金黃莊礦副井井筒注漿堵水治理技術(shù)應(yīng)用

王軍　曹國(guó)華

摘 要：金黃莊礦副井井筒注漿堵水治理技術(shù)采用“高低壓結(jié)合、深淺孔并用、復(fù)合、誘導(dǎo)注漿”方式進(jìn)行，施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的設(shè)計(jì)原則，遵循“先試驗(yàn)，后檢驗(yàn)，再修改”的技術(shù)路線，保證施工技術(shù)具有較強(qiáng)的針對(duì)性和可操作性，靈活實(shí)施“試驗(yàn)為先”、“動(dòng)靜結(jié)合”的管理原則，達(dá)到“綜合治水、重點(diǎn)突出”的注漿堵水效果。

關(guān)健詞：井筒；注漿堵水；治理技術(shù)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.007

1 工程概況

（1）井筒特征。金黃莊煤礦副井井筒深度879.1m，井筒凈直徑6.00m。采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度166.3/136.57m（深孔/淺孔），控制層深度117.21m。副井鎖口段深度0～6m。副井凍結(jié)段深度6～117.2m，井壁為內(nèi)外雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁厚為450mm，外壁厚為550mm，砼強(qiáng)度等級(jí)C30～40。深度270～330m段高內(nèi)，井壁為單層鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼強(qiáng)度等級(jí)C30～C50。其它基巖段井壁為單層混凝土，井壁厚度450～550mm，砼強(qiáng)度等級(jí)C30。

（2）井筒出水情況。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果：出水點(diǎn)位于井筒垂深235.0m至670.0m處（累計(jì)段高435.0m），初步統(tǒng)計(jì)約有12個(gè)層位（不含集中出水點(diǎn)段），40余處出水點(diǎn)，其中西北部散水點(diǎn)較多，東部主要是個(gè)別集中出水點(diǎn)，井筒綜合涌水量約9.6 m3/h，并有進(jìn)一步增加趨勢(shì)。基本分為如下三種：① 罐道梁生根錨桿鉆孔滲水和原注漿孔返滲；② 較大段高出現(xiàn)不連續(xù)、分散出水段（如：610～630m）；③ 混凝土接茬出水呈分散集中式，多處沿井壁接茬集中出水。

（3）導(dǎo)水通道分析。在初步現(xiàn)場(chǎng)勘查、分析金黃莊煤礦副井井壁出水現(xiàn)狀、地層及井筒受力特征的基礎(chǔ)上，以確保井筒安全為宗旨，綜合現(xiàn)有技術(shù)條件下的治理經(jīng)驗(yàn)，本次治理設(shè)計(jì)按照“由表及里，綜合防治”的治理原則，選擇“破壁注漿”。即：在井壁上施工注漿通道，向井壁壁后一定范圍內(nèi)灌注可堵水的漿液材料，通過漿液的固化從而堵塞壁后的可過水通道，并通過套孔復(fù)注封堵圍巖裂隙，從而達(dá)到改善地層導(dǎo)水性和堵水的目的。

2 注漿技術(shù)應(yīng)用

2.1 注漿壓力

注漿壓力的確定應(yīng)考慮井壁強(qiáng)度、承受能力等安全因素。注漿壓力為靜水壓力0.5～1.5Mpa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當(dāng)提高。實(shí)際工程前，應(yīng)根據(jù)井壁強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行確定。另外，注漿工程受下列因素的明顯影響：受注地層的成層狀況和含水條件；注漿方法（注漿管的結(jié)構(gòu)等）；漿液材料的性質(zhì)（粘度、凝膠時(shí)間）等。注漿壓力對(duì)漿液的擴(kuò)散范圍有重要影響。

目前注漿工程經(jīng)常采用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

PC=P0+（0.5-1.5）

式中，PC為注漿終壓，MPa，PO為注漿點(diǎn)靜水壓力，MPa。

由于副井井筒井壁混凝土接茬處質(zhì)量較差，經(jīng)綜合考慮，本工程實(shí)際注漿施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及時(shí)調(diào)整注漿壓力及孔位，保證合理漿液擴(kuò)散范圍和井壁安全。

