- 工程概況
羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司廢石井工程井筒設(shè)計凈直徑5.5m，井筒全深828.45m（含臨時鎖口3m段），井筒段為C30素混凝土及C30雙層筋混凝土混合型支護(hù),支護(hù)厚度為400mm。井口設(shè)計標(biāo)高為+43m,井口實際標(biāo)高為+46m。
目前該井筒已施工至337.72m深度(標(biāo)高為-291.72m)，即將結(jié)束次生石英巖主含水層第一段掘砌工作，依據(jù)《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》得知，下段仍處于深度為322.18m～391.23m(標(biāo)高為-279.18m～-348.23m,厚度69.05m)段的主含水層之中，為保證注漿工作的正常接替，我單位經(jīng)研究決定井筒施工至353.474m(－307.474m)處時停止下掘，進(jìn)行第二段止?jié){墊澆筑工作，形成井筒圍巖封閉面。(止?jié){墊厚3.1m,C30砼連續(xù)振搗澆筑，上部設(shè)0.2m泄壓層)，待止?jié){墊達(dá)到養(yǎng)護(hù)期限后，搭設(shè)工作臺（工作臺布置見附圖），進(jìn)行第二段工作面預(yù)注漿工作。依據(jù)廢石井次生石英巖主含水層第一段注漿經(jīng)驗及教訓(xùn)（注漿段高設(shè)置過高（50m），在廢石井次生石英巖主含水層內(nèi)極其復(fù)雜的地質(zhì)條件下施工，段高過高會出現(xiàn)反復(fù)掃孔復(fù)孔現(xiàn)象、造成工期延長、注漿材料浪費、注漿效果差等諸多問題，會造成徒勞無功、得不償失的現(xiàn)象），故我單位決定將-303.97m～-348.23m含水層分為兩段注漿，即：第二段注漿段高設(shè)置35m（-304.374m～-339.374m），掘進(jìn)段高設(shè)置為26m（-304.174m～-330.174m）;第三段注漿段高設(shè)置為26m(-327.174m～-353.174m),掘進(jìn)段高設(shè)置為26.5m（-326.674m～-353.174m）；結(jié)合副井注漿情況，為防止兩含水層之間裂隙相互貫通，我單位決定第三段注漿結(jié)束后，進(jìn)行超前探水工作，詳見第三段注漿方案。
?
- 井筒含水層段水文地質(zhì)概況
敘述依據(jù)：《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》
- 井筒圍巖的地層巖性特征
(1)次生石英巖（325.18～394.23m）
?深灰～灰白色，致密塊狀，礦物成分主要為石英，巖石軟硬不均，裂隙、孔隙發(fā)育。孔深325.88～328.68 m、335.26～340.27 m、349.97～352.97 m、355.71～357.93 m、361.20～390.27 m處，裂隙發(fā)育，沿裂隙見孔洞（洞徑0.5～2cm）巖芯破碎，多呈碎塊狀。層厚69.05m。
??? (2)含角礫粗安巖(394.23～407.20m)
黃褐色，灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，角礫狀構(gòu)造。斑晶主要為鉀長石，斜長石，少量黑云母、輝石。長石斑晶大小1×2～2×4mm，約占40%，黑云母、輝石斑晶少量。角礫呈次圓狀，大小1～3cm不等，為粗安巖，含量約占45%，基質(zhì)隱晶質(zhì)。巖石具較強(qiáng)高岑石化、硅化、黃鐵礦化、綠泥石化、綠簾石化，高岑石化自上而下逐漸變?nèi)酰杌饕娪?94.23～398.07 m。巖石裂隙局部發(fā)育，無規(guī)則。孔深394.23～401.10 m處，巖芯較為破碎，其它部分巖芯較完整。多以短柱狀為主。層厚12.97m。
(3)粗安巖（407.20～435.57m）
