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【摘 要】 莱新铁矿2#副井井筒施工至-319m处时，井筒实测涌水量为30.81m3/h。由于业主提供的水文地质资料与实际揭露的水文地质情况差别较大，预计井筒下部闪长岩段受地质构造影响，含水量丰富。经建设、监理、施工三家单位共同研究制定了2#副井井筒防治水方案，决定对2#副井井筒下部338.4m分三次进行工作面探水预注浆施工，探水注浆段高120m，全段高下行压入式注浆。经注浆，井筒落底后涌水量为8.25m3/h，取得了很好的注浆效果。
【关键词】 2#副井井筒；工作面预注浆；砼止浆垫；水泥单液浆
1、工程及地质概况
山东莱芜莱新铁矿2#副井井口设计标高为+175.002m，井筒深度832.402m，井筒净径φ7.0m。井壁为双层钢筋砼和素砼结构，支护厚度为500mm，砼強度等级C30。井筒施工至-319m处时，井筒实测涌水量30.81m3/h。由于业主提供的水文地质资料与实际揭露的水文地质情况差别较大，预计井筒下部闪长岩段受地质构造影响，含水量丰富。经建设、监理、施工单位三方共同研究制定了2#副井井筒防治水方案，决定对2#副井井筒下部338.4m分三次进行工作面探水预注浆施工。
井筒所揭露地层：-319m～-657.4m闪长岩（Art），深灰绿色，结晶结构，块状构造，节理、裂隙较发育，方解石脉充填，中间断续有蚀变现象。其中埋深499.9～505.0m、567.5～575.0m和683.3～692.4m间蚀变较严重，岩芯呈碎块状，手捻即碎，含少量磁铁矿石。
2、注浆施工方法
井筒工作面探水预注浆分三次进行，每次探水注浆段高120m，掘砌110m，-319m以上井壁淋水段采取壁后注浆法封堵。
根据闪长岩地层构造节理裂隙较发育，方解石脉充填，中间断续有蚀变现象，注浆难度大，堵水效果差的特点，注浆拟采取如下一些措施：
（1）打深孔。分别采用ZDY-1900型、ZDY-2400型煤矿液压坑道钻机钻进，钻孔深度最深可达到130m，可加大注浆段高，减少注浆次数，加快注浆施工速度，缩短井筒施工工期。
（2）均匀布孔。注浆孔布置在距离井壁0.5m的圆周上均匀布置6个孔，孔间距平均为3.0m。施工中根据浆液注入量和终检孔情况，再确定是否增加钻孔。
（3）高压注浆。提高注浆压力，可以把浆液在岩层裂隙中推远，增大注浆帷幕厚度，提高注浆效果。暂考虑注浆压力取静水压力2～2.5倍。
3、探水注浆设计
3.1、探孔起止标高及注浆方式
根据井筒水文地质条件及钻探设备施工能力，确定下部井筒探水注浆分三个段高进行探水预注浆。采用全段高下行压入式分段注浆方式。钻进过程中，当钻孔涌水量大于5m3/h时，暂停钻进，先注浆封水，钻孔水量减少至5m3/h以下时恢复钻进至终孔。探孔起止标高划分见表1。
3.2、注浆钻孔布置
在距井壁0.5m的圆周上均匀布置6个注浆孔，径向倾角1°40′15″，终孔位置在径向上超出井筒掘进荒径2.5m，井筒工作面注浆孔布置见附图。
3.3、注浆孔施工顺序
井筒工作面注浆孔分2组交替施工，1#、3#、5#孔为第1组，先行施工，封堵大的裂隙；2#、4#、6#孔为第2组，封堵细小裂隙。其中1#为初检孔，主要检查涌水量和地层岩性。6#孔为终检孔，检查注浆效果。
3.4、注浆压力
注浆终压设计取静水压的2～2.5倍，钻孔前期注浆取小值，后期取大值。注浆压力见表1
3.5、注浆材料及浆液注入量
井筒工作面预注浆以水泥单液浆为主，采用P.S.A32.5普通硅酸盐水泥配制。浆液中掺入水泥重量0.5%的食盐和0.05%的三乙醇胺作为外加剂，起速凝早强作用。
浆液的注入量按下式计算。
