井筒破碎带突水淹井分析及处理

发布时间:2010-01-14 共1页

  1、井筒施工概况

  安徽淮北演武煤矿设计采用1对立井开拓。混合井、风井设计全深为246m和136m,净径分别为φ5.0m和φ3.5m,松散层底界埋深为79m和81m,基岩风化裂隙破碎带厚度实测为40m和38m.混合井与风井冻结深度均为100m.混合井井壁结构92m以上是双层钢筋混凝土井壁,92~100m为混凝土单层井壁;风井92m以上为双层钢筋混凝土井壁,100m以下为混凝土单层井壁。

  风井于1993-11-26开始冻结,1994-01-25开挖,1994-03-17掘筑至93.2m时停止,在井底砌筑混凝土止浆垫后,向上砌内壁,套壁结束后,即转入工作面探水注浆。共钻5个孔,注入水泥610.5t.在止浆垫基本拆完时,井底东南方向和少量出水,随后水量渐增,并含和泥砂,涌水量达94m3/h,强行排水可能造成壁后泥砂下泄,因此停止排水,井筒被淹。

  混合井于1994-01-29开始冻结,1994-04-13正式开挖。1994-06-07掘筑至井深94.1m时,在井底构筑混凝土止浆垫后,向上套壁,套壁结束即转入工作面探水注浆。共钻孔2个,孔深55m,钻孔涌水量均为0.14m3/h,注入水泥21.1t.在拆除止浆垫下掘至深95.3m(破止浆垫后下掘1.2m)时,井筒东南方向风化破碎基岩片帮约20m3后出水,初始水量76m3/h,随后迅速增至124.8m3/h,含泥砂,后停止排水,井筒被淹。

  2、井筒地质、水文地质条件

  煤系地层之上沉积了平均厚约81.13m第四系松散层,赋存4个含水层。其中,第4含水层为风化砾石层,含水较丰富,混合井、风井揭露厚度分别为7.6m和5.0m,是煤系地层直接补给水源。基岩含水层裂隙发育较差,常为方解石充填或半充填,富水性较弱。

  井田位于肖县背斜西翼,其中F4正断层为主干断裂,落差由NE向SW从30~70m渐增至于500m,倾向NW,走向18~81°,断层倾角一般为50°左右,在浅部强烈切割地层并发育牵引构造,断层破碎带发育。风井揭露断层破碎带宽度为32.45m,风井井筒实际揭露破碎带宽度为30m,岩石极为松散破碎,为灰白、紫红色粉砂、泥质角砾岩。

  井筒实际揭露基岩段岩石裂隙极为发育,松散破碎,充填软泥,强度极低,工程地质条件极差。

  3、突水淹井水源及原因分析

  3.1突水水源

  混合井、风井突水后,通过沉淀物取样观测,部分为灰白、淡红色软泥,其中含和少量细粉砂粒。突水来势凶猛,水量。混合井突水3h后,实测风井静水位下降了1.54m,说明两井水力联系密切、来源一致。取水样分析结果,两井水化学主要成分基本相同,又与勘探期间水样资料及邻区资料对比,都显示其化学成分与松散层底部四含水基本一致。因此认定,混合井、风井突水水源为第四系松散层底部四含水,四含水通过风化裂隙带及F4断层破碎带进入井内。

  3.2突水淹井原因

  (1)未施工井筒检查孔。该矿混合井、风井开工前均未施工井筒检查孔,且勘探期间井田水文地质工作程度严重不足,增加了井筒施工的盲目性。

  (2)井筒位置选择不尽合理。两井筒均设计在井田主导断层F4正断层(H=290~350m)及F5正断层(H=15~30m)附近,岩石破碎、围岩强度低,致使地层富水性增强,也是造成突水淹井的原因之一。

  (3)井筒冻结深度问题。两井筒冻结深度均为100m,都终止在导水性较强的强风化裂隙带中,不符合《矿山井巷工程施工及验收规范》中关于“井筒的冻结深度必须深入不透水的稳定岩层10m以上。当基岩下部30m左右仍和含水层时,应延伸冻结深度……。”之规定;也不符合《煤矿安全规程》中“冻结深度应穿过风化带进入稳定的基岩8m以上。基岩段漏水较时,应加深冻结深度”的规定。

  4、风井工作面预注浆

  风井工作面共钻注5孔,注浆37次,钻扫孔进尺1645.8m,注入水泥610.5t、水玻璃4865kg,终孔深度为53m(垂深91~144m),注浆终压8~9MPa,钻孔最涌水量为68m3/h,主要出水段位于井深101~119m.

  本次注浆虽未达到预期效果,但给淹井恢复后的短段掘筑施工打下了基础。一是查明了风井下部风化、软弱破碎地层厚度,摸清了地质水文条件的复杂性;二是通过注入量浆液基本堵塞了裂隙,降低了涌水量;三是对软弱破碎地层加固起到了一定作用。

  5、淹井及风化破碎带施工处理方案

  (1)两井均采用静水抛渣注浆封底,堵塞出水点,排干井内积水,给下步施工创造良好的作业条件;

  (2)根据突水水源及通道分析结果,对突水点上部井壁实施壁后注浆,把壁后充填密实,加固围岩,控制泥砂下泄,切断导水通道;同时,在工作面采取边探边注边掘、短段掘筑、快速强行通过的施工方法。

