鑿井期立井井筒防治水淺析

任瀟

【摘 要】我國煤炭開采以井工礦為主，目前大中型煤礦平均開采深度接近500米[1]，受多種自然災(zāi)害威脅。在原國有重點煤礦中，水文地質(zhì)條件復(fù)雜或極復(fù)雜的礦井占27%[1]。隨著煤礦開采深度逐步增加，自然災(zāi)害不斷加重，治理難度加大。本文通過對陜西彬長礦區(qū)某礦副井井筒壁后注漿施工，進行分析、總結(jié)，提出了針對性強、操作簡單，壁后注漿有效，對今后施工具有一定借鑒意義的觀點，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】鑿井；井筒；注漿；措施

0.引言

副井井筒鑿井前期，該礦針對水文地質(zhì)條件提出采用地面預(yù)注漿，工作面預(yù)注漿和凍結(jié)法施工三種施工方案。專家組從技術(shù)、安全、經(jīng)濟三方面對比分析，決定采用地面預(yù)注漿法施工。專業(yè)預(yù)注漿隊伍經(jīng)過多方面注漿實踐，均未取得有效成果。專家組認定，井筒施工過程中穿過的地層含水均為孔隙水，普通水泥無法通過比其顆粒還小的空隙或微裂隙進入受注巖層。在現(xiàn)有注漿工藝和注漿材料不能滿足的情況下，地面注漿達不到預(yù)期的注漿堵水效果。采用化學(xué)試劑堵水成本高，技術(shù)還不成熟，投資風(fēng)險大。最終建設(shè)單位采用普通鉆爆法施工方案，當(dāng)含水層涌水量大于20m3/h時采用工作面預(yù)注漿，含水層涌水量小于20m3/h時采用壁后注漿，井筒掘砌到底后，自下而上對全井筒進行壁后復(fù)注漿，將井筒總漏水量控制在6m3/h之內(nèi)。

1.概況

該礦位于陜西咸陽長武縣境內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)有福銀高速公路及S312國道通過，交通較為便利。副立井井筒設(shè)計凈徑6.5m，混凝土支護厚度350，井筒深度571m。

礦井水文地質(zhì)，從工業(yè)廣場所處的地形條件看，為山間盤地形的匯水地形，從地層條件和沉積相分析，地下水類型應(yīng)為承壓孔隙水。根據(jù)井筒綜合柱狀圖和井檢孔提供的水文資料，副井井筒共穿過13個含水層，遇到的含水層主要集中在280m以上。其中：2#含水層從井深62.7m-66.9m，含水層厚度4.2m，涌水量28.26m3/h；7#含水層從井深167.95m-233.25m，含水層厚度65.3m，涌水量99.81m3/h；9#含水層從井深241.05m-278.55m，含水層原厚度37.5m，涌水量33.2m3/h；12#含水層從井深381.4m-386.8m，含水層厚度5.4m，涌水量27.04m3/h。預(yù)計副井井筒涌水量為336.26m3/h。

2.井筒防治水方案及施工方法

2.1防治水方案選擇

由于地面預(yù)注漿未取得實質(zhì)效果，工作面預(yù)注漿受井下空間、環(huán)境條件限制，預(yù)計注漿也不會產(chǎn)生好的結(jié)果。井筒防治水方案采取強行穿過，分段注漿堵截，至井筒掘砌到底后，自下而上對全井筒進行壁后復(fù)注漿，將井筒總漏水量控制在6m3/h之內(nèi)。

注漿段高劃分：以井筒遇到的主要含水層劃分為六個段高，第一段高自0--100m；第二段高自100m--160m；第三段高自160m--235m；第四段高自235m--280m；第五段高自280m--380m；第六段高自380m--390m。

2.2施工方法

井筒開挖自8.5m有少量出水；至32m，井筒涌水量13.4m3/h；至92.5m，井筒涌水量增加到35.4m3/h，被迫停止掘進。在此之前掘進一直采取強行穿過法施工，掘進過程中對井筒涌水、井壁滲水采取以下防治水方法。

（1）在掘進期間，圍巖出現(xiàn)滲水，涌水量小于8.0m3/h，采用快速堵漏劑直接噴向巖幫，封閉圍巖出水部位。一般初凝時間3min，終凝時間不遲于5min，15min后抗壓強度達到10mpa。

（2）在掘進期間，圍巖出現(xiàn)涌水，涌水量大于10m3/h，采用堵漏劑堵水效果不明顯時，在掘進的裸體井筒圍巖設(shè)置防水板，在防水板下端設(shè)pvc集水管導(dǎo)水，出水口預(yù)留4個，以便后續(xù)壁后注漿之用，確保襯砌支護強度。防水板型號 LDTE，厚1.2，采用射釘槍直接固定在圍巖幫上。