计算得，三次井筒工作面探水、预注浆水泥浆液量分别约为2544.69m3，需要水泥1908.52t、食盐954.26kg、三乙醇胺95.426kg。
4、砼止浆垫
4.1、砼止浆垫厚度计算
砼止浆垫设计成单级平底型，砼强度等级C30，采用P.S.A32.5普通硅酸盐水泥、中砂及高强度石子配制。
根据计算结果，计算三次探水预注浆止浆垫有效厚度分别为5.3m/6m/6.8m，为了保证注浆安全，施工时，先加固止浆岩帽（止浆岩帽厚度不少于10m），使岩帽与砼止浆垫共同承受注浆压力。
4.2、砼止浆垫施工
为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆，要求止浆垫与井壁重叠500mm。地面搅拌站配制砼，底卸式吊桶下料。浇筑砼要连续进行，并加强振捣。
5、孔口管埋设
孔口管为φ108×6mm无缝钢管，孔口管上部焊接法兰，以便与高压注浆阀连接；中下部加工成马牙扣结构；三次工作面探水注浆孔口管长度分别取5.8m、6.5m、7.3m，管材材质均为20#钢。
先施工砼止浆垫，然后依次埋设1#、3#、5#、2#、4#、6#孔口管。将液压钻机按设计方位、倾角固定在井筒施工时钢模板上，用φ130mm冲击钻头开孔钻进，钻进深度4.5m。钻好孔后，用压风吹孔，在孔内灌装2：1水泥砂浆，接着安装孔口管，并按设计要求找正。孔口管上端露出止浆垫500mm。安装孔口管24h后，用钻机扫掉孔口管内的水泥砂浆，并作压水试验，压力控制在比注浆终压高0.5MPa之内。压水10～20min，不漏水即为合格；否侧需注水泥-水玻璃双液浆加固孔口管，直至合格为止。
6、注浆孔施工
注浆孔采用2台分别为ZDY-1900/ZDY-2400型煤矿液压坑道钻机配φ50mm钻杆和φ75三芯钻头施工，用清水作循环液，此钻机施工能力可达130m以上。打钻前，在φ108mm孔口管上安设φ100mm高压球阀及防突水装置。另外，井筒排水系统完善，并经联合试运转正常。以防钻孔时突水，造成淹井事故。 钻孔作业在井下工作平台进行，工作平台固定在井筒施工时的大模板上，用φ140mm无缝钢管等构件搭设，钢管上铺设б50mm×300mm木板并用铁丝固定，钢管卡好保险绳，工作平台距止浆垫2.0m左右。钻进过程中，若钻孔涌水量大于5m3/h或因岩石破碎钻不下去时，停钻进行注浆；否则一直钻至终孔。钻至终孔时，还要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。
7、注浆前的准备工作
注浆站布置在井口搅拌站附近，站内安装2台XPB-90E型高压注浆泵，并设置清水池及水泥浆搅拌系统。一级搅拌池利用井口搅拌机，并在搅拌机附近砌筑二级搅拌池，采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池，上料利用现有散装水泥罐直接上料。利用一路φ50×10m高压钢编管作输浆管路，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″高压胶管连接。每次注浆结束后应及时清洗管路及注浆泵备用。
注浆设备及管路安装完毕后，必须进行试运转，注浆系统要满足最大注浆压力和流量的要求，经试运转或耐压试验，设备应无异常响声，具体作业程序如下：
1、全面检查注浆、搅拌系统及管路连接处等。
2、注浆系统进行无负荷试运转。
3、全系统联合试运转。
4、处理存在问题，并再次进行试运转，直至符合要求。
8、注浆作业
8.1、注浆作业流程
浆液经搅拌系统搅拌后，经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。
注前试验过程中，视凝胶时间，调整好浆液配比。每个孔注浆结束后，必须用清水冲洗净注浆管路。
