泥，存放日期不超过3个月，水玻璃模数2.8～3.4，浓度38～40Be，见表1。
每次注浆的初始浓度，根据压水试验测定的单位钻孔吸水量选择。见表2。
每个钻孔注浆时，初注用浓浆，复注时逐渐降低浆液浓度。但每次注浆时，一般先稀后浓，当浆液在裂隙沉析、充填阶段时，若压力不升进浆量也不减时，应逐渐加大浓度。反之，若压力上升快，减量也快，此时为保证足够的注入量，应依次降低浆液浓度。每更换一次浆液浓度，一般持续20min。
3.2 化学浆液
注入脲醛树脂溶液（甲液）+草酸溶液（乙液），甲∶乙（体积比）为1∶0.5～1∶0.3。调整乙液的浓度，可以得到设计的凝固时间。实际使用时，初凝时间应为20～30min，当进浆量大，且压力上升慢时，应适时的增加乙液的浓度，用小量杯试验，使浆液初凝时间调为15min左右（初凝的指标为量杯呈45°时，浆液不流动），这样压力上升较快。乙液溶液配比见表3。
施工方案采取短注短掘，根据岩性、钻孔涌水量、打钻及排水设备能力等综合考虑，采取以下方案：前期注浆过程中由于岩层中存在一些大的裂隙，浆液随着压力的推动下行进入天然节理和大裂隙封堵水系，含水层中的大裂隙已经利用普通水泥封堵，其中微小裂隙以及孔隙水，普通水泥浆液已经无法注入，由于围岩为软弱地层泥岩，具塑性，滑面，整体稳定性差，在注浆泵压力推动下，必然要流入软弱结构面或薄弱地带。需大剂量的水泥浆液去充填加固围岩，造成注浆量消耗增大，故采用水泥浆-水玻璃双液浆进行加固软岩，经多次钻注情况看，只有分层段反复扫注，把上段的软弱地层全部加固成“硬壳”后，方可具备高压注浆堵水的条件。结合实际情况，采用脲醛树脂注浆材料进行封堵、加固。采取高压力、小流量进行注浆加固，达到充填细小裂隙和孔隙水的目的。
4 注浆效果
根据后期注浆地层属于孔隙水和微裂隙水的情况，应选用小流量小压力的注浆方式进行注浆，注浆压力，单液浆控制4MPa以内，双液浆控制在10MPa以内；当注浆压力升高过快，应调低注浆流量，降低注浆压力保持注浆繼续进行。从现场施工情况看，各孔的注浆压力均以达到设计要求。单孔涌水量随之大减，实测在0.24～0.6m3/h之内，达到预注浆堵水目的。
5 结语
红柳煤矿一号副立井含水层工作面预注浆虽然历时较长，但相对宁东地层来说，这也是一个尝试性的研究课题，通过我们科学管理、认真细致的开展此项工作，表明了以岩石成熟度低、微裂隙和孔隙水为主的西北地层的可注性，并且完全能够达到预注浆的目的。
参考文献
[1] 王中伟.立井过砂岩段含水层工作面预注浆施工[J].煤，2010（7）：54.
[2] 张瑞彬.立井井筒工作面预注浆施工[J].建井技术，2008（3）：12.
[3] 张吉清.预注浆在井巷施工中的应用[J].煤炭技术，2010（6）：138.