立井井筒空隙水防治水技术研究

李 彬 孔祥山 胡芳峰

山东华新建筑工程集团有限责任公司，山东新泰 271219

1 工程概况

沙章图矿井设计生产能力500万吨/年，采用立井开拓方式，布置主、副、风三个井筒，其中主井井筒设计垂深755m，净直径6m，基岩段采用普通钻爆法施工。井筒基岩段478m～523m处为砂岩空隙水，地质条件非常复杂，且含水丰富，单孔涌水量最大为23m3/h，注浆非常困难，致使含水层涌水量丰富，井筒深，高静水压、微裂隙多，水患威胁巨大。采取了以往古老的探水注浆方式，施工2m厚的混凝土作为止浆垫，工作面均匀布置12个探水孔，在出水位置增加孔口管，注浆材料采用普通水泥单液浆，增加了注浆量，提高了注浆压力，经过多次反复钻探，结果注浆效果非常不理想。与建设单位及专业技术人员多次开会讨论，发现本段含水层注浆难度极大，此段砂岩为空隙水发育，含水量丰富，注浆非常困难，经过分析研究决定，使用普通探水注浆方式非常不理想，特别是空隙水含水层是全国注浆的一大难题，本次注浆我项目部采取了对含水层近距离探注、短段掘砌的施工方法，来消除水患威胁，保证安全生产。

2 施工方案

针对该井筒所穿地层的特点，自上而下都赋存含水层，且水文地质不稳定因素多，同时考虑施工期间的排水能力，为避免突水事故的发生，决定对井筒基岩段空隙水岩层采取与含水层近距离工作面探水注浆、井筒短段掘砌的施工方法。停头位置必须距下一个含水层不少于10m，因前期已探明隔水岩冒无水，采取了加长孔口管、加密探孔、提高注浆压力、增加注浆量，注浆材料首先使用普通水泥对裂隙发育较大岩层进行封堵，然后使用超细水泥对微裂隙发育岩层进行封堵，最后选用化学浆进行封堵，反复探注，直至达到理想的注浆效果。井筒掘砌过程中，本段含水层共穿越砂岩含水层2层，厚度在2m～8m之间，是主要的含水层。根据估算，本段含水层总涌水量可高达50m3/h，所采取的施工技术方案为：

完善排水设施→分段式工作面探水注浆→空隙水含水层近距离工作面探水注浆→选用合理的注浆材料→井筒短段掘砌。

3 施工方法

3.1 完善排水设施

井筒基岩段施工前，必须完善排水设施。随吊盘下放敷设一趟Φ108mm×6mm的无缝钢管作为排水管路，用一台2JM225/800A型凿井稳车悬吊，随排水管绳敷设一路MYP3×70+1×25电缆，吊盘中层盘安装一台DC50-80×10型卧泵、配1.5m3水箱，电机功率280Kw，另备有同型号卧泵2～3台、电机一台。卧泵排水量50m3/h，加上提升吊桶的排水能力，综合排水能力可达90m3/h。

3.2 止浆垫施工及加固

根据以往计算公式，需浇注2m厚的止浆垫，随井筒深度不能有效抵抗较大的压力，经过专家研究决定，止浆垫厚度不超过1.5m，采取了孔口管埋设在下一层岩石中，加长孔口管长度，对孔口管增加抵抗压力。固管完成后，凝固不少于24小时后，为防止注浆时竖向裂隙串浆，威胁上部混凝土井壁安全，注浆前对止浆垫周围岩体进行加固,采用7665型风钻打眼和孔口管钻孔两种方式对止浆垫进行加固。

3.3 孔口管的埋设

在止浆垫周边均匀布设第一组钻孔12个，因每个钻孔含水较丰富，然后再均匀布设第二组钻孔12个，最后为检验注浆效果，重新在涌水量较大的孔口管旁加设了3个检查孔，孔口管距离井帮0.5m，角度9°。在迎头岩石面上用Φ130mm的钻头开孔，孔深达到10m后，提出钻头，灌入1：1的水泥砂浆，孔口管采用Φ108mm×6mm×9000mm的无缝钢管，前部用电焊机在孔口管上焊接瘤子用于增大孔口管的摩擦力，后部焊上法兰盘，利用钻机冲击器将孔口管打入孔内。

图1 探水钻孔平面布置图

3.4 工作面探水注浆

经分析本段地层含水层较多，含水量较大，微裂隙发育，岩层岩性不稳定，所以本次探水注浆采取布置27个探孔，本次探注工作重点封堵第一层含水层，兼顾对第二含水层进行了探注工作，尽快探明含水情况，加快了施工进度。本次探水注浆分三组钻进，为保证注浆效果以及缩短工期，首先施工第一组钻孔，其中有3个钻孔为探明下部地质情况钻进至45m外，其它孔都钻至25m～30m；然后施工第二组钻孔13～24#孔，均钻进至25m；最后施工25#～27#孔，钻至20m，作为检验注浆效果；经过33天的施工，将 491m～497m处含水层单孔涌水量控制在0.9m3/h，平均涌水量0.1m3/h以内；同时，探明了下层含水层位于516m～518m(粗砂岩)处，涌水量在0.9m3/h～3.5m3/h之间。

（1）设备选择及布置

选用MKQJ120/40型潜孔钻机，钻杆Φ60mm，冲击器Φ90mm，钻头Φ90mm/Φ130mm，选用2TGZ-60/210型注浆泵。注浆站布置在吊盘下层盘，地面井口设浆液搅拌站，浆液利用注浆管下放。

（2）注浆材料

主要以化学浆注浆为主，MJ-I改性脲醛树脂、草酸与丙烯酰胺配合注浆。草酸、丙烯酰胺配制脲醛树脂胶浓度分别掺加3%、2%。

（3）注浆有关参数确定

Ⅰ 探注段高：根据现场情况，确定注浆有效段高45m～50m，掘砌段高35m～40m。

Ⅱ 注浆压力：注浆过程中，一般控制在静水压力的2.5～3倍，本段探水注浆压力控制在12MPa～14MPa。

（4）结束注浆的标准

单孔注浆结束标准：一是注浆压力达到注浆设计终压；二是检查钻孔的涌水量<0.5m3/h。

（5）注浆效果

本段工作面迎头探水注浆是整个防治水的重点，所需时间最长，投入的设备成本最多。在整个探注期间，共穿过了2个含水层，单孔涌水量最大达到23m3/h。注浆堵水率为95%，注浆效果十分明显，保证了井筒的安全施工。

4 结语

沙章图主井井筒的空隙水防治水技术的成功实施，确保了注浆效果，最大限度地减少了井筒涌水量，达到了验收优良标准，保证了施工安全。还得到一些需要特别注意的经验：

（1）排水系统需畅通完善，排水能力大，迎头出水量必须得到有效控制，保证注浆的连续性；

（2）探水注浆工作时，止浆垫位置应避免布置在泥岩中，应设在相对稳定坚硬的粉砂岩和细砂岩中。

（3）浇注止浆垫厚度不大于1.5m。

（4）加固止浆垫时，严格按标准进行加固。

（5）布置孔口管时，工作面一次不应低于24个探水孔，加长孔口管长度9m左右。

（6）在探水注浆前，充分准备好注浆材料：如普通水泥、超细水泥和化学浆；在探注时，根据实际情况选用合理的注浆材料，保证注浆效果，提高注浆质量。