- 工程概況
羅河礦業有限責任公司廢石井工程井筒設計凈直徑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,支護厚度為400mm。井口設計標高為+43m,井口實際標高為+46m。
目前該井筒已施工至337.72m深度(標高為-291.72m)，即將結束次生石英巖主含水層第一段掘砌工作，依據《廢石井工程地質勘察報告》得知，下段仍處于深度為322.18m～391.23m(標高為-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，我單位經研究決定井筒施工至353.474m(－307.474m)處時停止下掘，進行第二段止漿墊澆筑工作，形成井筒圍巖封閉面。(止漿墊厚3.1m,C30砼連續振搗澆筑，上部設0.2m泄壓層)，待止漿墊達到養護期限后，搭設工作臺（工作臺布置見附圖），進行第二段工作面預注漿工作。依據廢石井次生石英巖主含水層第一段注漿經驗及教訓（注漿段高設置過高（50m），在廢石井次生石英巖主含水層內極其復雜的地質條件下施工，段高過高會出現反復掃孔復孔現象、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：第二段注漿段高設置35m（-304.374m～-339.374m），掘進段高設置為26m（-304.174m～-330.174m）;第三段注漿段高設置為26m(-327.174m～-353.174m),掘進段高設置為26.5m（-326.674m～-353.174m）；結合副井注漿情況，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束后，進行超前探水工作，詳見第三段注漿方案。
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- 井筒含水層段水文地質概況
敘述依據：《廢石井工程地質勘察報告》
- 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，斑狀結構，塊狀構造，角礫狀構造。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%，基質隱晶質。巖石具較強高岑石化、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弱，硅化主要見于394.23～398.07 m。巖石裂隙局部發育，無規則。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，斑狀結構，塊狀構造。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%，基質隱晶質。巖石較新鮮，蝕變較弱，巖石裂隙不發育，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)高岑石化凝灰質粗安巖（435.57～467.81m）
巖石呈黃褐色，黃綠色，斑狀結構，塊狀構造，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成分，基質隱晶質。裂隙不發育，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，致密結構，礦物成分主要為石英，局部可見原巖的殘留成分與組構(原巖為粗安巖)。巖石軟硬不均，破碎，裂隙、孔隙發育。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
根據本次廢石井鉆探施工巖性編錄、簡易水文觀測、現場簡易水文地質試驗等工作，結合收集的區域及礦區“詳勘地質報告”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、孔洞發育，巖芯破碎，多呈碎塊狀。鉆進時漏水，孔內水位上升、下降起伏大，沖洗液消耗量大。水力性質屬承壓水。
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育，裂隙中充填有白色碳酸鹽脈及綠黃鐵質泥質。鉆進過程中，孔內水位上升、下降起伏較大、沖洗液消耗量變化較大。水力性質屬承壓水。
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，基質主要為鈣質、凝灰質物質，膠結不緊密。圍巖裂隙發育、巖石極易破碎，穩固性差，主要為破碎帶含水。此段水文地質條件較復雜，且伴隨著井筒深度逐漸加深，水壓逐漸增大，導致本段注漿工作更加困難。
- 編制說明
