回風立井注漿堵水技術研究①

摘 要：針對某回風立井穿過8個富含水層，涌水量達到132m3/h，嚴重影響壁后圍巖、井壁及之后構件安全的問題，提出采用井筒壁后注漿堵水的方法。采用先攔截后注漿，先加固后封水，先封堵小水點后封堵大水點的堵水原則對含水層上下進行注漿封水，堵水率達到94.5%。

關鍵字：注漿堵水 回風立井 壁后注漿

中圖分類號：TE28 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0077-01

水患是影響礦井安全生產的重要因素[1]，特別是立井井壁長期大量淋涌水，容易引起壁后圍巖結構強度降低失穩、井壁遇水侵蝕、影響井壁施工等問題，給井下排水、施工帶來影響[2，3]。因此，必須對井壁長期大量淋涌水進行治理。

山西晉城某回風立井井筒共穿過8個富含水地層，總水量達到132 m3/h。涌水量之大已嚴重影響井筒的安全運行。富水地層水源補給充分，且水源補給地難以確認，通過正常疏通難以短期內疏干，必須進行封堵處理，井筒垂深較大，一般采用注漿的方法進行封堵出水點已達到堵水的目的[4]。

1 現場條件

回風井筒自上而下穿過的含水層共有8層，分別是含水層1：垂深112.68～118.28 m段中粒砂巖含水層；含水層2：垂深181.1～198.68 m粉砂巖和中砂巖含水層；含水層3：垂深200.59～215.3 m中砂巖含水層；含水層4：垂深233.9～247 m細砂巖含水層；含水層5：垂深292.4～300.6 m細砂巖含水層；含水層6：垂深318.8～328.1 m細砂巖含水層；含水層7：垂深371.4～382.5 m細砂巖含水層；含水層8：垂深425.6～428.8 m細砂巖含水層。總涌水量達到132 m3/h。

2 注漿堵水方案設計

2.1 堵水原則

根據現場情況，確定遵循先攔截后注漿，先加固后封水，先封堵小水點后封堵大水點的施工順序，首先對含水層上下10 m進行攔截注漿，封堵炮震裂隙，防止壁后水在水頭壓力作用下沿壁后裂隙擴散至非含水層，增大注漿難度。然后加固含水層段的井壁接茬縫，加固時先在井壁接茬縫以上1米處打泄壓導水孔，將井壁內的水導出以后，再注漿封堵。

2.2 注漿材料選擇

注漿材料以常用的水泥、水玻璃漿為首選材料，根據現場注漿情況，可調整為脲醛樹脂、草酸溶液化學漿。

2.3 注漿參數選擇

（1）注漿孔布置。

間距1.5 m，排距2.0 m，三花狀布孔方式，單孔深2 m，如圖1所示。

（2）漿液擴散半徑。

漿液的擴散半徑是指在巖石裂隙中的擴散范圍。實際上，漿液的擴散是不規則的。由于在注漿施工過程中，對注漿壓力、注入量、漿液濃度等參數可以加以人為控制、調整，對漿液的擴散范圍，可以起到一定的控制作用，根據設計要求及壁后注漿屬低壓注漿特點，漿液有效擴散半徑按設計注漿鉆孔深度1.2倍即2.4 m。

（3）注漿壓力。

注漿壓力是給予漿液擴散、充塞、壓實的能量。在保證不破壞井壁的情況下確定注漿終壓大于靜水壓力0.5～1.5 MPa。靜水壓力可以通過現場實測獲得。

3 注漿施工工藝

注漿采用地面配漿，井下注漿的方式進行。漿液通過管路輸送到吊盤，在吊盤設置儲漿罐、注漿泵、注漿管路等系統。

（1）注漿段高確定。

含水層厚度上下各加10 m作為一個含水層注漿段高，如果含水層之間相隔不大于10 m，視為一個含水層。

根據該井筒含水層賦存特征，確定注漿段高為井筒垂深100～440 m，段高340 m。

（2）注漿孔布置。

注漿孔布置應遵循每孔盡量多穿過裂隙的原則布置，根據巖層裂隙的走向確定眼孔的方向。可以采取沿井筒徑向布置，也可以成螺旋狀布置。

設計注漿孔深為2 m，可根據現場隨時調整。注漿孔直徑42 mm，注漿孔間距1.5 m，排距2 m。局部出水點可以根據實際情況補打直徑42 mm的注漿孔。

（3）漿液注入量。

漿液注入量可根據擴散半徑及巖石裂隙率進行計算。

漿液注入量可根據擴散半徑及巖石裂隙率進行粗略計算。

Q=A（πR2-πr2）Hηβ/m

式中：Q為總注入量；

R為擴散半徑，取6.9 m；

r為井筒凈直徑，取4.0 m；

H為注漿段高，340 m；

η為巖層裂（孔）隙率，取3.0%；

β為漿液充填系數，取0.85；

m為結石率，取0.85；

A為漿液損失系數，一般A=1.2。

據此，可得全井注漿消耗漿液1214 m3。

（4）漿液配比。

注水泥漿液以水泥單液漿為主，注漿時先稀后濃，水泥單液漿水灰比為1∶1～3∶1，巖層耗漿量大時可用雙液注漿，水泥漿∶水玻璃雙液漿配比為1∶1。脲醛樹脂、草酸溶液化學漿液體積比1∶1～1∶0.5，現場根據注漿效果調整配比。

經過一系列注漿后，井筒的涌水量得到大幅降低，涌水量將至7.2 m3/h，堵水率達到94.5%，有效控制了井筒的大量涌水。

4 結論

（1）井筒長期大量淋水導致井筒壁后圍巖、井壁和支護構件受到侵蝕，嚴重影響井筒的安全穩定使用。

（2）采用先攔截后注漿，先加固后封水，先封堵小水點后封堵大水點的堵水原則，進行注漿堵水參數設計。

（3）現場施工表明，經過注漿堵水，堵水率達到了94.5%，堵水效果顯著。

參考文獻

[1]張秋成，張銀海，崔芳鵬，等.巖溶裂隙破碎帶注漿堵水技術[J].中州煤炭，2003（6）.

[2]劉永.龍固煤礦副井井筒堵水注漿施工工藝及方法[J].煤炭技術，2007，26（8）：100-101.

[3]喬鈺輝，付玉軍.井筒堵水注漿技術在趙固一礦的應用[J].中州煤炭，2012（1）：83-84.

[4]谷拴成，朱彬.注漿封堵在滲漏涌水治理中應用[J].礦山壓力與頂板管理， 2005，22（1）：99-101.