凿井期立井井筒防治水浅析

任潇

【摘 要】我国煤炭开采以井工矿为主，目前大中型煤矿平均开采深度接近500米[1]，受多种自然灾害威胁。在原国有重点煤矿中，水文地质条件复杂或极复杂的矿井占27%[1]。随着煤矿开采深度逐步增加，自然灾害不断加重，治理难度加大。本文通过对陕西彬长矿区某矿副井井筒壁后注浆施工，进行分析、总结，提出了针对性强、操作简单，壁后注浆有效，对今后施工具有一定借鉴意义的观点，仅供参考。

【关键词】凿井；井筒；注浆；措施

0.引言

副井井筒凿井前期，该矿针对水文地质条件提出采用地面预注浆，工作面预注浆和冻结法施工三种施工方案。专家组从技术、安全、经济三方面对比分析，决定采用地面预注浆法施工。专业预注浆队伍经过多方面注浆实践，均未取得有效成果。专家组认定，井筒施工过程中穿过的地层含水均为孔隙水，普通水泥无法通过比其颗粒还小的空隙或微裂隙进入受注岩层。在现有注浆工艺和注浆材料不能满足的情况下，地面注浆达不到预期的注浆堵水效果。采用化学试剂堵水成本高，技术还不成熟，投资风险大。最终建设单位采用普通钻爆法施工方案，当含水层涌水量大于20m3/h时采用工作面预注浆，含水层涌水量小于20m3/h时采用壁后注浆，井筒掘砌到底后，自下而上对全井筒进行壁后复注浆，将井筒总漏水量控制在6m3/h之内。

1.概况

该矿位于陕西咸阳长武县境内，矿区内有福银高速公路及S312国道通过，交通较为便利。副立井井筒设计净径6.5m，混凝土支护厚度350，井筒深度571m。

矿井水文地质，从工业广场所处的地形条件看，为山间盘地形的汇水地形，从地层条件和沉积相分析，地下水类型应为承压孔隙水。根据井筒综合柱状图和井检孔提供的水文资料，副井井筒共穿过13个含水层，遇到的含水层主要集中在280m以上。其中：2#含水层从井深62.7m-66.9m，含水层厚度4.2m，涌水量28.26m3/h；7#含水层从井深167.95m-233.25m，含水层厚度65.3m，涌水量99.81m3/h；9#含水层从井深241.05m-278.55m，含水层原厚度37.5m，涌水量33.2m3/h；12#含水层从井深381.4m-386.8m，含水层厚度5.4m，涌水量27.04m3/h。预计副井井筒涌水量为336.26m3/h。

2.井筒防治水方案及施工方法

2.1防治水方案选择

由于地面预注浆未取得实质效果，工作面预注浆受井下空间、环境条件限制，预计注浆也不会产生好的结果。井筒防治水方案采取强行穿过，分段注浆堵截，至井筒掘砌到底后，自下而上对全井筒进行壁后复注浆，将井筒总漏水量控制在6m3/h之内。

注浆段高划分：以井筒遇到的主要含水层划分为六个段高，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

井筒开挖自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，被迫停止掘进。在此之前掘进一直采取强行穿过法施工，掘进过程中对井筒涌水、井壁渗水采取以下防治水方法。

（1）在掘进期间，围岩出现渗水，涌水量小于8.0m3/h，采用快速堵漏剂直接喷向岩帮，封闭围岩出水部位。一般初凝时间3min，终凝时间不迟于5min，15min后抗压强度达到10mpa。

（2）在掘进期间，围岩出现涌水，涌水量大于10m3/h，采用堵漏剂堵水效果不明显时，在掘进的裸体井筒围岩设置防水板，在防水板下端设pvc集水管导水，出水口预留4个，以便后续壁后注浆之用，确保衬砌支护强度。防水板型号 LDTE，厚1.2，采用射钉枪直接固定在围岩帮上。

