大埋深高水壓井筒井壁滲水注漿封堵技術應用

張海波

（新疆邢美礦業有限公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841000）

0 引 言

塔什店礦區一號礦井副立井井筒累深超過702.5 m，地應力較大，在構造應力等集中應力作用下，巷道圍巖破碎、收縮現象突出，很容易在井壁薄弱帶出現涌水現象，加大防治水難度，而在大埋深高水壓井筒注漿封堵技術方面研究較少，常規井筒注漿封堵技術又難以達到預期效果。

本文以塔什店礦區一號礦井副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段為研究背景，對副井下部井筒采用井壁注漿外加井壁外施工疏水降壓放水孔的方式，采用內堵、外放的綜合治理方式，達到降低或消除井壁涌水量的目的。對大埋深高水壓井筒井壁提出了一種新的注漿加固方案，并對其應用效果進行分析評價。

1 概 況

分析前期礦井已獲得的水文地質資料，查看井壁及井底的滲水情況，圈定副井下部井筒的主要出水段，井壁內采用長短孔結合方式進行注漿，對注漿封堵后副井井筒涌水量前后變化情況進行對比，在副井+500 m 水平碼頭門兩側各施工2 個鉆孔，孔底穿過出水段，直達井底最深處。對出水層段進行疏水降壓，再次查看井壁及井底滲水情況，以及碼頭門及井底之間相關的水力聯系情況，對出水層段再次進行注漿封堵。

塔什店礦區一號礦井副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段，該部分主要井壁支護方式為素混凝土支護，井壁厚度500 mm，砼強度C50。巖性主要為砂巖、砂礫巖，掘進期間該段涌水量30.2 m3/h，水壓達到6 MPa。

副立井井筒到底后，前期對副井井筒681 ～697 m 段井壁進行了注漿加固，涌水量降至18.77 m3/h。井筒掘進完成（井深702.5 m），實測全井筒涌水量為27.3 m3/h。經現場探查井筒涌水量集中出水層段為井深667.5 ～702.5 m 段。

2 注漿加固關鍵技術

2.1 疏水降壓

注漿前，對副井筒累深667.5 ～702.5 m 段的井筒進行了排水清淤，然后對井壁自下而上進行了檢查，查看井壁及井底的工程質量、滲水情況，碼頭門及井底之間相關的水力聯系情況等。

分別在副立井+500 m 水平碼頭門東兩側距離井筒井壁5 m 處，靠近碼頭門幫部，垂直向下施工2 個鉆孔，終孔直徑75 mm，鉆孔孔深40.5 m（進入井筒底部5.5 m），進行探測及疏放水作業。碼頭門兩側疏放水鉆孔施工完成后，鉆孔正常開始放水。

出水點布孔方式為直接在出水點位置或附近四周布孔（暫定5 個鉆孔呈梅花狀布置），進行注漿封堵（必須選在井壁完好的地方，遇有井壁薄弱或重新處理過的地方應在1.0 m 以外布孔），鉆孔分Ⅰ類孔與Ⅱ類孔，兩類鉆孔交叉布置。

Ⅰ類孔：垂直井壁打孔深度1 500 mm（井壁混凝土厚度為500 mm），穿透井壁1 000 mm，主要對井壁進行加固。

Ⅱ類孔：垂直井壁打孔深度3 000 mm（井壁混凝土厚度為500 mm），穿透井壁2 500 mm。優先施工Ⅰ類孔，Ⅰ類孔施工注漿完畢該出水點無出水，則不再施工Ⅱ類孔鉆孔，若該出水點還有出水，則根據實際情況再布置施工了Ⅱ類孔。

2.2 注漿封堵

在井筒內，采用了長、短鉆孔注漿方式對井壁進行了封堵。井壁注漿以吊盤為工作平臺，對出水點、出水區域周圍進行布孔打鉆，5 個鉆孔為一組，呈梅花狀布置，鉆孔選在井壁完好的地方，在遇有井壁薄弱或重新處理過的地方在至少1.0 m 以外的地方進行布孔；鉆孔分長、短孔，短孔（垂直井壁打孔深度1 500 mm，穿透井壁1 000 mm），長孔（垂直井壁打孔深度3 000 mm，穿透井壁2 500 mm）。先施工了短孔，短孔注漿后，井壁不再出水，則長孔就不再進行施工；經短孔注漿后，井壁出水下降較少，則繼續施工了長孔，進行注漿封堵。