灰褐色，黃褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要為斜長石、鉀長石及少量黑云母、輝石等。長石斑晶1×2～2×4mm，約占60%，基質(zhì)隱晶質(zhì)。巖石較新鮮，蝕變較弱，巖石裂隙不發(fā)育，巖芯完整,多呈長柱狀。局部地段(孔深431.16～435.57m處)巖芯破碎呈塊狀.層厚28.67m。
(4)高岑石化凝灰質(zhì)粗安巖（435.57～467.81m）
巖石呈黃褐色，黃綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為斜長石，鉀長石及少量輝石。斑晶大小1×2～2×3mm，含量約35%。此外巖石還含一些凝灰質(zhì)成分，基質(zhì)隱晶質(zhì)。裂隙不發(fā)育，巖心較完整，多呈短柱狀，局部地段（孔深453.08～457.00 m、464.21～466.50 m處），巖石具較強(qiáng)高岑石化，巖芯較破碎。層厚26.19m。
(5)次生石英巖（467.81～479.27m）
灰白色，青灰色，致密結(jié)構(gòu)，礦物成分主要為石英，局部可見原巖的殘留成分與組構(gòu)(原巖為粗安巖)。巖石軟硬不均，破碎，裂隙、孔隙發(fā)育。巖芯較完整，多呈短柱狀。孔深475.87～479.27 m段巖心破碎呈碎粒狀和粉狀。層厚11.46m。
? (二)、廢石井含水層（段）特性及賦水特征
根據(jù)本次廢石井鉆探施工巖性編錄、簡易水文觀測、現(xiàn)場簡易水文地質(zhì)試驗等工作，結(jié)合收集的區(qū)域及礦區(qū)“詳勘地質(zhì)報告”成果資料綜合分析，廢石井含水層（段）特征及賦水性如下：
次生石英巖含水層位置：325.18m～394.23m，層厚69.05m；467.81m～479.27m，層厚11.46m。該含水層分為兩段，累計厚度80.51m。各含水段裂隙、孔洞發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊狀。鉆進(jìn)時漏水，孔內(nèi)水位上升、下降起伏大，沖洗液消耗量大。水力性質(zhì)屬承壓水。
粗安巖含水層位置：101.76m～234.28m，厚度132.52m；264.12m～269.54m，厚度5.42m；279.69m～289.00m，厚度9.31m。該含水層分為三段，累計厚度147.25m。各含水層段裂隙較發(fā)育，裂隙中充填有白色碳酸鹽脈及綠黃鐵質(zhì)泥質(zhì)。鉆進(jìn)過程中，孔內(nèi)水位上升、下降起伏較大、沖洗液消耗量變化較大。水力性質(zhì)屬承壓水。
該井筒次生石英巖含水層中孔洞裂隙水因水量較大，是井筒施工充水的主要來源。
綜上所述，廢石井井筒主含水層巖石主要為次生石英巖（69.05m），而次生石英巖層，基質(zhì)主要為鈣質(zhì)、凝灰質(zhì)物質(zhì)，膠結(jié)不緊密。圍巖裂隙發(fā)育、巖石極易破碎，穩(wěn)固性差，主要為破碎帶含水。此段水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，且伴隨著井筒深度逐漸加深，水壓逐漸增大，導(dǎo)致本段注漿工作更加困難。
- 編制說明
安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司廢石井工程由我單位負(fù)責(zé)承建施工。截止2011年12月24日該井筒已施工350.174m。主含水層第一段掘砌工作已接近尾聲，即將進(jìn)入主含水層-304.374m～-339.374m段工作面預(yù)注漿工作。依據(jù)《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》查看得知，該段含水層礦物成分主要為石英，巖石軟硬不均，裂隙、孔隙發(fā)育，且孔隙、裂隙水含水量較大，是井筒充水的主要來源。依據(jù)廢石井主含水層第一段井筒注漿治水施工經(jīng)驗可知，該段含水層水文地質(zhì)條件復(fù)雜，注漿治水工作比較困難，為確保安全有效的進(jìn)行注漿治水工作，特制定第二段工作面預(yù)注漿施工組織設(shè)計。