对于围岩集中处水点涌水，采取预埋pvc管导水，pvc管规格：Φ50mm。

（3）随着掘进深度的不断增加，涌水量的加大和上述防水效果的不足，井壁淋水已严重影响井下职工身体健康，掘进进尺降低，工程质量无法保证。采取井壁设置截水槽，将水导入吊盘水箱，然后用吊泵排到地面。

井下工作面，每循环掘进均在井筒中央形成一个漏斗形积水坑，采用排沙水泵将积水打入吊盘水箱，再导至地面。

2.3壁后注浆

由于井筒涌水量增加到35.4m3/h，逼迫停止掘进。必须进行井筒壁后注浆。

（1）井筒壁后注浆采用分段下行式注浆。井壁渗水主要在32.6m--58.7m区段， 62.7m--91m区段。

（2）注浆孔布置一般为环形，间距1.0m，孔深600，孔径42，在井壁支护接茬部上、下500处。施工中可根据井壁状况适当调整。对预留注浆管，应重新套孔，眼深至600mm。

（3）采用单液水泥浆液，水泥采用R32.5#新鲜普通硅酸盐水泥，单液水泥浆水质比为3：1---1：1。

（4）注浆压力强度不低于4mpa，集中出水孔注浆终压为水头有压力的1.2---1.5倍。

（5）每孔浆液注入量：

根据公式 Q浆=λπR2扩Hn·β/m

Q浆=浆以注入量m3

R扩=浆液扩散半径，取1.5m

n：岩层裂隙率取1.5%

λ：材料损耗系数，取1.2

H：注浆段高，总注浆段高度179.2米

β：浆液充填系数？取0.95

m：水泥浆 取0.85

Q=25.5m3

（6）注浆泵选YSB-250/120型；浆液搅拌机选700L卧式砂浆搅拌机；输浆管路选用Φ89×4.5mm管路；选用YK-1型抗震压力表，测量范围QN160kg/m3。

（7）注浆工艺。

a注浆前通过对含水层压水试验。了解受注地层裂缝（孔）隙发育情况，判断含水层受注能力，了解注浆的浆液的起始浓度和泵量大小。

压水试验时泵量从小到大。压力由低到高。最终压力可略超过注浆降压5kg/cm2压水时间一般为20--30分钟。

b压水试验完成后，根据压力、泵量。确定浆液种类和浆液起始浓度，之后开始注浆，在注浆过程中值班技术人员要根据井下孔口压力情况及时间对浆液的压力流量，浓度等参数进行调整和控制，以期得到较好的注入效果。

c采用单液注浆养护时间不得低于6小时。

d在井壁蜂窝、麻面处布孔注浆，注浆压力一次不能达到要求，我们采取初次注浆压力控制在2mpa左右注浆，待井壁蜂窝充浆凝固，具有抗压能力后，再补孔加压注浆。

e针对大面积麻面出水情况，均因荒径有出水孔，井壁支护前没有效的导水，造成水泥浆液被冲跑，我们采取风镐开凿成倒楔型，压Ф1寸L=500带丝扣导水管，在井壁上钉上防水板，然后绑扎钢筋网片，进行喷射砼处理，待24小时过后，井壁超过4mpa抗压强度，再利用导管注浆堵水。

3.注浆效果

通过对井筒壁后注浆，首先封堵井壁出水点；其次有效地封闭爆破松动圈裂缝，阻止上部含水层水下串至工作面对施工造成困难；第三阻止了浇筑混凝土时局部水泥浆液被冲刷，而出现的砼交结不良、蜂窝、麻面和渗漏；第四井筒涌水量由注浆前35.4m3/h降到7.3m3/h。尽管与预期效果存在差距，但是通过这次壁后注浆，使我们有了分析、论证、总结和提高的基础，要求在下一步掘砌中，应先在井壁设截水槽，防止顺帮水流入模板内，确保混凝土支护质量；其次在实施壁后注浆时，根据含水层部位，采用上下布孔，分段截水治水，确保每个注浆孔注浆效果。 [科]

【参考文献】

[1]煤炭工业发展‘十二五规划重大课题研究.北京：煤炭工业出版社，2012.