  6、井筒注浆及掘筑施工

  6.1静水抛渣注浆封堵突水点

  其工艺过程为在井筒水位近自然水位的条件下,从地面向井筒内下输料管至井底,然后向井内抛20~40mm粒级的石渣,再注入单液浓水泥浆,养护7~10d后,即进行试排水检查与排水,直至将井内水排净。其原理是在高水柱压力下,连续注单液水泥浆至下抛的石渣空隙及涌水通道中,将水挤走,自行结石,胶结骨料,并将井壁四周及出水部位充填密实,达到封水目的。

  混合井、风井分别设置3路和两路注浆管,其末端安装和带底锥的花管,长度分别为2m和1m.花管采用φ50mm钻杆加工,孔眼为φ10mm,间隔30~50mm,成“五花状”排列。注浆管分别利用溜灰管、压风管、安全梯等空位下放。水泥浆采用水灰比0.75∶1~1∶1浓浆,加速凝剂。注浆终压为2~3MPa.注浆泵采用日本产HFV-C型液压泵两台,浆液制作采用两台1.2m3搅拌机。

  混合井、风井抛渣厚度分别为6.5m和3.5m,注入水泥量分别为67.75t和21.5t.排水到底后,实测混合井工作面涌水量为0.34m3/h,风井为0.12m3/h,封堵水效果近100%.

  6.2混合井、风井施工技术主要特点

  6.2.1壁后注浆充填、加固、截水

  施工时首先对两井抛渣层断壁后进行注浆。抛渣段垂深混合井为88.8~95.3m,风井为86.3~93.2m.采用YT-24型风锤,φ42mm钎头,长1.2m,2.2m,3.2m钎杆。钻孔采用同水平等距布置,与工作面夹角一般为45°,孔深一般为2.5~3.0m,上下水平间距为0.8~1m.每水平布孔数,混合井8~10个,风井5~10个不等,上下水平钻孔成“三花状”。浆液材料选用525号和425号普通硅酸盐水泥,水玻璃模数3.2,浓度38~42玻美度。以单液水泥浆为主,水泥-水玻璃双液浆为辅,单液水泥浆水灰比为2∶1~0.8∶1.先注单液水泥浆,后注双液浆封孔。注浆孔口管采用φ38mm无缝钢管加工而成,打一孔,注一孔。

  KBY-50/70型两种。对严重破碎部位加强注浆,对进浆量小的采取注前压稀水玻璃技术,提高了进浆量。两井采用了以上方法,顺利揭开了抛渣层。揭露原突出部位后观察,浆液充填较密实,出水量较小。在井筒继续掘筑过程中,对井帮出水点在筑壁时及时埋设导水管,养护后注浆封堵、充填,保证了掘筑工作的正常进行。

  6.2.2井壁漏水的静水抛渣注浆封堵

  风井掘筑至垂深102m处,井筒涌水量上升至43.5m3/h,涌水主要集中在垂深97~99m段井壁接茬缝、麻面、蜂窝及预埋导水管处,呈喷射状出水。施工期间,经常出现停电、停泵淹井现象,因此,对该段井壁漏水采取了抛渣注浆封堵井壁漏水的施工方法。

  施工时,井内下1趟φ50mm注浆管,抛碎石83.7m3,注入单液水泥浆54.4m3.养护排水到底后,挖除抛渣层至原掘筑深度102m时,实测井内涌水量为0.75m3/h,封水效果达98.3%,观察发现原井壁出水点被浆液充填密实,使短段掘筑工作又能继续进行。

  6.2.3取消壁座,采用单层井壁和井圈临时支护

  混合井与风井原设计在99m处设壁座,正位于风化裂隙、断层破碎带中,径向需扩2m,若按原设计施工,很可能破坏注浆帷幕,再次造成片帮透水,因此,为尽快通过风化断层破碎带,施工中取消壁座,改为双层钢筋单层混凝土井壁。混合井垂深92~107m、风井92~109.8m均为双层钢筋单层混凝土井壁,壁厚分别为0.7m和0.6m,混凝土强度等级C40.双层钢筋等都与上一段钢筋焊接,兼作井壁悬吊作用。采用18号槽钢井圈、水泥或木背板作筑壁前的临时支护。由于两井筒基岩风化破碎严重,施工中片帮最深度曾达4m,宽2m;给施工造成极困难。为此采用先开挖中间、再刷其它方位井帮,边刷边架圈边塞背板,及时支护易片帮部位方法,减少了井壁围岩片帮出水机会,为筑壁争取了时间。

  6.2.4短段掘筑,快速施工

  根据掘进后井帮围岩来压小和周期变化规律,确定掘筑1m段高时间不超过1.5d.施工中采用风镐掘进,段高一般为0.8~1.0m,掘进后立即筑壁。为减少混凝土养护时间,掺加了速凝剂。刷帮时,为防止上段高的井壁下沉,采取先在井壁下掏3~4个槽塞入料石等物支撑,再面积刷帮的方法,效果较好。混合井、风井分别掘至107m和109.8m,围岩条件转好,恢复正常放炮掘筑施工。

  7、结语

  由于未施工井筒检查孔,井筒地质及水文地质条件不清;井筒选择在断层破碎带中;冻结深度不够(仅为100m),均终止在富水性较强的强风化裂隙破碎带中,这些违反和关规程规范的做法,是导致淹井的根本原因。对此要接受教训。

  在风化、软弱、破碎、涌水地层中,注浆难度较,矿井开工前,必须首先探明其地质、水文地质条件,采取相应的措施,提高注浆堵水效果;对软弱破碎的注浆段地层,掘筑中可采用分片开挖、临时支护、短段掘筑、快速通过的施工方法,实践证明效果较好。

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