主副井井筒注浆堵水加固工艺参数的合理确定.pdf

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1、2012年第3期能源技术与管理143doi：10．3969~．issn．1672-9943．2012．03．O60主副井井筒注浆堵水加固工艺参数的合理确定陈科(徐州矿务集团郭家河煤业有限公司，陕西宝鸡721000)[摘要]针对郭家河煤矿主副井井筒(斜井)施工中穿越白垩系含水层，井筒淋水大、顶底板泥岩遏水膨胀而导致底鼓严重、难以维护的问题，提出了采用ZKD高水速凝材料注浆堵水加固的方法治理该井筒，并且通过力学计算模型确定了合理的注浆参数。实践表明，井筒采用ZKD高水速凝材料注浆堵水加固后，大大提高了井筒围岩的强度与承载能力，及时封堵了水源，底鼓现象明

2、显改善，现场实践取得了良好的效果。[关键词]含水层；高水速凝材料；注浆；注浆参数[中图分类号]TD262[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2012)o3_01432的渗透挤压作用，使加固后的破碎煤岩体完整性0引言系数提高H。加固后的破碎煤岩体，被材料充填郭家河煤矿主副井施工中，穿越白垩系下统的裂隙其端部应力集中被削弱；围岩裂隙被填塞，洛河组砂岩孔隙～裂隙含水层，导致顶底板涌水注浆后的区域围岩形成完整承载体，松散岩体间量大；井筒围岩主要以泥岩为主，泥岩遇水膨胀后的移动受到制约，内部围岩应力状态由拉应力向底鼓严重，底板铺设混凝土出现大量断

3、板。因此，压应力转化，增大了体系的平衡稳定性；钻孔急需对主副井进行堵水注浆加固及对底鼓进行治内注浆管或木锚杆与加固材料及固结的破碎煤岩理，以保证主副井正常安全使用。形成一体，沿孔深方向拉住被挤压的松散体，对控制裸露煤岩体的脱落起重要作用]。1试验巷道概况3注浆加固施工工艺及技术参数的合理郭家河煤矿主采煤层为3煤层，埋深约400m，确定平均厚度约10m。试验巷道为主副井井筒，长约1000m，主副井井筒之间相距约30m，断面为直3．1注浆加固施工工艺墙半圆拱型巷道，井筒宽5．2m，直墙高4．1m。井注浆加固施工工艺包括钻孔、封孔、制备浆筒采用锚网喷支护

4、。由于井筒穿越含水层，且顶底液、注浆等几道工序。采用双液注浆，工艺系统如板均为泥岩，泥岩遇水膨胀，导致底板铺设的混凝图1所示。土发生断裂，严重影响了矿井正常运输。主副井井筒顶底板岩性特征如下：①老顶：泥岩，平均厚度26m，灰色，细粒，主要成分为粘土、块状；②直接顶：泥岩，平均厚度6．5m，黄色，块状，质不均匀，含高岭土，蒙脱石；③直接底：泥岩，平均厚度6m，黑色，质均致密，含大量植物化石，局部砂泥岩；④老底：砂岩，平均厚度4．9m，灰色，细粒，成分石英、长石，含云母片，局部泥岩。图1注浆加固施工工艺系统3-2注浆加固工艺参数的确定2巷道注浆加固作用

5、机理注浆加固主要工艺参数包括水灰比、注浆孔注浆加固具有多重作用，即：固化后材料在破深度、注浆压力、裂隙开度、浆液最大扩散半径、注碎煤岩体裂隙内形成连续固结体，使破碎岩体形浆量。成一个新的整体；加固过程中材料或靠泵压或自3．2．1注浆材料水灰比身反应膨胀压力，对破碎煤岩节理裂隙具有较强试验巷道注浆材料采用ZKD高水速凝材料，144陈科主副井井筒注浆堵水加固工艺参数的合理确定2012年第3期ZKD高水速凝材料的强度受水灰比的影响较大，散半径r眦积分，即得到浆液最大扩散半径r～，由而试验巷道要求充填体既有较高的强度又能承受下式计算：工作面超前支承压力的作

6、用，同时尽可能降低成D．Lrmo~=k·———0—一(4)本，因此选用水灰比为1．5：1。2sint~cos03．2．2注浆孔深度的确定式中，Pn为注浆压力，取5．25×10Pa；丁。为注浆孔的深度基本上等于或大于围岩松动圈浆液动切力，根据实验室测得浆液的有关参数确的厚度[]，围岩松动圈的最大半径尺按修正的芬定，取5Pa；P为浆液的密度，取1800kg／m；OL为纳公式计算：裂隙等效倾向，取45。；为修正系数，取0．5；0为垂圭腑．【]h(1)浆液的扩散方向，取30。。经计算，可确定浆液的扩散半径r～=3．8m。式中，尺为固岩松动巷半径，m；P为巷

7、道所受3．2．6单孔注浆量地应力，取9MPa；为内摩擦角，取45。；C为岩注浆量可按下式计算[]：石的粘结力，取1MPa；r为主巷碹拱半径，取1．8m；Q=Tr·r2·L··Od·m(5)为支护反力(注浆时=0)，MPa。式中，Q为单孔注浆量，m；r为浆液有效扩散经计算，R=2．2m。半径，取3．8m；为岩石孔隙率，n=0．01～0．05，取因为注浆加固厚度必须大于围岩松动圈的范0．05；L为注浆孔总长度，取2．5m；为有效充填围，所以选取注浆孔长度为2．5m。系数，=O．6～1．0，取1．o；／3为浆液耗散系数，=3．2．3注浆压力1．2～1．5

8、。取1．5。注浆压力可根据经验公式计算：则单孔注浆量Q-8．5in。Po=KR(2)式中，为注浆压力，MPa；K为注浆段的