???????? 四、主含水層第二段注漿方案
結(jié)合《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》及以往我單位在施工副井、廢石井第一段工作面注漿時所累積的注漿經(jīng)驗分析，經(jīng)項目部研究，該含水層第二段工作面預(yù)注漿方案確定為：
井底工作面設(shè)3.1m澆筑止?jié){墊（見附圖），止?jié){墊上設(shè)泄壓層，搭設(shè)工作平臺（附圖2），潛孔鉆鉆孔埋設(shè)Φ108mm孔口管并安裝高壓閥門。擬采用以化學(xué)漿為主液，水泥單液漿或水泥加水玻璃雙液漿為輔液,采用“高壓力，反復(fù)注漿、反復(fù)掃孔復(fù)注”的方法對稱施工注漿孔進(jìn)行工作面探水注漿工作。先探后注，注漿結(jié)束后施工檢查孔，檢查達(dá)到設(shè)計要求后，在超前探水的前提下，進(jìn)行廢石井含水層第二段井筒掘進(jìn)工作。
五、具體施工方案及漿液類型選擇
5.1、止?jié){墊參數(shù)
5.1.1 止?jié){墊結(jié)構(gòu)形式與厚度計算
鑒于該段復(fù)雜的水文地質(zhì)情況，為確保止?jié){墊在注漿時能承受較大的注漿壓力，止?jié){墊設(shè)置為平底倒楔形結(jié)構(gòu)，上部直徑 Φ6300mm，下部直徑Φ7500mm（止?jié){墊施工見附圖）
參照《建井手冊》第四卷有關(guān)部分要求，止?jié){墊厚度采用下式計算：
?? Bn=（P0×r/[δ]}）+0.3r
?式中???? Bn—止?jié){墊厚度，m
????????? P0—注漿終壓，Mpa 取目前采用的16Mpa。
?r—井筒掘進(jìn)平均斷面半徑，m，止?jié){墊段井筒掘進(jìn)平均半徑為3.45m。
[δ]—混凝土3～7d的極限抗壓強(qiáng)度（取28d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的70%），Mpa;設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級為C30，即：32 Mpa。[δ]=32×50%=22.4 Mpa。
計算得，Bn=16×3.45/22.4+0.3×3.45=3.5m。
? ??結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本次設(shè)計止?jié){墊厚度取Bn=3.1m
5.1.2、澆筑止?jié){墊
考慮現(xiàn)場施工條件及注漿終壓，結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗，止?jié){墊選用強(qiáng)度等級C30 砼，振搗連續(xù)澆筑，澆砼高度3.1，砼量115.92m3。
5.2、接縫注漿（加固止?jié){墊）
止?jié){墊養(yǎng)護(hù)7天后實施止?jié){墊接縫注漿，注漿材料選用純水泥漿-水玻璃雙液漿，漿液量按實際發(fā)生計量。
5.3、鉆孔注漿參數(shù)??
5.3.1、鉆孔布置
???? 依據(jù)業(yè)主單位提供的《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》，結(jié)合實際施工情況及以往注漿治水工作經(jīng)驗，為防止井筒圍巖存在縱向裂隙或微小裂隙時漿液有效擴(kuò)散半徑偏小，井筒下掘時出現(xiàn)局部涌水量較大的情況，因此，本次設(shè)計決定采用單圈多量布孔方式，預(yù)計布孔48個｛初步暫布24個孔作為探水注漿孔（鉆孔布置見附圖），可根據(jù)鉆孔過程中揭露的巖石情況及涌水量來有針對性的增加探孔，效果不明顯就將探孔增加至50個或更多｝。
5.3.2、布孔圈參數(shù)
為使探水、注漿孔盡可能多揭露裂隙，采用徑向斜孔。
鉆孔中心距井壁荒徑700mm（井筒荒徑6300mm），暫布孔24個（從小模板開始順時針旋轉(zhuǎn)均勻分布），開孔直徑為4.9m,孔間距0.64m，鉆孔終孔位置在井筒荒半徑以外1.75m處，終孔直徑9.8m，終孔間距1.28m，鉆孔頂角為4°。若注漿效果不明顯時，孔數(shù)可適當(dāng)增加。
