淺談與分析新鄭深部立井井筒防治水技術(shù)

馬金錄

（鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司基建部 河南鄭州 450042）

1 工程簡介

新鄭煤電趙家寨西翼深部回風(fēng)立井井筒凈直徑Ф6.5m，鑿井深度709.8m。井頸及井底車場連接段采用單層鋼筋砼砌碹支護(hù)，其余采用砼砌碹支護(hù)。根據(jù)井檢孔資料，揭穿主要含水層，具體如表1所示。

表1 主要含水層（段）井筒涌水量預(yù)計結(jié)果表

但施工期間實際揭穿砂巖層位較多，含水層也多，中下部砂巖含水層水壓大，為保證井筒快速掘進(jìn)施工，需在工作面進(jìn)行超前探水注漿［1-2］。

2 主要施工技術(shù)

2.1 施工方案

含水層施工：在預(yù)計距含水層20m時，工作面停止施工，進(jìn)行超前探水。探水前，要先進(jìn)行物探，物探后，鉆探驗證，注漿結(jié)束8h 后，再實施物探驗證。超前探水每次按照60m 的垂距實施，掘進(jìn)距設(shè)定在40m，同時，預(yù)留20m超前距，初步布置5個探水鉆孔。如鉆孔內(nèi)無涌水，注漿封孔后，工作面恢復(fù)掘進(jìn)；如果鉆孔內(nèi)有涌水且超過5m3/h時，再增加4個鉆孔作為工作面注漿孔，共計9 個注漿孔。注漿結(jié)束，驗證無出水后，方可進(jìn)行掘進(jìn)施工。如果仍有鉆孔涌水超過5m3/h時，在其鉆孔兩側(cè)增補驗證孔，直至鉆孔無水或涌水量小于5m3/h。探水孔參數(shù)如表2 所示。探水孔平面圖見圖1。

圖1 探水孔平面圖

表2 探水孔參數(shù)表

非含水層施工：按回次進(jìn)行超前物探，如物探結(jié)果無異常，正常掘進(jìn)；如物探有低阻異常區(qū)，針對低阻異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗證，鉆探驗證不少于兩個孔。每回次物探保留30m 超前距。對于其他能出水的中粒砂巖、粗粒砂巖巖層，根據(jù)物探結(jié)果，增加超前探水注漿回次。

2.2 施工設(shè)備

探水作業(yè)配備的機型為礦用潛孔鉆機（KQJ-92型），注漿作業(yè)配備的機型為注漿泵（2TGZ—60/210型）。

2.3 鉆孔布置

鉆孔直徑設(shè)定為?6.5m，擬定徑向傾斜布孔，圓周擬定8個孔位（其中4個為探水鉆孔），直徑為?90mm，兩個孔之間相隔2747mm，鉆孔終端呈現(xiàn)為?27.0m 的圓形，控制井壁周邊10.0m 內(nèi)的區(qū)域。套管采用無縫鋼管（Ф108mm×6m），同時，預(yù)留注漿孔、放水孔，并按要求配備壓力表、法蘭盤等。

2.4 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔按照?133mm開孔，采用無縫鋼管（?108mm）作為套管，長度至少為6m，單節(jié)長1m，借助內(nèi)絲外絲進(jìn)行連接，絲扣位置最低應(yīng)有50mm，外端連接處采用法蘭盤、閥門，為了加大摩擦力，套管外應(yīng)當(dāng)包裹上繃帶、麻纖等，避免套管鼓出。水泥漿經(jīng)由注漿泵注入套管外的環(huán)狀間隙，待完全凝固后，測定其耐壓性能。

2.5 套管及閥門安裝

水泥封閉套管，并根據(jù)情況，結(jié)合水玻璃，充分固定套管、圍巖，將其封死，同時，套管邊上要預(yù)留小管，水泥漿由套管進(jìn)入四周時，空氣及水可以通過小孔流出。當(dāng)流出的水泥漿比較濃時，封死小管，注漿不停，直到壓力達(dá)到一定程度后，停止，將閘閥關(guān)閉，注漿固結(jié)后，進(jìn)行透孔，距離底0.5m時，實施耐壓測試。注意測試時的壓力值應(yīng)當(dāng)按照預(yù)計水壓值的1.5 倍，保持30min以上，觀察鉆孔是否有漏水跡象、圍巖是否有松動現(xiàn)象，如無以上現(xiàn)象，即表示合格，可以進(jìn)行控水閥門的安裝，閥門的規(guī)格為?108mm控水閥門，當(dāng)探孔出現(xiàn)大量涌水時，要能夠馬上關(guān)閉［3-4］。