安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司廢石井工程由我單位負責承建施工。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，即將進入主含水層-304.374m～-339.374m段工作面預注漿工作。依據《廢石井工程地質勘察報告》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、孔隙發育，且孔隙、裂隙水含水量較大，是井筒充水的主要來源。依據廢石井主含水層第一段井筒注漿治水施工經驗可知，該段含水層水文地質條件復雜，注漿治水工作比較困難，為確保安全有效的進行注漿治水工作，特制定第二段工作面預注漿施工組織設計。
???????? 四、主含水層第二段注漿方案
結合《廢石井工程地質勘察報告》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驗分析，經項目部研究，該含水層第二段工作面預注漿方案確定為：
井底工作面設3.1m澆筑止漿墊（見附圖），止漿墊上設泄壓層，搭設工作平臺（附圖2），潛孔鉆鉆孔埋設Φ108mm孔口管并安裝高壓閥門。擬采用以化學漿為主液，水泥單液漿或水泥加水玻璃雙液漿為輔液,采用“高壓力，反復注漿、反復掃孔復注”的方法對稱施工注漿孔進行工作面探水注漿工作。先探后注，注漿結束后施工檢查孔，檢查達到設計要求后，在超前探水的前提下，進行廢石井含水層第二段井筒掘進工作。
五、具體施工方案及漿液類型選擇
5.1、止漿墊參數
5.1.1 止漿墊結構形式與厚度計算
鑒于該段復雜的水文地質情況，為確保止漿墊在注漿時能承受較大的注漿壓力，止漿墊設置為平底倒楔形結構，上部直徑 Φ6300mm，下部直徑Φ7500mm（止漿墊施工見附圖）
參照《建井手冊》第四卷有關部分要求，止漿墊厚度采用下式計算：
?? Bn=（P0×r/[δ]}）+0.3r
?式中???? Bn—止漿墊厚度，m
????????? P0—注漿終壓，Mpa 取目前采用的16Mpa。
?r—井筒掘進平均斷面半徑，m，止漿墊段井筒掘進平均半徑為3.45m。
[δ]—混凝土3～7d的極限抗壓強度（取28d標準強度的70%），Mpa;設計混凝土強度等級為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。
? ??結合現場實際情況，本次設計止漿墊厚度取Bn=3.1m
5.1.2、澆筑止漿墊
考慮現場施工條件及注漿終壓，結合相關施工經驗，止漿墊選用強度等級C30 砼，振搗連續澆筑，澆砼高度3.1，砼量115.92m3。
5.2、接縫注漿（加固止漿墊）
止漿墊養護7天后實施止漿墊接縫注漿，注漿材料選用純水泥漿-水玻璃雙液漿，漿液量按實際發生計量。
5.3、鉆孔注漿參數??
5.3.1、鉆孔布置
???? 依據業主單位提供的《廢石井工程地質勘察報告》，結合實際施工情況及以往注漿治水工作經驗，為防止井筒圍巖存在縱向裂隙或微小裂隙時漿液有效擴散半徑偏小，井筒下掘時出現局部涌水量較大的情況，因此，本次設計決定采用單圈多量布孔方式，預計布孔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
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，孔數可適當增加。
中心點暫設檢查孔1個。無角度鉆孔。為了防止井筒下掘時涌水增大事故，根據巖石的揭露情況及涌水量數據，待注孔工作結束后需根據實際情況增設若干檢查孔。
5.3.3、漿液有效擴散半徑
??? 漿液有效擴散半徑取決于注漿材料、注漿壓力、含水層構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，使用脲醛樹脂化學漿，有效擴散半徑有時只能達到0.5m～0.6m，不能滿足施工要求，如果該段含水層仍出現上述狀況，則可以通過調節布孔形式和在止漿墊抗壓允許的情況下適當增加注漿壓力的方法予以補救。
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，微細裂隙發育。普通水泥漿可注性很差，有效擴散半徑極小，因此，本次注漿使用化學漿，如裂隙、孔隙過大則采用水泥單液漿或水泥-水玻璃雙液漿進行灌注。
5.3.5漿液配比
? 參照以往漿液配比，該段化學漿主液配比為丙烯酰胺:脲醛樹脂=3:100；化學漿輔液配比為草酸:水=3:100，實際操作中，根據鉆孔的吸漿量來調制漿液。
? 水泥漿液的水灰比取0.5～1.5；水玻璃為輔液，實際操作中，根據鉆孔的吸漿量來調制漿液。
? 漿液的配比在地面進行，根據井下壓水試驗結果，配制所需的漿液，漿液的濃度應先稀后濃，若壓力上升不快，吸漿量變化不大，應逐漸增加漿液濃度，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，注漿結束后，注入一定量清水，把管路清洗干凈，孔內漿液凝固后，再掃空做壓水試驗，當吸水量小于20L/min時，可停止，大于則復注。
5.3.6注漿終壓
??? 根據《礦山井巷工程施工及驗收規范》，注漿終壓按下試計算：Pz=ＫPｓ?????????