中心點暫設(shè)檢查孔1個。無角度鉆孔。為了防止井筒下掘時涌水增大事故，根據(jù)巖石的揭露情況及涌水量數(shù)據(jù)，待注孔工作結(jié)束后需根據(jù)實際情況增設(shè)若干檢查孔。
5.3.3、漿液有效擴(kuò)散半徑
??? 漿液有效擴(kuò)散半徑取決于注漿材料、注漿壓力、含水層構(gòu)造的互相連通程度等因素。從以往副井及廢石井主含水層第一段注漿情況來看，使用脲醛樹脂化學(xué)漿，有效擴(kuò)散半徑有時只能達(dá)到0.5m～0.6m，不能滿足施工要求，如果該段含水層仍出現(xiàn)上述狀況，則可以通過調(diào)節(jié)布孔形式和在止?jié){墊抗壓允許的情況下適當(dāng)增加注漿壓力的方法予以補(bǔ)救。
5.3.4注漿材料選擇
?從廢石井主含水層第一段注漿情況及《廢石井工程地質(zhì)勘察報告》來分析，該含水層注漿段仍然是巖石松散破碎帶，微細(xì)裂隙發(fā)育。普通水泥漿可注性很差，有效擴(kuò)散半徑極小，因此，本次注漿使用化學(xué)漿，如裂隙、孔隙過大則采用水泥單液漿或水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行灌注。
5.3.5漿液配比
? 參照以往漿液配比，該段化學(xué)漿主液配比為丙烯酰胺:脲醛樹脂=3:100；化學(xué)漿輔液配比為草酸:水=3:100，實際操作中，根據(jù)鉆孔的吸漿量來調(diào)制漿液。
? 水泥漿液的水灰比取0.5～1.5；水玻璃為輔液，實際操作中，根據(jù)鉆孔的吸漿量來調(diào)制漿液。
? 漿液的配比在地面進(jìn)行，根據(jù)井下壓水試驗結(jié)果，配制所需的漿液，漿液的濃度應(yīng)先稀后濃，若壓力上升不快，吸漿量變化不大，應(yīng)逐漸增加漿液濃度，反之則降低濃度，已確保有足夠的注入量，在涌水較大，需要及時封堵時，可用雙液漿注漿，注漿結(jié)束后，注入一定量清水，把管路清洗干凈，孔內(nèi)漿液凝固后，再掃空做壓水試驗，當(dāng)吸水量小于20L/min時，可停止，大于則復(fù)注。
5.3.6注漿終壓
??? 根據(jù)《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》，注漿終壓按下試計算：Pz=ＫPｓ?????????
式中:Pz –注漿終壓，MPa
Ｋ－系數(shù)，（一般Ｋ＝２～４），取Ｋ＝4
Pｓ-靜水壓力,取4MPa?????? Pz=4×4=16MPa
設(shè)計注漿終壓為：注化學(xué)漿13～15MPa，水泥漿14～16MPa 。
?
六、施工設(shè)備配置與工藝
6.1、施工設(shè)備配置
? 鉆孔設(shè)備：鉆孔選用KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)兩臺（一臺備用），最大成孔深度80m，耗風(fēng)量18m3/min；
? 注漿設(shè)備：型號為ZTG-60/21雙液調(diào)速注漿泵一臺（一臺備用）。
6.2、施工工藝
6.2.1鉆孔施工工藝及施工順序
???? 鉆孔分兩序施工，原則上先施工奇數(shù)孔，后施工偶數(shù)孔。
6.2.1.1、孔口管段鉆孔施工及孔口管預(yù)埋
??? 采用KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)配備直徑Φ130mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度7m。鉆孔施工結(jié)束后，清除孔內(nèi)巖屑，將Φ108×5×6000（mm）無縫鋼管加工的孔口管（孔口管用Ф108×5的無縫鋼管制作，長度6m，管外壁用10#鐵絲纏成螺旋形并點焊，點焊間距100mm，孔口管上焊高壓法蘭盤，并用?22螺栓緊固連接，法蘭盤上裝4寸高壓球閥。）埋入孔內(nèi)6m，并泵送濃密快凝水泥漿經(jīng)養(yǎng)護(hù)36h后掃空。掃孔后采用1.2倍注漿終壓對孔口管進(jìn)行耐壓抗?jié)B試驗，確認(rèn)無泄漏方可轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)，否則須注漿加固。