探放水時，由于不清楚巖層中具體的含水量，因此，探放水時，套管上應(yīng)當(dāng)配備水壓表，完善探水孔的功能。

2.6 探水作業(yè)

探水前，井底先挖一個臨時泵坑，水泵、排水管路安設(shè)到位，保證排水系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。在探放水鉆進(jìn)時，如果出現(xiàn)來壓、片幫、巖壁松軟，鉆眼中突然大量涌水且水壓大幅度增大等透水跡象時，要馬上中止鉆進(jìn)，同時，保持鉆桿不動，不能馬上拔出；所有人員全部撤離到吊盤上，同時，向調(diào)度室或上級部門報告，采取相應(yīng)的安全措施，并組織人員對水情實施科學(xué)監(jiān)測和分析，確定應(yīng)對方案。探水鉆孔過程中，鉆孔出水量如果達(dá)到10m3/h以上時，要馬上停工，對水量、水位、水壓等進(jìn)行測量并記錄各項數(shù)據(jù)。完成測量后，進(jìn)行含水層段注漿準(zhǔn)備，注漿效果達(dá)到預(yù)期后，探水透孔作業(yè)即可重新開始。

2.7 工作面預(yù)注漿

鉆機、注漿機設(shè)置在工作面，攪漿裝置設(shè)置在井口，通過溜灰管向下輸送漿液。安裝好注漿孔、調(diào)試好設(shè)備、上好閥門后，才能進(jìn)行注漿，并檢查壓力表與輸漿管路的連接情況，進(jìn)漿閥門關(guān)閉，泄?jié){閥門打開。在管路中注入清水進(jìn)行沖洗，各部分均無異常，開啟進(jìn)端閥門，關(guān)閉泄端閥門，壓入清水沖洗管路，開啟注漿管線。

注漿主要采用單液水泥漿，封孔采用雙液漿。在具體的操作中，要安排專人負(fù)責(zé)觀察，包括井壁狀態(tài)、壓力情況、管道的通暢性等，同時，密切關(guān)注注漿效果。根據(jù)效果對注漿參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并做好注漿時間、漿量、壓力等情況的記錄。

單液漿的灌注中，如果壓力沒有增加，進(jìn)漿量不減，要慢慢增加漿的濃度；如果壓力增大，進(jìn)漿量降低，則要慢慢下調(diào)漿液濃度。關(guān)閉泵機后，要馬上注入清水，沖洗器具和管路。

2.8 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）注漿孔的注漿壓力相當(dāng)于涌水壓力的1.5 倍，且高于4MPa。

（2）注漿孔已經(jīng)做好封堵，未見噴水，涌水量應(yīng)控制在1m3/h以下。

（3）結(jié)束注漿：注入清水對管道與設(shè)備進(jìn)行清洗。

3 應(yīng)用分析

采用KQJ-92型礦用潛孔鉆機加快鉆進(jìn)速度，采用壓縮氣為動力源，較之液壓鉆機使用電為動力源，安全系數(shù)相對提升。

優(yōu)化施工工藝，井底工作面空間狹小，以往工作面注漿多在工作面制漿，本方案制漿點安設(shè)在地面井口，通過?159mm 溜灰管輸送漿液，減少了井底工作面設(shè)備存放，相對增大了作業(yè)空間。利用井口到井底自然壓力差注漿，不用再機械加壓注漿。

