朱集西煤礦矸石井三含下段
井壁滲水治理工程施工
總結中煤第三建設公司技術開發工程處
2023年7月1日
編制單位：中煤第三建設公司技術開發工程處
編制日期：
審核日期：
專案負責人日期：
審查意見
朱集西煤礦矸石井三含下段井壁滲水治理工程施工總結
一、井筒概況
矸石井表土段和基岩風化帶採用鑽井法施工，下部基岩段採用地面預注漿法堵水、普通鑽爆法施工。矸石井鑽井段設計淨直徑為5.2m，穿過表土沖積層厚度為469.
55m，鑽井直徑7.7m，鑽井深度545m，井筒全深1000m。矸石井鑽井段井深0～361m為鋼筋混凝土井壁，361～541m為雙層鋼板混凝土復合井壁，541～545m為井壁底。
矸石井鑽進施工於2023年11月26日開始，2023年1月2日結束，鑽井深545m。井壁下沉於2023年1月9日開始，1月27日結束，計106節累計545m。井壁下沉到底後，壁後充填於2023年2月2日開始，2月10日充填工作結束。
並於2023年11月份永久裝備完成投入使用，目前矸石井運輸提公升系統正常執行。
2023年3月27日，矸石井井壁在第53節上法蘭和58節中上部有射水和滲水現象，總湧水量約0.7 m3/h，水中不含砂。為防止水量加大，對井壁造成破壞，需對矸石井三含下部礫石充填段（井深259~355m）進行壁後充填加固。
朱集西煤礦特委託中煤第三建設公司技術開發處對矸石井筒進行壁後注漿。
二、水文地質條件
根據井檢孔資料，矸石井井筒穿過的地層自上而下為新生界鬆散層、二迭系上石盒子組。表土沖積層從上至下可劃成四個含水層（組）和三個隔水層（組）。其中，三含~四含特徵如下：
（1）第三含水層（組）
井深86.45～382.60m，厚296.
15m，該層主要以灰綠～雜色中厚～厚層中砂、細砂及粉土等組成，砂層區域內分布穩定，富水性中等～較強。本組中部有一層厚層粘土將含水層分為上、下兩部，上部單層厚度大，粘土含量低。下部砂層單層厚度小，質不純，粘土含量較高。
含水層砂層厚度159.30m，據抽水試驗資料，單位湧水量0.571 l/m·s。
（2）第三隔水層（組）
井深382.60～458.20m，厚75.6m。由粘土、鈣質砂質粘土組成。
（3）第四含水層（組）
井深458.20～469.55m，層厚11.
35m， 砂礫層厚5.1m。該含水層以灰白色中細砂及下部礫石層，含粘土砂礫組成，該層富水性較弱～中等，具差異性，據抽水試驗資料，單位湧水量0.
042 l/m·s。
三、鑽井段井壁型別、引數及壁後材料充填情況
1、井壁型別及引數
矸石井預製井壁共分16種，壁厚分450mm、600mm、750mm；井壁外徑φ6.7m，設計總長545m，106節,具體引數見下表。
井壁型別及參數列
注：表中的標高為相對標高，其絕對標高為＋25.200m。
2、壁後材料充填情況
根據朱集西煤礦矸石井地質特徵、井壁結構及《礦山井巷工程施工及驗收規範》(gbj 213-90),設計其壁後充填段高優化劃分見表13。
充填段高劃分及材料用量表
四、注漿設計方案
（1）注漿方案
第一階段：結合矸石井實測柱狀圖在粘土層段破壁注漿。
第二階段：在細砂層段施工補注孔驗證注漿效果。
（2）注漿部位
注漿部位從井深259~355m（以井口標高+25.2公尺作為井深0公尺）。
（3）注漿孔布置方式
第一階段：設計對350m、340m、330m、320m、310m、300m、290m、280m、270m、260m水平壁後注漿，一排4個孔布孔，孔間距4.08m，共計40個，孔位可根據現場情況進行適當調整。
第二階段：根據注漿效果選擇合適水平施工補注孔兼檢查孔驗證注漿效果，一排2個孔布孔，孔間距8.16m。
