紅一煤礦風井井筒基岩段壁後深孔注漿
施工、安全、技術措施
一、工程概況
中電投寧夏青銅峽能源鋁業集團****紅一煤礦建設規模2.4mt/a，風井井筒淨直徑為6.0m，井筒實際深度為458.
925m，穿過第四系及古近系深度363.89m，井筒均採用凍結法施工，凍結深度為453.18m。
根據井筒檢查孔報告分析，井筒基岩段揭露地層岩性主要為砂質泥岩和粉砂岩，岩體裂隙發育，含水豐富。對於基岩段的凍結孔，在凍結壁解凍後，凍結孔的管壁環形空間將形成上下串通的導水通道，特別是風井外排凍結管穿過馬頭門，這樣承壓水將通過導水通道滲、湧入馬頭門兩側巷道和井筒，進而影響井筒正常提公升，甚至造成淹井。因此，應及時對基岩段岩體進行壁後注漿封水加固。
為此，根據安徽理工大學地下工程結構研究所對主、副、風井壁後深孔注漿封水和壁間夾層注漿封水方案設計編寫此措施。
二、工程地質及水文條件
1、工程地質條件
根據井筒檢查孔資料和基岩段施工實際揭露岩性分析，揭露地層屬於石炭系土坡組(ct)，岩性主要以泥岩、砂質泥岩和粉砂岩為主，下部以灰黑、黑色泥岩為主，揭露段岩性完整性較差，岩體較破碎，裂隙發育。各種岩性的岩石抗外力和抗變形能力一般，易坍塌，遇水易軟化，為不穩定~弱穩定性岩體，工程地質性質較差。裂隙可能連通上下含水層，形成上下含水層的通道，富水性強、導水性好。
2、水文條件
紅一礦井田內無常年性地表水體，分析認為地表水對井筒的充水影響不大。古近系含水層、石炭系土坡組砂岩含水層對井筒充水影響較大。凍結壁解凍後，隨著馬頭門兩翼巷道不斷掘進和硐室的開挖，掘進對上部裂隙岩體造成的多次擾動可能會使上下含水層之間水力聯絡加強，承壓水通過導水通道和裂隙會造成掘進工作面湧水量增大，進而對巷道掘進造成影響，造成大的損失。
通過井筒檢查孔和施工資料分析，凍結壁解凍後，凍結孔、管環形間隙導水以及基岩段井筒和馬頭門滲、漏水的威脅主要來自古近系及基岩風化帶孔隙裂隙含水層和石炭系土坡組砂岩裂隙孔隙含水層，古近系及基岩風化帶孔隙裂隙含水層為中等富水性，石炭系土坡組砂岩裂隙孔隙含水層為弱富水性。根據紅一礦提供的資料，風井古近系及基岩風化帶孔隙裂隙含水層預計湧水量151.81m3/h，湧水量均較大。
三、注漿施工方案
1、注漿段高及注漿範圍
由風井外圈凍結管分布圖及風井凍結孔剖面圖可知，採用全深凍結時，外圈單號孔共有21個凍結孔達到深度為455.0m，其中位於雙層井壁壁座和馬頭門之間共有34.5m，凍結孔離井壁內緣設計距離為5.
85m，開孔間距為2.412m。
圖3-1 風井外圈凍結管分布圖
圖3-2 風井凍結孔剖面圖
實際施工中共有7根外圈凍結管穿過馬頭門，分別為w1、w3、w19、w21、w23、w39和w41，具體位置如圖3-3所示，因此確定注漿段為壁座底至馬頭門頂板，共計34.5m。為有效封堵凍結孔的管、壁環形間隙，注漿孔深應超過外排凍結管一定範圍，結合注漿封水設計理論和凍結孔鑽孔偏斜情況，設計本次注漿孔深為8m。
圖3-3 風井注漿段高及注漿範圍示意圖
2、注漿孔布置
共設計6排注漿孔，排間距5.0m。每排布置8個孔，共設計注漿鑽孔48個，上下排錯孔布置，如圖3-4~圖3-5所示。
圖3-4 風井注漿孔布置圖
圖3-5 風井注漿孔布置平面圖
孔口管選用φ42×5mm長無縫管，長度為600mm。一端50mm外扣，另一頭為400mm馬牙扣，馬牙扣一端纏上生麻，用大鎚打進鑽孔內。注漿方式採用上行式注漿。
3、注漿材料選擇
擬定先採用單液普通水泥漿液為主，先進行試注，根據注漿效果（如注漿量小）考慮改用超細水泥漿液，水泥-水玻璃雙液漿為輔。
a、單液普通水泥漿液
注漿材料採用p.o42.5普通矽酸鹽水泥，水灰比1:0.7～1:1。
b、單液超細水泥漿液
注漿材料採用1250目超細微粉水泥，水灰比1:0.7～1:1。
c、水泥-水玻璃雙液漿
在單液普通水泥漿的基礎上加水玻璃製成。水玻璃為濃度40be，2~3.0模數的鹼性水玻璃。
4、注漿量計算
水泥漿液注漿量採用下式進行估算：
v= π（r擴2- r2)h注·n·β/m
式中：v——預注入漿液總體積，m3；
r——漿液平均擴散半徑，孔深8m+井筒半徑3m=11m；
r——井中至井筒外壁的距離，3.8m；
h注—注漿段高；
n——受注漿岩石平均裂隙帶，由於實際揭露岩性裂隙較發育，取受注體積的4%；