對于圍巖集中處水點涌水，采取預(yù)埋pvc管導(dǎo)水，pvc管規(guī)格：Φ50mm。

（3）隨著掘進深度的不斷增加，涌水量的加大和上述防水效果的不足，井壁淋水已嚴重影響井下職工身體健康，掘進進尺降低，工程質(zhì)量無法保證。采取井壁設(shè)置截水槽，將水導(dǎo)入吊盤水箱，然后用吊泵排到地面。

井下工作面，每循環(huán)掘進均在井筒中央形成一個漏斗形積水坑，采用排沙水泵將積水打入吊盤水箱，再導(dǎo)至地面。

2.3壁后注漿

由于井筒涌水量增加到35.4m3/h，逼迫停止掘進。必須進行井筒壁后注漿。

（1）井筒壁后注漿采用分段下行式注漿。井壁滲水主要在32.6m--58.7m區(qū)段， 62.7m--91m區(qū)段。

（2）注漿孔布置一般為環(huán)形，間距1.0m，孔深600，孔徑42，在井壁支護接茬部上、下500處。施工中可根據(jù)井壁狀況適當(dāng)調(diào)整。對預(yù)留注漿管，應(yīng)重新套孔，眼深至600mm。

（3）采用單液水泥漿液，水泥采用R32.5#新鮮普通硅酸鹽水泥，單液水泥漿水質(zhì)比為3：1---1：1。

（4）注漿壓力強度不低于4mpa，集中出水孔注漿終壓為水頭有壓力的1.2---1.5倍。

（5）每孔漿液注入量：

根據(jù)公式 Q漿=λπR2擴Hn·β/m

Q漿=漿以注入量m3

R擴=漿液擴散半徑，取1.5m

n：巖層裂隙率取1.5%

λ：材料損耗系數(shù)，取1.2

H：注漿段高，總注漿段高度179.2米

β：漿液充填系數(shù)？取0.95

m：水泥漿 取0.85

Q=25.5m3

（6）注漿泵選YSB-250/120型；漿液攪拌機選700L臥式砂漿攪拌機；輸漿管路選用Φ89×4.5mm管路；選用YK-1型抗震壓力表，測量范圍QN160kg/m3。

（7）注漿工藝。

a注漿前通過對含水層壓水試驗。了解受注地層裂縫（孔）隙發(fā)育情況，判斷含水層受注能力，了解注漿的漿液的起始濃度和泵量大小。

壓水試驗時泵量從小到大。壓力由低到高。最終壓力可略超過注漿降壓5kg/cm2壓水時間一般為20--30分鐘。

b壓水試驗完成后，根據(jù)壓力、泵量。確定漿液種類和漿液起始濃度，之后開始注漿，在注漿過程中值班技術(shù)人員要根據(jù)井下孔口壓力情況及時間對漿液的壓力流量，濃度等參數(shù)進行調(diào)整和控制，以期得到較好的注入效果。

c采用單液注漿養(yǎng)護時間不得低于6小時。

d在井壁蜂窩、麻面處布孔注漿，注漿壓力一次不能達到要求，我們采取初次注漿壓力控制在2mpa左右注漿，待井壁蜂窩充漿凝固，具有抗壓能力后，再補孔加壓注漿。

e針對大面積麻面出水情況，均因荒徑有出水孔，井壁支護前沒有效的導(dǎo)水，造成水泥漿液被沖跑，我們采取風(fēng)鎬開鑿成倒楔型，壓Ф1寸L=500帶絲扣導(dǎo)水管，在井壁上釘上防水板，然后綁扎鋼筋網(wǎng)片，進行噴射砼處理，待24小時過后，井壁超過4mpa抗壓強度，再利用導(dǎo)管注漿堵水。

3.注漿效果

通過對井筒壁后注漿，首先封堵井壁出水點；其次有效地封閉爆破松動圈裂縫，阻止上部含水層水下串至工作面對施工造成困難；第三阻止了澆筑混凝土?xí)r局部水泥漿液被沖刷，而出現(xiàn)的砼交結(jié)不良、蜂窩、麻面和滲漏；第四井筒涌水量由注漿前35.4m3/h降到7.3m3/h。盡管與預(yù)期效果存在差距，但是通過這次壁后注漿，使我們有了分析、論證、總結(jié)和提高的基礎(chǔ)，要求在下一步掘砌中，應(yīng)先在井壁設(shè)截水槽，防止順幫水流入模板內(nèi)，確?；炷林ёo質(zhì)量；其次在實施壁后注漿時，根據(jù)含水層部位，采用上下布孔，分段截水治水，確保每個注漿孔注漿效果。 [科]

【參考文獻】

[1]煤炭工業(yè)發(fā)展‘十二五規(guī)劃重大課題研究.北京：煤炭工業(yè)出版社，2012.