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静水止浆垫注浆技术在田兴铁矿1# 副井的应用
2018-07-24
田兴铁矿1#副井竖井掘砌爆破后突发大量涌水,单孔涌水量超过100 m3 / h,涌水量 超过井下排水能力,无法控制。为保证后续施工安全,采取先淹井后注浆的治理措施。根据现场实 际施工情况,对比分析强排水封堵方案、抛碴注浆方案和静水止浆垫注浆方案,确定静水止浆垫注 浆为最优;通过对静水止浆垫参数计算、施工方案设计及注浆施工,顺利封堵了涌水,为后续排水施 工和注浆堵水提供了有利条件。
Serial No. 590 June. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 590期 2018 年 6 月第 6 期 # 静水止浆垫注浆技术在田兴铁矿 1 副井的应用 钱ꢀ 崇ꢀ 高ꢀ 超 河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司) ( # 3 ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 田兴铁矿 1 副井竖井掘砌爆破后突发大量涌水,单孔涌水量超过 100 m / h,涌水量 超过井下排水能力,无法控制。 为保证后续施工安全,采取先淹井后注浆的治理措施。 根据现场实 际施工情况,对比分析强排水封堵方案、抛碴注浆方案和静水止浆垫注浆方案,确定静水止浆垫注 浆为最优;通过对静水止浆垫参数计算、施工方案设计及注浆施工,顺利封堵了涌水,为后续排水施 工和注浆堵水提供了有利条件。 关键词ꢀ 突发涌水ꢀ 静水止浆垫ꢀ 注浆 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 06. 071 ꢀ ꢀ 田兴铁矿是目前国内最大的在建地下矿山,采 (2)方案二为抛碴注浆方案(图 1)。 待井筒水 位达到静水位后,从地表井口下放 3 ~ 4 路注浆管至 工作面,然后通过井口溜灰槽将 20 ~ 40mm 粒径碴 用主副竖井、辅助斜坡道开拓运输方式,共计 12 条 竖井、1 条斜坡道。 矿区南北长 7 km,东西宽 3 km, 2 面积约 21 km ,矿区岩层含水丰富,水文地质条件 [4] 石溜入井内 ,达到设计高度后,再注入水泥浆,使 [ 1] [5] 水泥与碴石胶结,形成混凝土止浆垫 。 养护 7 ~ 复杂 ,基建工程全部分布在新滦河下部及两侧。 各竖井施工前虽已采取冻结法和地表预注浆技术封 10 d 后,将水位排至抛碴面,二次浇筑素水泥止浆 垫。 止浆垫达到养护强度后进行工作面注浆。 [ 2-3] 堵岩石裂隙 ,但在竖井掘进施工中仍多次遇断层 破碎带,若注浆堵水不及时,会造成淹井事故。 # 田兴铁矿 1 副井位于新滦河东面,设计井深 7 06 m,井筒荒直径为 7. 2 m,净直径为 6. 4 m。 竖井 掘砌施工到ꢁ560 m 处时,爆破后突发涌水,涌水量 3 达 245 m / h,超过井下排水能力,短时间内无法进 行有效的注浆封堵和排水。 为保证工人施工安全, 撤出必要设备后,提升吊盘,采取先淹井后注浆的治 理方案。 图 1ꢀ 静水位抛碴注浆示意 ( 3)方案三为静水止浆垫注浆方案(图 2)。 同 1 ꢀ 注浆方案选择 抛碴注浆方案类似,待井筒水位涨到静水位后,下放 根据现场实际情况,施工单位、监理单位和田兴 一趟末端带有花孔的溜浆管至距工作面 200 mm 的 铁矿商议后提出 3 个堵水方案: 1) 方案一为强 排 水 封 堵 方 案。 下 放、 安 装 [ 6] 位置,将水泥浆溜入井底 。 边溜浆,边提管,待达 到设计高度后,养护止浆垫 7 ~ 10 d,排出井内积水, 进行后续注浆工作。 若止浆垫强度不够,可加固止 浆垫顶板或二次浇筑水泥止浆垫。 ( YQ550-650 / 17-1600 / WS 型矿用抢险多级离心泵至 井底强排水,待水位下降至大泵排水极限后,停泵, 下放吊盘,改用 MD115-67 ×10-500KW 型卧泵二次 排水。 水位下降至工作面附近,清理碴石,找到出水 点,使用带有防喷器的孔口管进行封堵,再进行工作 面注浆。 若工作面无法封堵,浇筑止浆垫注浆。 3 个方案优缺点对比见表 1。 综合多方面考虑,经过现场研讨比对后,确定选 # 取静水止浆垫注浆方法为 1 副井突发涌水治理的 最佳措施。 ꢀ ꢀ 钱ꢀ 崇(1988—),女,经济师,063701 河北省唐山市滦县。 2 59 总第 590 期 现代矿业 2018 年 6 月第 6 期 下端制成封闭的锥状, 根部打成花孔, 孔眼直径 为 10 mm,孔距为 100 mm,长 0. 