计算结果显示,安全系数为 6.5,大于规范要求的 6,满足施工期间悬吊设备的稳定需求。通过这样严格的校核计算,可以确保在治理施工过程中,悬吊设备钢丝绳能够安全可靠地运行,为施工人员和设备的安全提供有力保障。
5.1 工程概况与病害特点
青云煤业副井作为矿山生产的重要通道,在长期运行中面临着严峻的病害挑战。该副井井筒设计深度达 683m,净直径为 7m,井筒口向下 58m 内壁厚 700mm,至井筒底壁厚为 500mm,采用素砼支护形式,砼强度等级为 C30 。井筒梯子间为全封闭式,井筒内缶道梁每隔 4m 一道,已进行永久装备并投入使用多年。
在井筒施工期间,由于顶水掘进,涌水量大,导致井壁打灰期间失浆过多,使得井壁质量较差。这一问题直接表现为井筒淋水量大,且井壁存在麻面、沙眼等现象,严重影响了井筒的正常使用和安全性。井筒落底后,施工单位虽进行过全断面井筒注浆,在永久装备后也再次进行注浆,但由于注浆工艺和材料的局限性,不仅未能有效解决淋水问题,反而造成了井筒井壁龟裂,局部变形,注浆管外露过长且存在漏水等更为复杂的病害情况。经实测,现井筒综合涌水量为 23m³/h,已超出正常运行允许范围。
从病害发展过程来看,施工期的不良地质条件和施工工艺缺陷是病害产生的根源。顶水掘进使得井壁在浇筑过程中无法保证混凝土的密实性,形成了众多细微的空隙和通道,为地下水的渗漏提供了条件。而后续多次的普通注浆,由于普通水泥 - 水玻璃注浆法本身的局限性,如对微小裂隙可灌性差、无法带压注浆等,不仅未能有效封堵漏水通道,还因多次注浆的压力作用,对原本就质量不佳的井壁结构造成了进一步的损伤,导致井壁出现龟裂和变形。
这些病害的核心问题在于井壁质量差,无法有效阻挡地下水的渗透,且壁后空洞与裂隙相互连通,与含水地层形成了水力联系,使得治理难度大大增加。准确把握这些病害特点和成因,为后续制定针对性的治理方案提供了关键的背景依据。
5.2 治理方案制定与实施
针对青云煤业副井复杂的病害情况,在治理方案制定过程中,对多种注浆方案进行了深入分析和对比。普通注浆法,即选用普通硅酸盐水泥 + 液体水玻璃注浆法,虽然技术成熟,注浆材料价格便宜,造价低,但其存在明显的缺陷。由于该副井井壁质量差,普通注浆法造孔数量多,工期较长,且对于井壁质量差的地方,无法进行带压注浆,遇大水时注浆料易冲散无法固结。在前期的治理中,已经尝试过普通注浆法,但效果不佳,这也进一步证明了该方法在该工程中的局限性。
经过综合考虑,最终决定采用特种注浆材料带压注浆,并结合井壁补强措施。选用白银牌 BY12 - IA 型早凝早强高强注浆料和 BY12 - 1 型高性能无收缩注浆料作为特种注浆材料。这些材料具有抗压强度大、密实度高的特点,能够对井壁脱皮、掉块、麻面、大面积漏水等问题进行有效加固,提高井壁的抗压强度,且具备可带压注浆的能力,能够适应该副井高水压、大裂隙的复杂工况。
在注浆孔布置方面,采用深、浅孔相结合,交叉布置三花型布孔方式。先下行后上行、上下行相结合进行注浆,使用专用尾巴管注浆塞,利用从里向外返浆的特点进行注浆堵水。全段注浆造孔采取垂直井壁和切向注浆孔(水平切线角 3 - 5 度)相结合,均匀布置。井筒注浆孔设计排距 2 - 3m,孔距 2m,浅孔深 1.5m,中深孔 1.5 - 3m,挖补修复段采用打深孔 3m 进行注浆。在井壁接茬处上下 300mm 造孔注浆,接茬出水直接在出水点造孔,用锚固剂加固后进行注浆。对于井壁漏水严重和不抗压的地方,挖掉井壁,造孔将水导出,重造井壁后进行注浆。
注浆压力的确定至关重要。根据该副井的实际情况,通过计算注浆段深度静水压力和围岩抗渗阻力来确定注浆压力。注浆段深度静水压力根据公式
静
计算,围岩抗渗阻力则通过现场试验确定。在施工过程中,严格控制注浆压力,确保浆液能够有效填充壁后空洞和裂隙,同时避免对井壁结构造成破坏。
注浆量的估算依据公式 ,其中 为注浆范围体积, 为围岩孔隙率, 为浆液充填系数 。通过准确测量井筒半径、注浆段高以及壁后空洞厚度等参数,计算出注浆范围体积,再结合参考该矿山的地质资料以及以往类似工程的经验数据确定的围岩孔隙率和浆液充填系数,估算出合理的注浆量,以确保注浆效果的同时避免材料浪费。