8.2、作业程序
当注浆孔钻到既定深度后，先用清水冲孔（破碎带不冲）直到流清水后进行注浆作业。注浆作业程序如下：
接通输浆管路→压水试验→注浆→定量压清水→冲洗输浆管路→拆洗注浆泵→扫孔或钻进
8.3、压水试验
压水试验时，尽可能采用大泵量，压力值不超过注浆终压，压水时间一般为20min（破碎带压水时间缩短或不压水），精确测量并记录压水段高、流量和壓力，根据压水时间测定的单位钻孔吸水量，确定注浆时浆液的起始浓度，作为鉴定注浆效果的依据之一。
8.4、注浆压力的调整
在注浆过程中，注浆压力可分为初期、正常及终压三个阶段变化，当初始浓度确定后，根据注浆压力变化情况，应及时控制浆量，调整浆液浓度及凝胶时间等，使注浆压力平缓地上升，避免出现较大波动，直至达到注浆终压和终量，并稳定20min以上。
8.5、浆液的调配
本井筒探水预注浆单液水泥浆常用的水灰比为2：1、1.5：1、1.25：1、1：1和0.75：1；单液水泥浆配制见表2；每次注浆的初始浓度根据压水试验测定的单位钻孔吸水量进行选择见表3。
每个钻孔注浆时，初注用浓浆，复注时逐渐降低浆液浓度，但每次注浆时，一般先稀后浓。当浆液在裂隙中沉析、充填阶段，若压力不升且进浆量也不减时，应逐渐加大浆液浓度；反之，若压力上升快且进浆量减量也快，应依次降低浆液浓度；每更换一次浆液浓度，一般持续20min。
8.6、注浆结束
当钻孔注浆达到结束标准，或因裂隙较大，虽未达到结束标准，但为防止浆液扩散较远，按预定和本次注浆的注入量已达到要求，可结束本次注浆。在结束注浆前，需压注一定量的清水，将管路中的浆液冲洗干净，然后关闭孔口高压球阀，打开放浆阀，冲洗输浆管路。
9、注浆效果
莱新铁矿2#副井井筒含水层共进行三次工作面探水预注浆，注浆段高均为120m，注浆总工期72d，比计划工期提前了18d。第一次探水过程中，单孔最大涌水量为25.76m3/h，第二次探水过程中，单孔最大涌水量为21.3m3/h，第三次探水过程中，单孔最大涌水量为24m3/h。注浆前井筒涌水量为30.81m3/h，注浆结束井筒落底后，井筒漏水量为8.52m3/h，取得了很好的注浆效果。而且在剩余的338.4m井筒掘砌施工过程中，工作面涌水量均不超过3m3/h，说明注浆施工取得了很大成功。井筒通过三次工作面探水、预注浆施工，为实现井筒施工安全、质量及顺利落底提供了保障。井筒于2012年6月16日顺利落底。
【关键词】 2#副井井筒；工作面预注浆；砼止浆垫；水泥单液浆
1、工程及地质概况
山东莱芜莱新铁矿2#副井井口设计标高为+175.002m，井筒深度832.402m，井筒净径φ7.0m。井壁为双层钢筋砼和素砼结构，支护厚度为500mm，砼強度等级C30。井筒施工至-319m处时，井筒实测涌水量30.81m3/h。由于业主提供的水文地质资料与实际揭露的水文地质情况差别较大，预计井筒下部闪长岩段受地质构造影响，含水量丰富。经建设、监理、施工单位三方共同研究制定了2#副井井筒防治水方案，决定对2#副井井筒下部338.4m分三次进行工作面探水预注浆施工。
井筒所揭露地层：-319m～-657.4m闪长岩（Art），深灰绿色，结晶结构，块状构造，节理、裂隙较发育，方解石脉充填，中间断续有蚀变现象。其中埋深499.9～505.0m、567.5～575.0m和683.3～692.4m间蚀变较严重，岩芯呈碎块状，手捻即碎，含少量磁铁矿石。
2、注浆施工方法
井筒工作面探水预注浆分三次进行，每次探水注浆段高120m，掘砌110m，-319m以上井壁淋水段采取壁后注浆法封堵。
根据闪长岩地层构造节理裂隙较发育，方解石脉充填，中间断续有蚀变现象，注浆难度大，堵水效果差的特点，注浆拟采取如下一些措施：