（4）注漿順序
上行式注漿，造一孔註一孔。
（5） 注漿壓力的確定
p=k(e2+2r0 e)÷〔2(r0+e)2〕
式中：p：注漿部位井壁能承受的壓力mpa
e：井壁厚度（內壁）m
r0：井筒的淨半徑2.6m
k：井壁材料的允許抗壓強度mpa，k=r/n=60/2=30
r：井壁材料極限抗壓強度，實際混凝土配比為 c60，砼實際抗壓強度65mpa
n：安全係數，n=2
根據上式可以計算出：
(6)注漿量**
q=λvn/m
式中：q：水泥漿液注入量（m3）
λ：漿液消耗係數1.5
v：渣層體積 1142 m3
n：充填裂隙率 50%
：充填係數 0.9
m：結合率 0.85
計算得出水泥漿液（1:1）907m3。
（7）注漿目的
本次注漿的主要目的是堵水，後期為井壁壁後加固。
（8） 注漿工藝
採用風鑽開孔→ 安裝孔口管→孔口管試壓→ 關閉球閥連線混合器與注漿管路 → 開啟注漿幫浦進行壓水 → 開啟球閥 → 注入水泥漿液 → 達到設計壓力封孔 → 關閉球閥。
（9） 漿液的配製和應用
注漿時，漿液一般是先稀後濃逐級調節。注漿採用單液水泥漿，接近或達到注漿終壓後進行封孔。
水泥漿的水灰比為1:1～0.75:1。
五、方案的實施
1、注漿裝置
注漿採用2tgz-60/210注漿幫浦及dw320泥漿幫浦，注漿站布置在矸石井井口房東側，沿井壁東側敷兩路管路至施工地點，漿液地面攪拌，製漿採用自製立式1.2m3攪拌機。
2、漿液輸送
利用矸石井提公升系統的罐籠頂部作為平台，在頂部一側搭接一塊預製弧形鋼板作為工作平台，所有裝置放在地面，在地面進行製漿和配漿，通過兩路高壓膠管將水泥漿和水玻璃輸送到井下，經混合器混合後注入孔內。混合管長度要根據雙液漿擴散半徑需要凝膠時間而定。
3、注漿材料
注漿水泥採用普通矽酸鹽水泥，水玻璃選用液體矽酸鈉型、濃度為38～40波美度，模數為2.8～3.2。
漿液配比：水：水泥=1：
1～0.75:1；雙液漿的水泥漿：
水玻璃（體積比）=3：1。
4、漿液配比
單液水泥漿的水灰比一般為1:1～0.75:
1，水泥與水玻璃的體積比3:1～4:1，在使用水玻璃時可根據凝膠時間的需要適當加水稀釋。
在施工過程中，應嚴格漿液配比，嚴禁使用失效結塊水泥，製成的漿液也不能存放時間過長，漿液放到地面盛漿池後用風水器攪拌。
5、注漿壓力
注漿壓力是漿液在受注岩體中運移所需的動力，壓力的大小因注漿目的不同而有所變化，注漿終壓不超過受注點靜水壓力的1.5倍，同時考慮井壁的耐壓強度，特別是井壁是否存在破裂、裂隙通道情況等因素，而採用在不同層段，不同部位進行調整。既要達到注漿堵水目的，又不發生對原井壁的損壞。
經p=k(e2+2r0 e)÷〔2(r0+e)2〕公式計算，綜合考慮井筒井壁的實際情況確定此次井壁壁間注漿堵水終壓如下表。
6、注漿施工順序
首先在碎石充填段下部累深355公尺左右粘土層處造孔注漿，然後交替掩護依次上行造孔注漿，最後在細砂層段施工補注孔驗證注漿效果。
7、孔口管製作、安裝
孔口管選擇φ42mm的無縫鋼管製作，長度500mm，前部加工成450mm長的馬牙扣，並纏上生麻，利用大錘將孔口管推進孔內，後部加工30mm絲扣，外露50mm。孔口管安裝防噴板，防噴板採用10mm厚鋼板加工製成，尺寸為邊長300mm的正方形，四角用φ16×500mm螺紋錨桿固定，孔口管埋設後注漿前，要進行耐壓試驗，達到要求後方可掃孔注漿，掃孔破壁不超過100mm。
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