式中:Pz –注漿終壓，MPa
Ｋ－系數，（一般Ｋ＝２～４），取Ｋ＝4
Pｓ-靜水壓力,取4MPa?????? Pz=4×4=16MPa
設計注漿終壓為：注化學漿13～15MPa，水泥漿14～16MPa 。
?
六、施工設備配置與工藝
6.1、施工設備配置
? 鉆孔設備：鉆孔選用KQJ-100B型潛孔鉆機兩臺（一臺備用），最大成孔深度80m，耗風量18m3/min；
? 注漿設備：型號為ZTG-60/21雙液調速注漿泵一臺（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，原則上先施工奇數孔，后施工偶數孔。
6.2.1.1、孔口管段鉆孔施工及孔口管預埋
??? 采用KQJ-100B型潛孔鉆機配備直徑Φ130mm鉆頭鉆進，鉆進深度7m。鉆孔施工結束后，清除孔內巖屑，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6m，并泵送濃密快凝水泥漿經養護36h后掃空。掃孔后采用1.2倍注漿終壓對孔口管進行耐壓抗滲試驗，確認無泄漏方可轉入正常鉆進，否則須注漿加固。
6.2.1.2、正常孔段的鉆進
采用KQJ-100B型潛孔鉆機配備直徑Φ90mm鉆頭鉆進，要求鉆進時必須通過安裝在孔口上的4寸高壓球閥的閥腔內鉆井，以確保遇到大水時能夠迅速拔鉆，關閉閥門。
鉆孔過程中，采用“單孔見水就注，反復注漿”的方式進行注漿工作。
鉆孔分兩序進行（分奇、偶數孔），每序均按對稱方式進行交替施工。
6.2.1.3、鉆孔復孔
??? 本次注漿采用“反復掃孔復孔”的方式進行注漿工作，復鉆原則上確定在注漿結束后4～6小時內進行。
6.2.1.4、檢查孔施工
??? 全部鉆孔注漿結束后，根據巖石揭露、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，當檢查孔涌水量超出設計指標則需進行加孔注漿。確定合格后方可進行井筒掘砌工作。
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，按照設計的配比進行造漿工作。先在地面上進行漿液攪拌，然后將配好的各類漿液運用吊桶下放至井底注漿工作面。并依據實際情況，在井下進行配比調試。
6.2.2.2 注漿
??? 當遇到大量超擴散情況時，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、逐級變化的原則進行。起始水灰比要依據裂隙的開度及單位涌水量等確定。漿液起始水灰比選0.5，當采用某一配比連續灌注30分鐘，且壓力不上升時，應將漿液濃度提高一級。
??? 當遇到巖石松散破碎帶，微細裂隙發育帶。普通水泥漿可注性很差，難以注入，且有效擴散半徑極小，則使用改性脲醛樹脂化學漿注漿材料
? ??注漿前應向孔內壓住清水，以提高裂隙的可注性，并準確測定鉆孔內的水壓、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的充填物。
??? 復注亦按相同方法進行灌注。
6.2.3、止漿墊施工
??? 止漿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。止漿墊砼澆筑好后需養護7天方能進行探治水工作。
6.3、井筒掘進時超前探水
??? 當檢查孔確定無水后即進行井筒掘砌工作，掘進段高設置為26m（-304.174m～-330.174m）。掘進使用DXSJZ6.7型傘鉆進行。為確保施工安全，每茬炮掘進前必須進行超前探水,孔深4.5m，孔數10個，如探水孔出水則適當增加探水孔數量，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，為保證工程質量，以獲得良好的封堵效果，應從施工一開始，到注漿結束，對全過程的每一孔段都詳細記錄，對注漿效果的分析提供資料。
1、技術資料的分析
對每個孔的每一孔段注漿中的注漿壓力、流量、漿液濃度，吸水量的變化進行分析，判斷注漿施工是否合格。
2、檢查孔資料分析
? 注漿結束后，在井筒布置圈徑之內，結合本次注漿實際情況，布置若干檢查孔，鉆孔一次達到終孔深度，檢查鉆孔涌水量，涌水量若均小于5m3/h，就可以認為裂隙的漿液充填飽滿，密實，可結束注漿。
