浅谈立井井筒工作面预注浆工程在硬岩地层中注浆孔施工机具的改进

浅谈立井井筒工作面预注浆工程在硬岩地层中注浆孔施工机具的改进

张东明

中煤建设集团第三工程处     江苏省徐州市  221000

摘要：通过鲁中矿业有限公司莱新铁矿二期竖井工程2号副井井筒防治水工程注浆孔施工机具的改进实践,对铁矿立井在硬岩中工作面预注浆工程的注浆孔施工的个人初步总结,为以后在硬岩地层中工作面预注浆工程的注浆孔施工速度、质量提供经验。

关键词：立井井筒；工作面预注浆；软岩；硬岩；注浆孔口管、注浆孔

1  前言

工作面预注浆是立井井筒防治水的一种常用方法，该方法工艺成熟，可靠性也较高，几十年来在我国的众多立井井筒防治水施工中得到了成功应用。但是，在这之前的多数立井工作面预注浆的成功实例，所对应的多为煤矿立井软岩地层注浆，其岩石硬度系数f=4～6，注浆孔施工速度快、质量保证。这几年，随着我国钢铁产量持续高速增长，对铁矿石的需求越来越大，国家对铁矿加大开发力度。莱新铁矿2#副井井筒净直径7.0m，深832.402m。揭露地层主要为第三纪粉砂岩、奥陶系石灰岩和蚀变大理岩、燕山期蚀变闪长岩等。岩石硬度系数f=10～15，有的岩石硬度更高。水文地质条件特别复杂，垂直节理，溶洞发育，奥灰水丰富，含水层多数存在于奥陶纪石灰岩层以及上覆地层接触段与下覆地层接触段，裂隙发育局部岩溶发育，溶洞大小分布较广，含水丰富，补给条件好，压力大，共进行5次工作面预注浆。由于岩石硬度高，用原有的施工机械器具满足不了注浆孔施工要求，且钻机易损坏，维修率高；施工用的钻头消耗严重，有的注浆孔根本钻进不了，重新补孔。

因此，一个重要的课题摆在了我们面前：如何采用科学的方法解决立井硬岩中工作面预注浆工程注浆孔施工问题，使施工达到安全、快速、高效。

2 施工机具的改进

一般情况下，立井井筒工作面注浆工程注浆孔施工所使用地钻机为ZDY650、

ZDY1900液压钻机或别的型号钻机，φ50钻杆配φ75四翼胎体钻头钻进。

2.1 钻机更换

由原先使用的ZDY1900全液压坑道钻机更换成ZDY2400S全液压坑道钻机。

这种型号的钻机是动力头式全液压钻机，转速范围宽、扭矩大，更适合对硬岩的钻进施工。全机分主机、泵站、操作台三大部分，各部分之间用软管连接。

2.2  钻具更换

钻孔施工用的φ75mm四翼胎体钻头更换成CIR90型冲击器配φ90型潜孔钻头钻进，同时水循环作业改为压风循环作业。

3 施工方法

3.1  施工准备

根据硬岩地层要求合理计算砼止浆垫厚度，施工时重叠上井壁0.5m。砼止

浆垫施工完24小时后，养护的同时搭设工作平台、安装钻机、维持井筒排水等工作。

平台的搭设位置位于井筒大模板（4m）下口上1.0m左右，该平台利用5根φ108×6mm的无缝钢管作为平台的承力体，然后在平台上铺50mm厚的木板，平台高于砼止浆垫上口2m位置。平台搭设时预留出一个吊桶通过位置，以便于清理工作面时吊桶通过和施工人员上下。