3 m,每圈 3 个眼,并 上下错开。 此为避免溜浆对止浆垫的冲击,采取侧 向出浆的一种措施。 下放固定溜浆管路时,在悬吊 [ 7] 钢丝绳上绑扎测绳测量下放深度 。 溜浆管下放 深度控制在前端距工作面约 200 mm。 2 . 2. 2ꢀ 水泥浆液的配制及浇筑 图 2ꢀ 静水止浆垫注浆示意 表 1ꢀ 注浆方案优缺点对比 本次浇筑素水泥止浆垫选取 P. O42. 5R 普通硅 酸盐水泥。 下灰初期水灰比控制在 2 ∶1 左右,逐渐 增大水灰比至 1 ∶1,搅拌时添加适量的速凝剂,加快 方案 一 优点 缺点 排水耗时短,能够明确工作 设备安装繁琐,井下施工环 面出水点及周边岩石情况, 境狭小,涌水补充不确定因 若浇筑止浆垫,止浆垫质量 素较多,若封堵失败易造成 [ 8] 素灰的凝固速度,同时加入比例为 2% 的早强剂 。 边浇筑边提升管,并保持溜灰管末端始终埋在水泥 浆液中,保证止浆垫浇筑的连续性与完整性。 2. 2. 3ꢀ 养护及排水 好,强度大 次发涌水 碴石易对井壁造成损害,井 下水泥浆易堵管,养护周期 长 碴石材料就地取材,水泥消 耗少,工期耗时短 二 三 严格按照施工规范操作,达到浇筑厚度后停止 浇筑, 养 护 止 浆 垫 7 d 后, 采 用 MD115-67 × 10- 工艺简单,施工速度快,堵 水泥消耗量大 水效果好 5 00KW 型卧泵试排水,下排 20 m 后停泵观察一段 2 ꢀ 静水止浆垫施工技术 时间水位变化情况,如水位无变化,便可正式排水。 2 . 1ꢀ 静水止浆垫厚度计算 3 ꢀ 注浆方案 静水止浆垫的强度主要取决于水泥强度、井筒 # 尺寸、注浆终压、止浆垫厚度等因素。 结合 1 副井 3. 1ꢀ 注浆孔布置 根据岩石裂隙的大小、裂隙分布条件、井筒断面 施工环境,静水止浆垫厚度计算公式如下: [ 9] 2 2 2 0 和注浆的能力等因素确定注浆孔的数目 : Bn = [λP0 r - (2βC0 r + λr )h2 ] / (2ηr0 + λr ) , N = π(D + 2A) / L , (3) ( 1) 式中,N 为注浆孔数,个;D 为井筒荒断面直径,取 . 2 m; A 为 注 浆 孔 至 井 筒 荒 径 的 距 离, 一 般 C0 = α[σ] = αR7 / K , (2) 7 式中,Bn 为素水泥止浆垫厚度,m;λ 为超载系数, . 0 ~ 1. 5,取 1. 2;P0 为注浆终压,16 MPa;r 为井筒 取 1. 5 m;L 为注浆孔间距,一般选择 3 ~ 5 m。 计算得出 N = 6. 4 ~ 10. 6 个。 本次注浆孔布置 1 荒断面半径,3. 6 m;β 为素水泥止浆垫工作条件系 数,0. 5 ~ 1. 0,取 0. 8;C0 为素水泥止浆垫的抗剪计 算强度,MPa;r0 为井筒净半径,3. 2 m;h2 为静水止 浆垫距工作面间的充填层的厚度,2. 5 m;η 为止浆 垫材料与井壁的连接系数,0. 8 ~ 1. 2,取 1;α 为比例 系数,0. 05 ~ 0. 11,取 0. 07;[σ]为混凝土抗压强度, MPa;R7 为混凝土 7 d 抗压强度,MPa;K 为安全系 数,取 1. 5。 7 个,检查孔 1 个。 3 . 2 注浆量估算 根据有效扩散半径及岩石裂隙率估算浆液注入 10] : [ 量 2 Q = NλπR Hηβ / m , (4) 3 式中,Q 为预计注浆量,m ;λ 为浆液损失系数,取 1 5 . 5;R 为浆液扩散半径,取 2 m;H 为注浆段高,取 0m ;η 为岩层裂隙率,取 5% ;β 为浆液在裂隙内的 计算得出 C0 = 0. 98 MPa,Bn = 10. 48 m,考虑 C30 素水泥止浆垫顶部受井筒水浸泡,底部与淤泥、 碴石等胶结凝固,取系数 1. 5,最终确定止浆垫厚度 为 15. 72 m,实际素水泥止浆垫施工厚度为 16 m。 有效充填系数,取 0. 9;m 为浆液结石率,取 0. 85。 3 计算得出 Q=349. 09m 。 3 . 3ꢀ 注浆参数 积水排净后进行注浆。 采用分段下行式注浆, 2 2 . 2ꢀ 静水止浆垫施工方案 先进行 5 m 深浅孔短注浆,加固止浆垫强度,充当岩 帽;再打探水孔,确定其出水点及大概出水范围。 初 始浆液采取单液浆,根据现场情况(下转第 251 页) . 2. 1ꢀ 溜浆管制作及下放 将 ϕ108 mm 钢管现场制成溜浆管,两端焊接法 兰盘,溜浆管间用螺栓连接。 第一根下放的溜浆管 2 60
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