注浆技术在立井井筒壁间壁后防治水中的应用

摘要：文章介绍了注浆技术在母杜柴登矿井筒防治水中的应用，介绍了壁间壁后注浆的施工方案、方法和工艺，经工程实践证明，该项技术为立井井筒冻结施工完成后井壁防治水提供了宝贵经验。

关键词：立井井筒、壁间壁后设计；防治水；注浆技术

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0107-02

1 概况

1.1 井筒概况

伊化矿业公司母杜柴登矿，采用立井开拓，冻结法施工。主井井筒净直径φ6.5m，井深766.3m，井壁最大厚度为1.6m。145m上外壁厚度400mm内壁厚度400mm；450m上外壁厚度500mm内壁厚度800mm；450m下外壁厚度500mm内壁厚度1100mm。

1.2 水文地质概况

地表全部被第四系风积砂所覆盖，无基岩出露。根据钻孔揭露地层由老至新有：三叠系上统延长组、侏罗系中统延安组、侏罗系中统直罗组、侏罗系中统安定组、白垩系下统志丹群和第四系。

1.3 井筒涌水情况及分析

1.3.1 井筒漏水情况。主井施工完成后，井筒内总涌水量约为70m3/h，井壁漏水主要是含水层段井壁接茬散水、井壁横向裂纹漏水以及井壁存在蜂窝麻面漏水、井壁微裂缝渗透水。

1.3.2 导水通道分析。该井筒主要穿过第四系、白垩系、侏罗系等含水层。各含水层中涌水通过岩层裂隙或微裂隙、井壁壁间壁后空隙及冻结管环形空间等，从井壁接茬缝、裂缝、壁间、蜂窝麻面等导入井筒，各含水层是导致井壁出水的根源。

1.3.3 井筒涌水危害。由于出水点位置自上而下贯穿整个井筒，且压力较大，如不及时处理，出水点附近的井壁混凝土强度降低，逐渐在此位置形成井壁的薄弱点。随着井壁所受竖向附加力的不断积累，容易在此处造成井壁破裂，当井壁混凝土中出现微裂纹且贯通后，即增加导水通道，进一步加大井壁出水量，对井筒安全构成严重威胁；易造成喷砂或突水事故，存在严重安全隐患，须尽快进行壁间壁后注浆堵水。

2 井筒壁间壁后注浆设计

2.1 注浆方案

主井井筒采用壁间壁后直接注浆封堵方案：选择高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆直接封堵的方式进行。顺序为：先壁间注浆充填，然后进行壁后注浆充填。结合实际情况，随吊盘下放先行壁间注浆，侯凝后根据现场实际情况选取2～3个孔扫深孔测温，确定是否满足深孔注浆条件。若条件不允许，待壁间注浆结束后，再进行壁后注浆工艺。

2.2 注浆范围

注浆范围确定为井深20～750m。段高划分：每10m为一个段高，每段孔数为8个，首先打浅孔0.5m、0.9m、1.2m，待注完壁间利用壁间孔钻进深孔，孔深4.0m。浅孔布置宜穿透外壁100mm，根据井壁结构确定20～145m段浅孔深度为500mm，145～450m段浅孔深度为900mm，750m段浅孔深度为1200mm。

2.3 注浆方式

根据现场情况，在出水位置首先采用下行式注浆方式，对注浆段高进行帷幕注浆封水、对注浆段高范围的明显出水点进行注浆直接堵水；然后再采用上行式注浆方式，对注浆段高进行复注围幕封水。

2.3.1 注浆参数：

（1）注浆压力的大小应能满足浆液克服水压而进入待注岩层体中。

（2）井壁承受压力的能力又限制了注浆压力。一般地井壁强度能够承受的压力范围可用以下公式确定：

P=K（E2+2R0E）/2（R0+E）2

取2～8.5Mpa。

注浆压力根据现场实际水量、水压和注浆量等情况进行合理调整。

2.3.2 注浆材料选择：

单液水泥浆，水泥-水玻璃双液浆。

单液水泥浆的原材料：选择42.5R普通硅酸盐

水泥。

水泥-水玻璃双液浆的原材料：水泥选择42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃选择模数为2.8～3.2，浓度为40Be的碱性水玻璃。水泥-水玻璃双液浆可根据注浆水文地质条件灵活配制，一般控制在1：（0.2～0.6）。

2.3.3 浆液扩散半径的确定。一般用马格（Maap）公式计算得出浆液扩散半径。但对于岩层注浆，浆液扩散半径受岩石裂隙孔隙影响极大，根据经验，按浆液扩散半径2m来确定注浆孔距。

2.4 注浆孔布置

根据浆液扩散半径2m，初步确定段距范围10m。注浆段布孔密度为间排距2.55m×10m，共计注浆孔592个，上下排注浆孔位交错布置。

2.4.1 注浆孔结构。设计孔深：浅孔0.5、0.9、1.2m；深孔4.0m。注浆管利用φ42×500-1200mm型加工制作成倒楔型，另一头车丝，利用麻均匀缠绕于孔口管，用推力器将其镶入钻孔内固定于井壁上。外漏长度不超过100mm，壁间注浆结束封孔后卸下孔口阀，防止影响将来提升吊盘，终孔后利用双液浆封孔，并将注浆管外漏部分妥善处理。

井筒内每排先布壁间注浆孔8个（长度0.5～1.2m），进行壁间注浆，然后再套壁间孔，钻进至4米（长度4.0m），形成壁后注浆孔，进行壁后注浆充填，达到加强帷幕效果。

2.4.2 注浆结束标准及效果检查：注浆范围内井壁无集中明出水点。

3 注浆堵水施工

3.1 施工工艺流程

井下工作人员到主井井筒工作地点→接通电话、风、水、电→检查设备及设施→注浆施工（注浆工艺流程）→施工结束后断开风、水、电→电话联系后升井。

3.2 注浆工艺流程

风锤开孔至孔深0.5～1.2m时→安装孔口管→安装高压阀门→关闭阀并连接好注浆设施→打开阀门→开启注浆泵压水→注入浆液→停注→关闭阀门→换孔。

3.3 注浆系统

注浆泵的选型：选用2ZBSB3—0.5/10-15型双液注浆泵2台，风动高压注浆泵2台。

搅拌站布置：井筒搅拌系统及注浆泵合理布置于井筒吊盘上，

4 结语

通过注浆，井筒壁间壁后充填饱满密实，形成了有效的堵水围幕。井筒内的涌水量降至1m3/h以下。经实践证明，该项技术适合东胜煤田西南部范围立井井筒冻结施工完成后井壁淋水较大的井筒。采用壁间壁后注浆可以有效的将地下含水层或裂隙水封堵死，同时还起到加固井壁的作用。但如何正确的进行井筒壁间壁后注浆还是要注意一些情况：

如井筒为双层井壁，应先进行壁间注浆后再进行壁后注浆，要根据出水点漏水情况逐段进行。

注浆孔的数目要根据堵水需要来确定，用马格（Maap）公式算出浆液扩散半径，但也需要考虑实际情况，注浆孔一般应错开排列均匀布置。

壁后注浆的压力：井壁强度能够承受的压力范围可用公式：P=K（E?+2R0E）/2（R0+E）?来确定。

注浆孔的布设可根据现场施工具体情况适当调整，以达到注浆堵水效果为原则。

参考文献

[1] 母杜柴登矿主井井筒壁间壁后注浆施工组织设计.

作者简介：王崇斌，男，鄂尔多斯伊化矿业资源有限现任公司生产副总经理，工程师，研究方向：煤炭生产与管理。