（1）打深孔。分别采用ZDY-1900型、ZDY-2400型煤矿液压坑道钻机钻进，钻孔深度最深可达到130m，可加大注浆段高，减少注浆次数，加快注浆施工速度，缩短井筒施工工期。
（2）均匀布孔。注浆孔布置在距离井壁0.5m的圆周上均匀布置6个孔，孔间距平均为3.0m。施工中根据浆液注入量和终检孔情况，再确定是否增加钻孔。
（3）高压注浆。提高注浆压力，可以把浆液在岩层裂隙中推远，增大注浆帷幕厚度，提高注浆效果。暂考虑注浆压力取静水压力2～2.5倍。
3、探水注浆设计
3.1、探孔起止标高及注浆方式
根据井筒水文地质条件及钻探设备施工能力，确定下部井筒探水注浆分三个段高进行探水预注浆。采用全段高下行压入式分段注浆方式。钻进过程中，当钻孔涌水量大于5m3/h时，暂停钻进，先注浆封水，钻孔水量减少至5m3/h以下时恢复钻进至终孔。探孔起止标高划分见表1。
3.2、注浆钻孔布置
在距井壁0.5m的圆周上均匀布置6个注浆孔，径向倾角1°40′15″，终孔位置在径向上超出井筒掘进荒径2.5m，井筒工作面注浆孔布置见附图。
3.3、注浆孔施工顺序
井筒工作面注浆孔分2组交替施工，1#、3#、5#孔为第1组，先行施工，封堵大的裂隙；2#、4#、6#孔为第2组，封堵细小裂隙。其中1#为初检孔，主要检查涌水量和地层岩性。6#孔为终检孔，检查注浆效果。
3.4、注浆压力
注浆终压设计取静水压的2～2.5倍，钻孔前期注浆取小值，后期取大值。注浆压力见表1
3.5、注浆材料及浆液注入量
井筒工作面预注浆以水泥单液浆为主，采用P.S.A32.5普通硅酸盐水泥配制。浆液中掺入水泥重量0.5%的食盐和0.05%的三乙醇胺作为外加剂，起速凝早强作用。
浆液的注入量按下式计算。
计算得，三次井筒工作面探水、预注浆水泥浆液量分别约为2544.69m3，需要水泥1908.52t、食盐954.26kg、三乙醇胺95.426kg。
4、砼止浆垫
4.1、砼止浆垫厚度计算
砼止浆垫设计成单级平底型，砼强度等级C30，采用P.S.A32.5普通硅酸盐水泥、中砂及高强度石子配制。
根据计算结果，计算三次探水预注浆止浆垫有效厚度分别为5.3m/6m/6.8m，为了保证注浆安全，施工时，先加固止浆岩帽（止浆岩帽厚度不少于10m），使岩帽与砼止浆垫共同承受注浆压力。
4.2、砼止浆垫施工
为防止止浆垫与井壁间漏水漏浆，要求止浆垫与井壁重叠500mm。地面搅拌站配制砼，底卸式吊桶下料。浇筑砼要连续进行，并加强振捣。
5、孔口管埋设
孔口管为φ108×6mm无缝钢管，孔口管上部焊接法兰，以便与高压注浆阀连接；中下部加工成马牙扣结构；三次工作面探水注浆孔口管长度分别取5.8m、6.5m、7.3m，管材材质均为20#钢。
先施工砼止浆垫，然后依次埋设1#、3#、5#、2#、4#、6#孔口管。将液压钻机按设计方位、倾角固定在井筒施工时钢模板上，用φ130mm冲击钻头开孔钻进，钻进深度4.5m。钻好孔后，用压风吹孔，在孔内灌装2：1水泥砂浆，接着安装孔口管，并按设计要求找正。孔口管上端露出止浆垫500mm。安装孔口管24h后，用钻机扫掉孔口管内的水泥砂浆，并作压水试验，压力控制在比注浆终压高0.5MPa之内。压水10～20min，不漏水即为合格；否侧需注水泥-水玻璃双液浆加固孔口管，直至合格为止。
6、注浆孔施工
注浆孔采用2台分别为ZDY-1900/ZDY-2400型煤矿液压坑道钻机配φ50mm钻杆和φ75三芯钻头施工，用清水作循环液，此钻机施工能力可达130m以上。打钻前，在φ108mm孔口管上安设φ100mm高压球阀及防突水装置。另外，井筒排水系统完善，并经联合试运转正常。以防钻孔时突水，造成淹井事故。 钻孔作业在井下工作平台进行，工作平台固定在井筒施工时的大模板上，用φ140mm无缝钢管等构件搭设，钢管上铺设б50mm×300mm木板并用铁丝固定，钢管卡好保险绳，工作平台距止浆垫2.0m左右。钻进过程中，若钻孔涌水量大于5m3/h或因岩石破碎钻不下去时，停钻进行注浆；否则一直钻至终孔。钻至终孔时，还要核实钻具长度，确保钻孔深度符合设计要求。