2.2 注漿工藝應(yīng)用

為切實(shí)解決注漿壓力和井壁強(qiáng)度之間的矛盾，增加井壁強(qiáng)度減少漿液流動(dòng)阻力，本次注漿采用如下技術(shù)工藝：（1）誘導(dǎo)注漿工藝。在注漿造孔時(shí)同時(shí)造孔3個(gè)，中間一個(gè)用于注漿，兩側(cè)孔破壁后安裝壓力表和高壓閥門，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壁后串漿壓力，一旦發(fā)現(xiàn)壓力過大（壁后≥2.5 MPa，套孔復(fù)注≥4MPa）立即打開閥門進(jìn)行泄?jié){，每一循環(huán)先予造兩至三個(gè)孔進(jìn)行泄水、壓水，聯(lián)通孔與孔之間的通道，分出先注孔和后注孔；（2）單孔少注，群孔多注的工藝。采取控壓控量工藝，以低壓慢注方式進(jìn)行注漿，并爭(zhēng)取單孔進(jìn)漿量較為均衡可以確保壁后空隙及圍巖裂隙充填密實(shí)，井壁抗壓強(qiáng)度及防水能力得以增強(qiáng)。

2.3 漿液擴(kuò)散半徑及范圍

（1）半徑。漿液擴(kuò)散半徑與注漿壓力、漿液類型、濃度及地層等密切相關(guān)。根據(jù)類似工程實(shí)踐，為保證注漿堵水質(zhì)量，兼顧井壁安全，本次壁后注漿取2.0～3.0m；（2）范圍。本次治理的總體思想為注漿堵水及井筒加固并重，堵水先行，加固緊跟，并根據(jù)井壁出水及地層特征，做到精細(xì)化布孔，既要做到重點(diǎn)突出，更需做到“標(biāo)本兼治”，全面徹底地根治井筒工程地質(zhì)問題。該段高內(nèi)（井深230m～670m），出水點(diǎn)層位約20層，井深505m以下基本上為每隔5m～10m有一層出水點(diǎn)，且大多為井壁砼接茬處滲水。因此在明水點(diǎn)封堵后還要做好滲水點(diǎn)相對(duì)應(yīng)含水層的“封頂固底”注漿工作。

原則上在對(duì)出水層位注漿封水后，按照五花孔在其上下各3～4m處（視圍巖裂隙發(fā)育及透水性確定）均施工一排注漿孔（實(shí)際施工中還應(yīng)根據(jù)造孔和壓水試驗(yàn)進(jìn)一步確定），6孔/層，孔距3.14m，初注孔深0.8m（破壁后進(jìn)入圍巖200mm），復(fù)注孔深約2.0m～3.0m。預(yù)計(jì)注漿層位32層，造孔192個(gè)。具體注漿施工段高包括230m至井底段全段高。

2.4 注漿順序及注漿量

（1）注漿順序。依據(jù)《煤礦井巷工程施工規(guī)范》（GB50511-2010）及本次注漿工程特點(diǎn)，為確保施工安全和保證注漿質(zhì)量，本次注漿采取“總體下行，段內(nèi)上行”順序?qū)嵤蝺?nèi)（100m/段，預(yù)計(jì)分為四個(gè)段高，具體段高分布還應(yīng)視該段高井壁出水點(diǎn)、地層性質(zhì)及井壁結(jié)構(gòu)情況進(jìn)一步確定）采取“上行初注，下行復(fù)注”方式進(jìn)行。嚴(yán)格執(zhí)行“對(duì)點(diǎn)堵水，封頂固底、套孔復(fù)注”的設(shè)計(jì)原則。

首先采用“下行式對(duì)點(diǎn)封堵”對(duì)出水點(diǎn)進(jìn)行注漿直接堵水，其后對(duì)該段高進(jìn)行壁后注漿充填，最后采用上行式注漿方式，對(duì)已注孔進(jìn)行中深孔防滲復(fù)注。

（2）注漿量。針對(duì)地層地質(zhì)構(gòu)造分析，尤其是井筒建井凍結(jié)影響等需特殊考慮。

由于建井過程中曾經(jīng)采取過工作面預(yù)注漿，結(jié)合工程實(shí)際，預(yù)計(jì)注漿量消耗：水泥約80 t，水玻璃20 t。超細(xì)顆粒水泥（或化學(xué)漿液）約30 t作為備用。

3 注漿效果

該工程采用壁后注漿技術(shù)，對(duì)井壁出水及壁后基巖裂隙進(jìn)行密實(shí)和充填，隔絕滲水通道，消除了水害威脅。同時(shí)，通過注漿改善了地層的物理性質(zhì)，增強(qiáng)了井壁防滲性能，提高了井壁自承載能力，減少了由于滲水造成的提升設(shè)備銹蝕，提高了井筒服務(wù)年限。因此，本次注漿堵水工程達(dá)到并超出設(shè)計(jì)的預(yù)期效果，為金黃莊煤礦的安全生產(chǎn)提供了有力保障。endprint