立井罐笼改造安全高效注浆堵水技术研究及应用

立井罐笼改造安全高效注浆堵水技术研究及应用

陈真

陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719302

摘要：小保当二号矿井进风立井井筒长期漏水，且漏水量有增大趋势，严重影响了井筒工程质量，存在安全隐患。由于进风立井是罐笼提升，不具备注浆施工操作的条件。为此，改装了井筒内提升系统，在大罐笼顶部安装临时注浆操作平台，小罐笼作为配重。依据进风立井井筒井壁施工结构、不同形式出水点、水文地质条件等因素，采用下行检查、上行注浆、下行注浆、分段施工、重点区域重点治理的原则，对基岩段含水层处进行密集注浆，阻断了串水通道，并处理好了各含水层和上下岩层位的联系，井筒注浆效果明显。

关键词：立井漏水；罐笼改装；安全高效；分段注浆；

1工程概况

小保当二号矿井进风立井施工深度368.5米，井筒净直径Ф7.8米，净断面为47.76㎡，冻结深度258.5米。其中0～246.5米采用冻结法施工，井筒外径Ф9.9米，冻结法段采用钢筋混凝土的内、外壁支护方式，井壁厚度为0.6米和0.45米，混凝土强度C50，上部整体壁座15m；246.5～365.5米采用普通法施工，井筒外径Ф9.2米，普通法段采用钢筋混凝土单层井壁支护方式，井壁厚度0.7米，混凝土强度C50。

该井筒井筒穿过第四系全新统风积沙孔隙潜水含水层、风化基岩裂隙承压水含水层、侏罗系中统安定组基岩裂隙承压水含水层、侏罗系中统直罗组基岩裂隙承压水含水层和侏罗系中统延安组基岩裂隙承压水含水层。冻结段内层井壁套壁表面质量光滑，井壁接茬严密出水点少；井壁淋水主要集中在井壁普通法施工段。

实测该井筒平均涌水量为20.5m3/h，呈现逐步增大趋势，其中231.5米双层井壁以上涌水量为5m3/h，以下为15.5m3/h。风化基岩面为83米，主要是直罗组底段和延安组第五段地层含水。为了防止井筒涌水量持续增大，造成安全隐患，采用罐笼改造技术对该井筒主要涌水段地层进行了分段壁后注浆处理，效果明显。

2提升系统改造

2.1罐笼加工

在地面上把注浆操作平台底盘、起落梁、组件加工好，组件上表面焊接钢板、网片。将2个四方底盘分别用4个400mm长Φ24mm的钢筋U型卡子固定在罐笼顶部，提升钢丝绳两侧的工字钢上，底盘由12#槽钢制成。在每个底盘的四角上分别竖立焊接1根Φ108mm钢管，钢管上端再用Φ108mm钢管焊接成四方框，在四方框的起落梁上安装风动葫芦和钢丝绳作为起落A、B大组件之用。A、B大组件安装好之后，用一整条Φ15mm钢丝绳从起落梁的一端绕到A、B的固定孔固定后，再回到起落梁上固定，固定均使用配套合格绳卡，此钢丝绳作用是稳定工作平台。将剩余的操作平台小组件，用与上述步骤4相同的办法固定在起落梁和A、B大组件上，组件之间用合页连接，只能向上折叠。（如下图所示）

2.2提升基本条件

采用双钩凿井罐笼提升，绞车型号：2JK-3.5/20型，最大静张力170KN，允许钢丝绳最大静张力差115KN，最大绳速6.78m/s，电机功率1250KW，电压10KV。要求罐笼的运行速度不得超过2m/s，提升机过卷高度、过放距离为7.2m。防过卷装置设置在距井口地面标高20.9m位置，罐笼在卸罐位置时的全高距离防过卷装置的有效距离为13.3m。罐笼在装卸位置时罐笼底部距井底防撞梁之间的有效距离7.3m为过放距离。

2.3提升容器及钢丝绳

选用单层二车铝合金罐笼，一宽一窄。罐笼自重5716kg（包括罐体重4886kg，悬挂装置约300kg，BF321型抓捕器约530kg）。窄罐笼自重3500kg（包括罐体重2700kg，悬挂装置约300kg，BF152型抓捕器约500kg）。选用18×7+FC-φ40-1870钢丝绳。