7、注浆前的准备工作
注浆站布置在井口搅拌站附近，站内安装2台XPB-90E型高压注浆泵，并设置清水池及水泥浆搅拌系统。一级搅拌池利用井口搅拌机，并在搅拌机附近砌筑二级搅拌池，采用普通Φ108弹簧管将一级搅拌池内浆液放入二级搅拌池，上料利用现有散装水泥罐直接上料。利用一路φ50×10m高压钢编管作输浆管路，输浆管路与注浆泵和孔口管之间用2″高压胶管连接。每次注浆结束后应及时清洗管路及注浆泵备用。
注浆设备及管路安装完毕后，必须进行试运转，注浆系统要满足最大注浆压力和流量的要求，经试运转或耐压试验，设备应无异常响声，具体作业程序如下：
1、全面检查注浆、搅拌系统及管路连接处等。
2、注浆系统进行无负荷试运转。
3、全系统联合试运转。
4、处理存在问题，并再次进行试运转，直至符合要求。
8、注浆作业
8.1、注浆作业流程
浆液经搅拌系统搅拌后，经注浆泵、输浆管和注浆孔口管进入受注岩层。
注前试验过程中，视凝胶时间，调整好浆液配比。每个孔注浆结束后，必须用清水冲洗净注浆管路。
8.2、作业程序
当注浆孔钻到既定深度后，先用清水冲孔（破碎带不冲）直到流清水后进行注浆作业。注浆作业程序如下：
接通输浆管路→压水试验→注浆→定量压清水→冲洗输浆管路→拆洗注浆泵→扫孔或钻进
8.3、压水试验
压水试验时，尽可能采用大泵量，压力值不超过注浆终压，压水时间一般为20min（破碎带压水时间缩短或不压水），精确测量并记录压水段高、流量和壓力，根据压水时间测定的单位钻孔吸水量，确定注浆时浆液的起始浓度，作为鉴定注浆效果的依据之一。
8.4、注浆压力的调整
在注浆过程中，注浆压力可分为初期、正常及终压三个阶段变化，当初始浓度确定后，根据注浆压力变化情况，应及时控制浆量，调整浆液浓度及凝胶时间等，使注浆压力平缓地上升，避免出现较大波动，直至达到注浆终压和终量，并稳定20min以上。
8.5、浆液的调配
本井筒探水预注浆单液水泥浆常用的水灰比为2：1、1.5：1、1.25：1、1：1和0.75：1；单液水泥浆配制见表2；每次注浆的初始浓度根据压水试验测定的单位钻孔吸水量进行选择见表3。
每个钻孔注浆时，初注用浓浆，复注时逐渐降低浆液浓度，但每次注浆时，一般先稀后浓。当浆液在裂隙中沉析、充填阶段，若压力不升且进浆量也不减时，应逐渐加大浆液浓度；反之，若压力上升快且进浆量减量也快，应依次降低浆液浓度；每更换一次浆液浓度，一般持续20min。
8.6、注浆结束
当钻孔注浆达到结束标准，或因裂隙较大，虽未达到结束标准，但为防止浆液扩散较远，按预定和本次注浆的注入量已达到要求，可结束本次注浆。在结束注浆前，需压注一定量的清水，将管路中的浆液冲洗干净，然后关闭孔口高压球阀，打开放浆阀，冲洗输浆管路。
9、注浆效果
莱新铁矿2#副井井筒含水层共进行三次工作面探水预注浆，注浆段高均为120m，注浆总工期72d，比计划工期提前了18d。第一次探水过程中，单孔最大涌水量为25.76m3/h，第二次探水过程中，单孔最大涌水量为21.3m3/h，第三次探水过程中，单孔最大涌水量为24m3/h。注浆前井筒涌水量为30.81m3/h，注浆结束井筒落底后，井筒漏水量为8.52m3/h，取得了很好的注浆效果。而且在剩余的338.4m井筒掘砌施工过程中，工作面涌水量均不超过3m3/h，说明注浆施工取得了很大成功。井筒通过三次工作面探水、预注浆施工，为实现井筒施工安全、质量及顺利落底提供了保障。井筒于2012年6月16日顺利落底。