出水點注漿以單液為主，根據吃漿量、出水部位選擇雙液封堵涌水（圖1）。注漿前先注水，觀察導通情況及注水情況，注漿濃度配合比視注水試驗來確定起始注漿濃度，先稀—逐漸加濃—最后又變稀（接近終壓時），根據出水情況適當的加入水玻璃或化學制劑，1 個鉆孔注漿時，其余鉆孔作為觀測孔，觀察注漿變化情況。

圖1 雙液漿工藝流程Fig.1 Double slurry process

針對施工縫、井壁接茬部分，先依次注下部鉆孔，根據注水導通情況，確定下部注漿孔的注漿順序，上部鉆孔作為觀察孔，先注單液，觀察孔出漿后，再使用雙液對上部注漿孔進行封閉，直至井壁無集中出水點；若注漿孔周圍井壁出水，采用水玻璃、水泥雙液進行了封堵。

2.3 井筒注漿施工過程

2023 年4 月10 日中班，副井井窩排水到底，累計排水1 186 m3。

4 月11 日至4 月20 日，在+500 m 東側馬頭門，施工2 個注漿孔，終孔直徑75 mm，孔深分別為40.5 m。截止目前兩鉆孔正常放水，1 號鉆孔5 m3/h，2 號鉆孔1.0 m3/h，水壓1.8 MPa。

4 月21 日1:00 班至4 月22 日9:00 班采取井壁出水點四周梅花型布置眼方式對出水點進行注漿封堵。

4 月22 日17:00 班至4 月26 日1:00 班，采取井壁出水點帷幕注漿方式對出水區域進行注漿，即在井筒東側累深681.5 ～692.9 m 上下，出水區域左右1.5 ～2 m，間排距1 m，施工注漿孔，對出水區域進行了注漿。

4 月22 日，副井累深667.5 ～702.5 m 段井壁主要出水點涌水量見表1。

表1 主要出水點涌水量Table 1 Water inflowof main outlet points

4 月26 日，副井累深667.5 ～702.5 m 段井壁主要出水點涌水量見表2。

表2 主要出水點涌水量Table 2 Water inflowof main outlet points

兩次比較，注漿后井壁出水點水量降低5.7 m3/h。

3 井筒注漿主要工作量

副井下部井筒內壁注漿工作量：2023 年4 月10 日—4 月26 日，對副井+500 m 馬頭門以下井窩部分井壁進行了注漿封堵，共計打眼157 個，注入水泥漿13.9 t、水玻璃3.88 t。

副井東碼放水鉆孔工作量：在副井+500 m 水平東側馬頭門，施工2 個了疏放水孔，終孔直徑75 mm，孔深分別為40.5 m。截止目前2 鉆孔正常放水，1 號鉆孔5 m3/h，2 號鉆孔1.0 m3/h，水壓1.8 MPa。

4 注漿加固效果分析

副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段注漿，采用了“內堵外放”相結合的方式，即在井筒+500 m水平附近施工疏水降壓放水孔對副井下部井筒出水層段進行疏水降壓，并結合井壁內長短孔注漿方式，對副井下部井筒井壁進行了注漿，封堵井壁涌水，注漿封堵結束后。井筒內總涌水量由27.3 m3/h降至8.6 m3/h，下降18.7 m3/h，水量下降尤為明顯，達到了預期效果。

5 項目應用情況

5.1 經濟效益

副井井筒預估保守涌水量為27.3 m3/h，礦井設計服務年限為60 a。副井筒服務年限內累計排水量約14 348 880 m3，通過此次壁后（間） 注漿，副井筒的排水量預計減少70%，剩余排水量約為4 520 160 m3，預估節約成本1 965 萬元。

5.2 社會效益

通過井筒壁后注漿工程對井筒漏水量進行控制，不僅保證井筒在礦井服務年限內的安全穩定性與可靠性，還提高了井筒的服務年限；維持了生態平衡，減少了水資源的浪費。

6 結 語

通過在塔什店礦區一號礦井大埋深副立井井筒應用“內堵外放”相結合的方式對副井下部井筒出水層段進行封堵，全井筒涌水量大幅度下降，效果明顯。通過此次壁后（間） 注漿，副井筒的排水量預計減少70%，預估節約成本1 965 萬元，具有一定的經濟效益。