2.4提升验算

2.4.1提升钢丝绳终端荷重Q0

Q0＝QZ＋Q台

＝5716+6800=12516kg

式中：

QZ－提升罐笼自重

Q台－综掘机最重部件

2.4.2钢丝绳安全系数的校核

M＝

=121368.4/（12516+6.24×400）=8.1＞8

符合煤矿安全规程的规定。

2.4.3验算提升机强度

（1）最大静张力验算

最大静张力：

Fj=Q0+Psb×H0=12516+6.24×400

=15012kg=147.11KN〈170kN，满足要求。

（2）提升静张力差验算

最大静张力差：

Fj'=ΔQ0+Psb×H0=（5716+6800-3500）+6.24×400

=11512Kg=112.82KN＜Fch=115KN，满足要求。

上式中：

ΔQ0—大罐笼与小罐笼自重及载重差

Psb—提升钢丝绳单位质量

H0—钢丝绳最大悬垂高度

施工中要求大罐笼载重禁止超过6800Kg。

3注浆方案

本次立井注浆堵水采用下行检查、上行注浆、下行注浆、分段施工、重点区域重点治理的原则，对基岩段含水层处密集注浆，并处理好各含水层和上下岩层位的联系，阻断其串水通道。

3.1注浆区段及方法

对双层井壁段地层明显出水点、片状漏水采用壁间注浆方式进行堵水浆，采用成排造孔上行注浆处理；对普通法施工段采用壁后注浆，该段采用上行注浆的方式、成排布孔、防突造孔，施工中以上层孔见浆、适时控制注浆参数，封堵受注孔，确保浆液扩散均匀。

3.2注浆材料

依据井筒注浆堵水的性质，选择添加3%水玻璃的速凝水泥单液浆为主、水泥—水玻璃双液浆为辅的注浆堵水材料，主要是为了加快浆液凝胶速度，缩短凝胶时间，快速封堵井壁漏水，增加井壁强度，提高堵水效果。注浆材料水泥选用Po42.5普通硅酸盐水泥，若壁后地层进浆困难时，改用华夏牌MC型超细水泥；水玻璃选择35°Be'、M=2.8～3.2之间的水玻璃。

3.3浆液的配比

水泥浆液水灰比的选择依据井壁漏水状况、井壁的质量及造孔深度，其水灰比范围为3：1～1：1，水玻璃的添加比例为水泥重量的3%；水泥水玻璃双液浆体积比（C：S）的选择，依据水玻璃体积比对浆液凝胶时间，结石体抗压强度、封水效果，为此选择C：S体积比在1：0.3～1：0.6之间。

3.4注浆压力

由于本工程水压较大，所以双壁段取最大注浆压力5.0Mpa，单壁段取最大注浆压力3.5Mpa。

4工艺流程及设备配置

4.1施工工艺流程

本次注浆在井筒内施工，工作平台搭建在井筒内吊盘上。注浆注浆施工可分为三个环节：①输料环节：注浆材料由料场输送至井口；②配浆环节：配置浆液，输送至井下；③注浆环节：注浆部位造孔、注浆。

4.2钻注浆工艺流程

采用风钻造孔至设计孔深（孔径Φ42mm）→安装孔口管→安设高压球阀→球阀连接混合器与注浆管路→开启注浆机进行压水→打开球阀→注入浆液→调整凝胶时间封孔或者用水泥水玻璃双液浆封孔→关闭球阀→换孔。

4.3设备配置

钻孔机具、二次搅拌系统、注浆机具布置在井筒内制作的施工平台上。制浆站设在地面，钻孔、注浆设备在井筒内的施工平台上，井下、井上采用通讯系统进行联络。

5结论

１）改装立井罐笼提升系统，采用大罐笼顶部安装临时注浆操作平台，小罐笼作为配重，可满足注浆堵水操作施工的条件。

２）在罐笼操作平台内对集中出水点进行顶水造孔注浆封堵，壁间处理应充填饱满、密实，立井井筒涌水量得到了有效治理，在工期、质量、安全等方面取得良好的效果。

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作者简介：陈真，男，陕西榆林人，工程师，现负责陕西小保当矿业有限公司一、二号矿井矿建工程管理工作。