富水条件下砂岩裂隙水防治技术研究

吴茂胜，杨允林山东能源新矿集团内蒙能源长城五矿

富水条件下砂岩裂隙水防治技术研究

吴茂胜，杨允林
山东能源新矿集团内蒙能源长城五矿

摘要：蒙西地区根据周边矿井及长城五矿实际揭露岩性情况，地层无较大地质构造，巷道内裂隙发育，易于形成导水通道。长城五矿主副斜井及矿井回风大巷在掘进过程中由于裂隙发育，迎头淋水不断，给施工带来很大困难，必须通过有效的注浆措施进行水害治理。本文重点通过对砂岩裂隙水防治技术研究，达到砂岩裂隙止水和加固顶板的作用。

关键词：煤矿；砂岩；裂隙；防治水

1　井筒巷道施工条件

长城五矿采用斜井开拓，分别布置主斜井（1291米）、副斜井（1062米）和回风立井（286米），开采水平为+800m和+500m两个水平。井筒及主要开拓巷道位于孙家沟组和上石盒子组，矿井新近系含13层流沙层及3层砾石含水层，孙家沟组及上石盒子组以砂岩为主，其中中砂岩为主要含水层。开拓巷道内裂隙发育，新近系含水层直接或越流沟通补给基岩含水层，基岩水以砂岩裂隙含水层为主，砂岩裂隙水是造成矿井巷道掘进施工的最大困难。

2　砂岩裂隙发育特征

矿区位于鄂尔多斯地台西缘贺兰山褶皱带中段东侧，褶曲和断裂均发育。主要断层受东西向压应力所控制，走向近南北。经地震勘探后全区分布有断层9条，按断层性质分：正断层6条，分别为苏尔图断层、白土断层、F3、沙兰特拉断层、沙尔陶勒盖断层、西布其断层；逆断层3条，分别为双井梁断层、架子梁断层、新井子断层。

井田内裂隙纵向发育，根据实际揭露情况，裂隙发育主要为西东方向，延井筒及巷道掘进方向，为本矿井砂岩裂隙水治理提供了便利条件。正常情况下每次探水布置3-5个探水孔，若探水过程中发现前方有含水层存在，采用齐头帷幕式注浆方法，将地下水隔离在掘进巷道安全范围以外。该种探水注浆堵水方法严重制约施工进度，影响施工工期。

2.1设定目标及可行性分析

（1）目标设定：通过改进后的探水注浆工艺，达到加固顶板的作用，同时巷道掘进完成后，注浆段总体涌水量≤1方/时。

（2）负责五煤回风上山探水注浆工作的人员有多年从事生产矿井探放水工作经验，而且都是施工现场一线技术力量骨干，具有较强的解决问题的能力，是一支专业技术强悍的团队。

（3）施工方案设计编制详细、科学、合理，经多次现场实践成功，具有较强的针对性。

3　方案确定

根据现有的情况和施工条件，可有以下两种方案可供选择：

方案一：采用传统齐头帷幕式注浆方法，对井壁周圈形成注浆帷幕，确保巷道施工安全通过。

方案二：针对现场裂隙发育情况，结合地质报告及地质素描，有针对性的造孔注浆，封堵涌水裂隙，有效减少涌水量。

方案对比：方案一传统帷幕式注浆堵水可以最大限度的减少顶板淋水，但是施工周期长，平均每次注浆至少布置15-20个注浆孔，需要15-20天的时间，严重影响施工进度。方案二有针对性的注浆堵水同样可以有效的减少顶板淋水，施工周期较短，每次仅需布置3-4个注浆孔，可以有效的减少注浆时间，加快施工进度。

4　注浆施工工艺

一般的施工工艺流程为：放线定孔—钻孔—下管—注浆—提管—封孔—移孔—补孔注浆。要求：

（1）钻孔。先标好眼位，用风钻配钎子、钻头打孔。埋管：打好注浆孔后，穿入注浆管，注浆管用连接套连接，并用管钳上紧。

（2）球型阀及注浆管路的安装，注浆管安装好后先安球型阀，连接高压注浆管，三通混合器，四通及卸压阀。

（3）压力试验。按双液注浆管路要求，将管路连接好以后，开泵注清水，测定井壁的受注能力，检查井壁是否有漏水现象。如有漏水，在注浆前进行处理。

（4）注浆。根据压力实验情况进行注浆配比，根据进浆情况随时调整流量、浆液浓度，注意注浆压力，随变化而变化，达到设计注浆压力和堵水目的，即可停止注浆。

（5）跑、漏浆的处理。在注浆过程中，如发现跑浆现象，可根据现场跑、漏浆情况采取糊或喷浆、停、点、注等方法处理，以减少浆液损失，达到注浆预期目的。

（6）注浆塞外露端的处理。注浆结束后，扩修施工中如有影响施工的情况，及时用钢锯处理。

（7）壁后注浆按4～6MPa控制，注浆压力是浆液扩散充填的能量，注浆压力的大小，取决于注浆孔静水压力的大小、井壁的承压能力，根据现场情况和注浆效果做相应的调整。

为保证方案二的有效实施，应做好以下准备工作：地测人员现场收集裂隙发育情况，充分分析地质报告含水层分布，做好地质预测预报。根据探水情况详实反应在图纸上含水层及裂隙发育情况，最后有防治水专业人员确定针对性的注浆方案。

5　检查效果

（1）注浆效果检验

施工人员严格按照设计要求实施，通过对注浆过程注浆量观察，通过观察孔检验注浆效果，保证掘进过程中控制整体涌水量≤1方/时。

（2）经济效益

有针对性的注浆，可以有效的减少注浆孔数，以每米200元造孔费计算，每次可减少12-15个孔的造孔费用，每个孔以50米计算。可节约：12个*200元/米*50米=12万元。

（3）社会效益

该创新工艺研究优化了传统帷幕式注浆方法，针对性更强，可以明显提高施工效率，尤其对于基建矿井可以有效的提高施工进度，减少施工工期，促使矿井提早投产。

6　结语

整个施工期间，管理科学，技术工艺合理先进，未发生任何机械、人员事故，未影响五矿正常生产。由此有如下经验与体会：

（1）在工作环境比较特殊的条件下施工，精心组织、严格科学的管理，起重要作用。

（2）选择适宜的配套注浆设备，可减少设备维修的次数和时间，大大提高注浆效率。

（3）多个钻孔在射孔时，有套管变形现象，由于注浆不均衡，地层抬升不均匀，对套管产生较大的地层应力，造成套管变形，故注浆宜连续、快注，尽量均衡各孔的注浆量，缩短注浆时间。

（4）认真分析、研究注浆段的水文地质条件，确定适宜的注浆终压、注入量等注浆参数，对保证注浆质量，提高注浆效率，合理控制注浆材料用量等起着重要作用。

参考文献：

[1]刘文民，程志彬.软弱地层斜井冻结方案设计[J].建井技术，2010.06.

[2]宋合聚，高吾斌.注浆法在斜井表土层段维修中的应用[J].煤矿现代化，2010.05

[3]北京大地工程（开发）公司《长城五号矿井初步设计》

吴茂胜（1975-），男，山东莱芜人，工程师，大学学历，现在新汶矿业集团内蒙能源公司长城五号矿井筹建处副总工程师；

杨允林（1985-），男，山东德州人，助理工程师，大学学历，现在新汶矿业集团内蒙能源公司长城五号矿井筹建处从事防治水管理工作。

作者简介：