立井施工中注浆防治水技术的应用

GXF360 2017-12-09

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立井施工中注浆防治水技术的应用

马英轩

（神华杭锦能源有限责任公司生产技术部，内蒙古鄂尔多斯 017400）

摘要：文章结合某企业一矿主井与副井井筒过砂岩含水层的施工，经现场试验结合理论分析的方法，对该煤矿砂岩含水层实施壁后注浆与工作面预注浆后，封水效果明显，井壁质量得以保障。

关键词：立井施工；注浆；防治水；含水层

1 工作面预注浆防治水技术

1.1 主要含水层水文地质情况

（1）第四系的厚度为58.8m，组成有砾石、砂质粘土及棕黄色粘土夹姜石等，泉涌及大面积渗水为其主要出水形式，涌水量最大值为34.5m3/h。

（2）二迭系石千峰砂岩段的井下深度为58.8～172m，岩层厚度113.0m。对于整个岩层组成而言，则包含两部分，即暗斑点石英砂岩与中厚层状细粒砂岩，中间夹有紫红色泥岩。在实际出水形式方面，以裂隙面出水较为多见。另外，还有局部渗水以及大面积的渗水等。

（3）二迭系平顶山砂岩段在井中深度为172～316m，岩层厚为143m，涌水量最大144.8m3/h。对于此段岩层而言，往往以井筒含水层居多，在岩性方面，主要为长石石英砂岩及中厚层状等。此外，在这些岩层的中间位置，还夹杂有质地比较坚硬的薄层状泥岩，砂岩发育多为坚直裂隙，质地坚硬、硅质胶结。其中201～265m与172～194m纵向横向裂隙相互为切割，岩层呈现为几何形状，具有较小的裂隙度，另具有不均匀的连通性。在出水形式上，以岩层大面积的裂隙涌水较为多见，而局部比较宽的裂隙涌水则位列其次。当主井井筒施工深度到190～195m时，因井筒的西北方向存在明显的裂隙发育，所以涌水量相比于它处，明显偏高，实际测量为145m3/h。

1.2 工作面预注浆方案

（1）设计止浆垫。用混凝土止浆垫，采取单级且平底型的布设形式，因井筒具有比较大的涌水量，至此，在止浆垫浇筑时，需先进行滤水层的铺设，止浆垫厚度依据1.3m来施工。止浆垫厚度设定为1.3m，其中混凝土层厚度为0.9m，滤水层厚度为0.4m。

（2）止浆垫施工。首先，运用相配套的胶管，将原本处于截水槽当中的水，引入导水桶。将一层0.4m红砖铺在工作面，将其当作滤水层；然后，以2台吊泵为轴心，将2个导水桶分别放置其两侧的下方位置。导水桶完成放置且固定完毕后，使其呈竖直向下状，让带有花眼的一方始终向下，完成孔口管的标准化预埋工作；带有特殊样式的法兰盘的一方始终向上。完成上述操作后，将吊泵相应吸水笼头，都放到导水桶当中，至此，便可着手后续的排水作业；最后完成 50mm“U”型引水管的加工与安装工作。在设定引水管的高度时，需使其高出止浆垫200mm，运用胶管，使其与引水管事先焊好的 50mm高压节门相连接，把水引至导水桶。把孔口管放置于距离帮为0.5m的同心圆上，首先在井壁四周位置，均匀的进行布孔工作，间距要一致，即控制在2.0m；然后安装孔口管，孔口管共计10个，根据5°的外扎角，向井壁外均衡性倾斜，在其上端位置处，需要适当露出止浆垫，露出长度需控制在200mm。完成此操作滞后，需把1根管逢式锚杆，均匀的打在成井的下部位置，以此固定孔口管上部；针对其下部，则将其深埋于滤水层内。完成此步骤后，在滤水层上部完成两层油毡的铺垫工作。将1层50mm厚水泥沙浆浇筑于油毡上，然后便可浇筑混凝土。直到上方超出腰泵房底板，超出厚度为0.3m。完成施工后，需养护7d，养护完成后，需提起水泵，打开 50mm球阀（导水桶盖上），盖上导水桶盖，关闭50mm球阀。当完成滤水层加固操作后，实施养护，时间为5d。工加固作面滤水层，运用42mmn一字型钻头及YT-28型凿岩机，向下打眼，眼底需穿透混凝土层，进至滤水层，深度控制在200mm。

（3）注浆段高。注浆段总长度为54.0m，可将其划分为2个注浆段，长度分别为30m与24m。在注浆方式方面，则为从上至下。为最大限度减少止浆垫工作量，在第一段注浆30m之后，达治水效果后，便利立即掘进25m，将5m岩帽留出，将其当作下段注浆的止浆垫。