钻机（改装）直接固定在井筒大模板，上部用2条螺栓固定在模板上口，下部用2条螺栓固定模板与模板连接位置处，钻机固定直接调整好钻孔径向、角度。

孔口管的埋设采用后埋的方式，将钻机按设计的方位、孔径、倾角安装固定在大模板上，用φ130mm冲击钻头开孔钻进，打够深度后，用压风吹净孔内岩粉，在钻孔内灌满2：1的水泥砂浆（2份水泥、1份砂，砂过筛）后，紧接着下入φ108×6mm注浆孔口管。孔口管埋设完成、至少凝固12小时后，方可用Ф90mm冲击钻头扫掉孔口管内水泥砂浆并冲击钻进超过孔口管下部0.2～0.5m左右，并试压，达到设计压力不漏即为合格，否则注双液浆加固孔口管直至合格为止。

3.2  注浆孔施工

钻孔施工前要对钻机进行试运转，检查各工作机构的动作方向与指示牌的标记方向是否一致，如不一致及时调换有关油管；油马达正传、反转双向试验，运转应正常平稳；试验卡盘、夹持器，开闭要灵活，动作要可靠。试运转正常后方可进行开钻。从回转器后端插入一根钻杆，穿过卡盘，顶在夹持器端面上（因此时夹持器闭合，不能穿入）。若从回转器后端不能插入钻杆时，可关掉钻机，待钻杆插入回转器后，重新启动钻机；副油泵功能转换阀手把推到前位（即溢流给进位），夹持器功能转换手把推到分离位（即前位），将起下钻转换手把推到下钻位置，向前推给进起拔手把，使钻杆进入夹持器，在夹持器下方（平台下）人工拧上CIR90型冲击器配φ90型潜孔钻头，插入孔口管，钻杆上方接通压风软管，准备钻进。钻进过程中根据具体情况调整回转速度进行加压或减压钻进。

注浆孔施工采用2台ZDY2400S全液压坑道钻机，施工时根据设计注浆孔数量对称钻进，地面压风机供风。在打钻前，要在φ108mm孔口管上安设4″高压球阀，以防钻孔时含水层突水造成淹井事故。

通过莱新铁矿2#副井5次工作面注浆，后3次采用此方法施工注浆孔。实践证明立井井筒工作面预注浆工程在硬岩地层注浆孔的施工，通过对注浆孔施工机具的改进，不仅提高了注浆孔的施工速度，同时减少了φ75mm钻头的消耗，节约施工成本。现已一个台班（8小时）为例进行对比，见下表。

机具改进前和改进后施工速度和钻具消耗对比

4  施工中的几点要求

（1）根据岩石硬度和对硬岩的钻进能力，注浆孔钻进施工80m为最佳。

（2）开始2个注浆孔同时施工，钻进至50m位置左右时改为1个孔单独施工，保证钻孔内岩粉有足够压风喷出空口管。

（3）保证有足够风量的压风，最好在井口附近布置1台20立方空压机单独供风。

（4）钻机固定牢稳，位置精确，保证φ90潜孔钻头进入φ108mm孔口管。

（5）每班至少提一次钻杆，管内岩粉冲净，防止钻孔内岩粉积聚，冲击器掩埋，提不出来。

    （6）ZDY2400S全液压坑道钻机操作，要了解钻机操作程序和钻机功能，要由有经验的工人操作。

5  结    语

借鉴煤矿立井工作面预注浆工程注浆孔施工经验，结合铁矿立井硬岩地质特点，采用科学的方法，最终解决立井井筒在硬岩地层中工作面预注浆工程注浆孔施工问题，则可以大大提高施工速度，将带来十分显著的经济和社会效益，同时也是对立井工作面预注浆施工对注浆孔施工技术的一个很好的补充。

参考文献：

1. 井筒地面预注浆施工技术[J]. 赵厚胜.  煤炭技术. 2006(09)
2. 地面预注浆及其质量分析[J]. 吴俊良,殷忠良.  煤炭科学技术. 1988(01)
3. 立井地面预注浆中的几个关键技术问题[J]. 崔增 骥.  建井技术. 1983(03)
4. 立井井筒地面预注浆工程注浆孔施工技术规范  煤炭行业标准  2011-04-12