在含水層施工中，首先進(jìn)行物探，根據(jù)物探結(jié)果布置鉆孔，鉆孔間隔施工，鉆孔成孔后，注漿。最初按4∶1 漿液配比進(jìn)行注漿，根據(jù)吸漿量大小調(diào)整濃度至2∶1，注漿壓力達(dá)到4MPa 時，封孔，注水泥量不理想。然后后續(xù)鉆孔施工時，調(diào)整初始漿液濃度為8∶1，根據(jù)現(xiàn)場實際注漿情況，逐步調(diào)整漿液濃度到4∶1，壓力達(dá)到4MPa后，封孔，注漿用水泥量也符合要求，達(dá)到涌水量的1.5倍。

在非含水層施工中，根據(jù)井檢孔資料顯示是無含水層的，但經(jīng)過物探后，物探結(jié)果顯示低阻異常區(qū)較多。根據(jù)防治水方案進(jìn)行鉆探驗證，打孔后，涌水量明顯不小，經(jīng)分析，井檢孔資料僅可供參考，不可全信。為加快非含水層施工進(jìn)度，如果選用套管封孔，固管、做耐壓時間較長，經(jīng)考察后，選用5m 長止?jié){塞。成孔后，可立即用止?jié){塞封孔注漿，縮短了注漿工期。

施工中，要注意全面落實“動態(tài)管理”，根據(jù)施工情況，確立具體的管理機制，維護(hù)安全、進(jìn)度、質(zhì)量等的良性運行。

經(jīng)工作面預(yù)注漿后，在允許掘進(jìn)實揭?guī)r層中沒有發(fā)現(xiàn)淋水現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的注漿效果，為安全掘進(jìn)提供了保障。

4 施工過程中的操作要點

吊盤應(yīng)當(dāng)與工作面保持20m以內(nèi)的距離，同時，要做好固定處理，吊盤通過軟梯與工作面連接。

吊桶與軟梯全部要在工作面，保證人員在緊急狀態(tài)下可以快速順利地撤出。

技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在探水前進(jìn)入現(xiàn)場一線準(zhǔn)確判斷探水孔的部位、深度、角度、方位、鉆孔數(shù)目等，并就以上信息與鉆工做好細(xì)致的對接。

鉆進(jìn)時，如果鉆孔水量、水壓短時間劇增，或是出現(xiàn)頂鉆現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)馬上中止運轉(zhuǎn)，鉆桿保持原狀不能退出，同時，上報上級等候指令，然后采取措施，進(jìn)行處理。

井下要有人專門負(fù)責(zé)工作面巖石狀態(tài)的觀察，做好防突水準(zhǔn)備，在作業(yè)中，探水人員應(yīng)當(dāng)保持高度警惕，配備必要工具，不得離開崗位，為防控大涌水做好充足準(zhǔn)備。

注漿泵的水玻璃管道應(yīng)當(dāng)配備運行正常的壓力表，記錄注漿壓力數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力突然變化時，必須馬上排查誘因并妥善處理。

注漿人員作業(yè)中要做好安全防護(hù)，佩戴手套與防護(hù)眼鏡，避免漿液飛到眼中。注漿過程中，出口的正前方禁止人員走動和停留，防止高壓下管道脫落傷人。

注漿作業(yè)中，操作者要保持安全距離，遠(yuǎn)離注漿泵，避免衣物卷入到注漿泵的皮帶輪內(nèi)，導(dǎo)致人員傷亡。

探水、注漿鉆孔過程中，涌水量倘若超出了主泵排水能力，應(yīng)當(dāng)馬上啟動應(yīng)急排水設(shè)施，避免涌水淹井。應(yīng)急排水設(shè)施應(yīng)當(dāng)定期檢修和試運行，壓風(fēng)管路應(yīng)當(dāng)遵循排水管路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行敷設(shè)，確保隨時可以投入運行。

5 存在的問題

深立井井筒預(yù)注漿過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)注漿量達(dá)不到設(shè)計量的問題，但經(jīng)過事實證明，在沒有達(dá)到設(shè)計注漿量的前提下，只要合理安排施工工序、操作方式等，也是可以達(dá)到理想的注漿效果的［5-6］。

6 結(jié)語

趙家寨西翼深部回風(fēng)立井井筒工作面超前探水注漿工藝的使用使立井井筒安全、高效、快速施工，工藝成熟、可靠，極大地提高了立井井筒施工速度，綜合效益顯著，安全性高，可廣泛應(yīng)用于各類礦山工程。