1.3 注浆机具

运用80型冲击器与DQ-50型潜孔钻机，钻头90mm，钻杆50mm。运用注浆配套的TL-500型立式搅拌机及2TGZ-60/210型双液调整高压注浆泵，用4各0.3m3铁桶，盛装水泥浆、水玻璃稀释液及水玻璃原液等。

1.4 实际注浆效果

注浆之前的涌水量为145m3/h，完成注浆后，测量总涌水量为10.3m3/h，堵水率为92.7%。作业环境得到了改善，为后续快速施工创造了较好条件，使得井壁的质量得到切实保障，工作面在注浆效果方面，也与预定目标相符。

2 壁后浆防治水技术的工程运用

2.1 工程概况

某矿副井井筒在还没有开工之前，便已经进行了地面的预注浆工序，在注浆深度方面，持平于砂岩的底板平面。开凿井筒，直至筒落底，壁后注浆，持续7次，此外，还需要开展工作面预注浆1次，注浆所采用的材料，均为当前较为平常的水玻璃双液浆-普通水泥。注浆的总深度达343m，注浆后，控制涌水量，使其维持在23m3/h，但经一段时间维持后，浆液便出现不同程度的水化状况，水又开始渗出于井壁，井筒落底后，其涌水量达96m3/h。

2.2 施工方法

（1）第一注浆段。井深为15～59m，注浆段的高度为43m。此注浆段乃为表土段，在设计注浆孔时，其排距均为3m，各圈均布置有8个注浆孔，孔深为1.2～2.0m，深孔与潜孔相结合，注浆堵水乃为下行注浆方式。

（2）第二注浆段，井深为60～173m，注浆段的高度为113m。首先基于注浆治理区间内，先于上下位置打2排的注浆孔，构建起2段止水墙，控制涌水，使其始终处于注浆段，避免出现上下串通状况；然后进行“三花”型布孔，且与深、浅孔相结合，排间距控制在3m，孔间距维持在2m，孔深控制在1.5～2.0m，结合施工现场的实际状况，酌情增加或减少注浆孔。

（3）第三注浆段。井深173～366m，注浆段的高度为193m，其中砂岩的厚度为143m。此砂岩乃是本次注浆的重点段，其位于井深364～365m处，打孔深为3m的注浆孔，呈两排，各排均布置11个注浆孔，构建起帷幕隔水段，对于截断岩层涌水，则沿着壁后空隙，以向下方式串通，控制涌水，使其始终处于泥岩层上部。此矿区砂岩全段注浆造孔，均采用的是直井壁结合造斜注浆孔的方式，布孔均匀。在设计砂岩段注浆孔时，排距为3m，孔距为2m，孔深则为2.5m。于井壁接茬上下均为0.4m处，打孔注浆，若接茬出水，那么直接打眼于出水点，运用I型水泥锚固剂实施加固处理，最后便可注浆。

2.3 注浆参数的选择

配制超细水泥浆液。对于超细硅酸盐水泥而言，需对其水灰比施加相应控制，即为1:1～1:0.8。对于高效CSA膨胀剂，需控制其掺加量，及在整个水泥质量所占比重为6%～8%。针对水玻璃浆液来讲，需控制其与超细水泥浆液之间的体积比，即1:1或2:1。注浆压力。结合以往注浆经验，另根据此煤矿砂岩层所呈现出的实际竖直裂隙较发育特性，在注浆压力浅孔实际选择时，可将值设定为3～4MPa，深孔则取5～8MPa。

2.4 注浆工艺流程

（1）布孔。在注浆方法上，可选择上行与下行相结合的方式，或“三花”布孔，即深浅孔与密孔法结合。

（2）造孔。将眼位选好后，依据设计孔径、孔位及孔深来打眼，且注重水的位置与深度，两将各项记录工作做好。

（3）埋管。结合注浆孔的实际深浅度，需尽快安装好注浆专用收水管，此外，还需及时安装注浆管，完成后，还需要实施球形阀的安装工作，将其连接于高压注浆管，除此之外，还需与三通混合器进行对接，也就是泄压阀。

（4）注浆。完成注浆配比，另结合进浆情况，对流量等，实施细致化调整，控制注浆的实际压力，只有这样，方能实现最终的堵水目的，才能与设计注浆压力要求相符，达此标准后，可停注浆。如若在此期间内发生跑浆状况，那么可与现场实际的漏浆情况相结合，依据实际需要开展点注、糊、停等操作，最大化降低浆液损失，实现预期的注浆效果。

2.5 实际注浆效果分析

此次壁后注浆持续55d，造孔共计4750个，造孔深度达12488m，水泥的注入量为417t，，膨胀剂5t，锚固剂的使用量为24t，喷射混凝土117.4m3，挖补井壁125.6m3，注浆后，井筒涌水量得到明显降低，即5.36m3/h，堵水率得到显著提高，即94.3%。