β——有效充填係數，取0.9；
m——漿液結石率，取0.85；
經計算，累計需注入漿液體積為530m3。本次預注漿主要以單位水泥漿為主，少量使用c-s雙液漿，預計水玻璃佔總注入漿液體積的5%，則：
單液漿體積為：
v單=v總×95%
=530×0.95=504m3
水玻璃的體積為：
v雙=v總×5%
=530×0.05=26m3
單液水泥漿水灰比平均按0.75:1計算，則需p.o42.5普矽水泥400噸。
水玻璃按40be計算，共比重為1.32，則需水玻璃的重量：
gs=vs×1.32
26×1.32= 34(t)
實際材料消耗量應根據現場注漿效果進一步確定。
5、注漿壓力
一般來說，注漿壓力是表示注漿材料在地層內滲透時所遇到的阻力，它受下列因素的明顯影響：受注地層的成層狀況和含水條件、注漿方法（注漿管結構等）、漿液材料的性質（粘度、凝膠時間等）。
注漿壓力可根據（1）式進行計算，同時必須考慮井壁的強度，應在井壁承受範圍內。
1）式中：
--靜水壓力；
--係數，根據區域地質和水文地質條件確定，取值範圍1.5~3.0；
--常數，取值範圍2~4mpa，與注漿深度有關，淺取小，深取大。
經計算，注漿壓力應隨著井筒深度的增加控制在6mpa~8mpa。實際注漿壓力應根據現場施工情況進行調整。
對於馬頭門上口第一排注漿孔，由於其離馬頭門頂板上部只有2.0m，考慮到注漿時對馬頭門壓力傳導明顯，因此此排注漿孔注漿壓力應控制在5mpa以內。
6、壁後深孔注漿工藝
注漿作業按照以下順序進行：
造孔—安裝孔口管—安裝防噴裝置—延伸造孔—試壓—漿液製作—注漿。
注漿作業及勞動組織：
（1）注漿準備
基岩段深孔注漿，基岩段堵水時，造漿站布置在馬頭門北門繞道，在繞道安放一台注漿幫浦、乙個水玻璃桶和乙個清水桶。水泥漿、水玻璃通過造漿站經注漿幫浦對井壁進行注漿。基岩段加固時，造漿站設在地面，由js-500攪拌機拌漿，沿風水管路安設φ25mm高壓管路。
水泥漿液經d90注漿幫浦沿φ25mm高壓管路井壁壁間注漿。
在罐籠頂部焊接2排共4個架桿管(3mm厚，500mm長)，每排架桿管上用架桿卡子固定1根架桿管，在鋼管上安放木板（55mm厚）搭建工作盤，木板應與鋼管用鐵絲綁牢，保證木板與井壁密閉，無縫隙。
在井壁上按照設計用yt28型風鑽，用φ42mm 「一字」型鑽頭打眼，要求鑽孔平直不變位；孔打好後要立即用清水沖洗乾淨，孔口管選用φ42×5mm長無縫管，長度為600mm，一端50mm外扣，另一頭為400mm馬牙扣，馬牙扣一端纏上生麻，用大鎚打進鑽孔內，保證錨固力，然後安裝高壓球閥門，安裝混合器，再用φ28mm錨桿鑽頭套孔，將孔鑽至設計位置（孔深8m）後，連線輸漿管路系統，安裝完後檢查連線是否正確。
注漿系統形成後，必須對注漿幫浦和整個管路進行試運轉及耐壓試驗。每次注漿前，應先測靜水壓力，然後用清水作壓水試驗，以便檢查注漿管的止漿效果及周圍井壁的情況。管路連線好後，要關閉進將閥門，開啟各管路閥門，開幫浦用清水試壓，標準為注漿終壓的1.
5倍，持續10~15min，無漏水為合格。
（2）注漿操作
① 注漿前按選定的配比配製漿液。
② 注漿前對管路系統連線及通訊系統檢查，管路連線準確，通訊通暢。
③ 注雙液漿時,先把吸水玻璃籠頭放入水玻璃桶內，注10秒後,再把吸水泥漿籠頭放入水泥漿桶內,正式注漿。結束時,先把吸水玻璃籠頭放入清水桶內,再把吸水泥漿籠頭正式放入清水桶內，開啟卸壓閥，關閉進漿閥，沖洗管路，以防止管路堵塞。
④ 經常觀測進漿量，防止管路堵塞。注漿時設有經驗的老工人觀察壓力變化和檢查管路是否通暢，如發現堵塞應停幫浦處理。
⑤ 注漿時由專人記錄漿液消耗量，注漿時間及注漿壓力等資料。
⑥ 注漿過程中安排有經驗的老工人嚴密監察井壁狀況，發現異常立即停止注漿，果斷處理並及時匯報。
⑦ 正常注漿施工過程中，工作面作業人員要經常開啟洩漿閥，觀察進漿情況，嚴防進漿閥堵塞，避免壓力達到設計要求後，不能及時洩壓。
⑧ 注漿結束後及時清洗注漿管路。
⑨ 封孔採用雙液漿，切實做到填滿搗實絕不留後患。
⑩、注漿結束標準
當達到終壓時，即注漿結束；注漿孔不進漿，則注漿結束。
注漿達到終壓時,吸漿管即放入在清水中,關閉進漿閥,開啟卸壓閥,用清水沖洗管路及注漿幫浦。
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