6.2.1.2、正常孔段的鉆進(jìn)
采用KQJ-100B型潛孔鉆機(jī)配備直徑Φ90mm鉆頭鉆進(jìn)，要求鉆進(jìn)時必須通過安裝在孔口上的4寸高壓球閥的閥腔內(nèi)鉆井，以確保遇到大水時能夠迅速拔鉆，關(guān)閉閥門。
鉆孔過程中，采用“單孔見水就注，反復(fù)注漿”的方式進(jìn)行注漿工作。
鉆孔分兩序進(jìn)行（分奇、偶數(shù)孔），每序均按對稱方式進(jìn)行交替施工。
6.2.1.3、鉆孔復(fù)孔
??? 本次注漿采用“反復(fù)掃孔復(fù)孔”的方式進(jìn)行注漿工作，復(fù)鉆原則上確定在注漿結(jié)束后4～6小時內(nèi)進(jìn)行。
6.2.1.4、檢查孔施工
??? 全部鉆孔注漿結(jié)束后，根據(jù)巖石揭露、涌水量、注漿記錄、各注漿孔資料等情況，有針對性的施工檢查孔。孔深35m，無角度鉆孔，當(dāng)檢查孔涌水量超出設(shè)計指標(biāo)則需進(jìn)行加孔注漿。確定合格后方可進(jìn)行井筒掘砌工作。
6.2.2、注漿工藝
6.2.2.1漿液制作
??? 選用合格的改性脲醛樹脂，按照設(shè)計的配比進(jìn)行造漿工作。先在地面上進(jìn)行漿液攪拌，然后將配好的各類漿液運用吊桶下放至井底注漿工作面。并依據(jù)實際情況，在井下進(jìn)行配比調(diào)試。
6.2.2.2 注漿
??? 當(dāng)遇到大量超擴(kuò)散情況時，則使用水泥-水玻璃雙液漿，并且與單液純水泥漿交替灌注。遵循先稀后濃、逐級變化的原則進(jìn)行。起始水灰比要依據(jù)裂隙的開度及單位涌水量等確定。漿液起始水灰比選0.5，當(dāng)采用某一配比連續(xù)灌注30分鐘，且壓力不上升時，應(yīng)將漿液濃度提高一級。
??? 當(dāng)遇到巖石松散破碎帶，微細(xì)裂隙發(fā)育帶。普通水泥漿可注性很差，難以注入，且有效擴(kuò)散半徑極小，則使用改性脲醛樹脂化學(xué)漿注漿材料
? ??注漿前應(yīng)向孔內(nèi)壓住清水，以提高裂隙的可注性，并準(zhǔn)確測定鉆孔內(nèi)的水壓、單位涌水量。必要時，采用壓水、放水相互交替方式排放巖層裂隙內(nèi)的充填物。
??? 復(fù)注亦按相同方法進(jìn)行灌注。
6.2.3、止?jié){墊施工
??? 止?jié){墊需與井壁連成一體，澆筑前，井壁及底板松動圍巖必須敲砸干凈，并用清水沖洗。止?jié){墊砼澆筑好后需養(yǎng)護(hù)7天方能進(jìn)行探治水工作。
6.3、井筒掘進(jìn)時超前探水
??? 當(dāng)檢查孔確定無水后即進(jìn)行井筒掘砌工作，掘進(jìn)段高設(shè)置為26m（-304.174m～-330.174m）。掘進(jìn)使用DXSJZ6.7型傘鉆進(jìn)行。為確保施工安全，每茬炮掘進(jìn)前必須進(jìn)行超前探水,孔深4.5m，孔數(shù)10個，如探水孔出水則適當(dāng)增加探水孔數(shù)量，炮眼深度2.2m，孔徑55mm，徑向頂角6°。
?
七、注漿效果分析與檢查
注漿是隱蔽性工程，為保證工程質(zhì)量，以獲得良好的封堵效果，應(yīng)從施工一開始，到注漿結(jié)束，對全過程的每一孔段都詳細(xì)記錄，對注漿效果的分析提供資料。
1、技術(shù)資料的分析
對每個孔的每一孔段注漿中的注漿壓力、流量、漿液濃度，吸水量的變化進(jìn)行分析，判斷注漿施工是否合格。
2、檢查孔資料分析
? 注漿結(jié)束后，在井筒布置圈徑之內(nèi)，結(jié)合本次注漿實際情況，布置若干檢查孔，鉆孔一次達(dá)到終孔深度，檢查鉆孔涌水量，涌水量若均小于5m3/h，就可以認(rèn)為裂隙的漿液充填飽滿，密實，可結(jié)束注漿。
