千米立井基巖段壁后注漿技術(shù)與研究

袁 華

肥城礦業(yè)集團(tuán)梁寶寺二號井籌建處，山東 濟(jì)寧 272404

煤炭屬于不可再生的重要資源，由于逐年開發(fā)，淺部的煤炭儲量日益減少，近年開發(fā)的煤炭資源埋深已超過-1000m水平，立井井筒建設(shè)所面臨的深部基巖防治水問題亦日趨復(fù)雜，封堵水的技術(shù)難度也越來越大， 本文主要針對井壁壁后漿展開探討。

梁寶寺煤礦二號井為肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司在巨野礦區(qū)籌建的大型礦井，位于濟(jì)寧市嘉祥縣城西北約25km處，設(shè)計生產(chǎn)能力1.2Mt/a。礦井采用立井開拓方式，布設(shè)主、副、風(fēng)3個井筒。其中風(fēng)井井筒基巖段采用鉆爆法施工，需穿過二疊系石盒子組含水巖層，單一M5（第五層砂巖水）含水層單孔涌水量高達(dá)56m3/h ～185m3/h，為確保井壁質(zhì)量和施工安全，在對基巖段含水層分布狀況和涌水規(guī)律進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，對工作面進(jìn)行了探水預(yù)注漿。通過注漿改造，風(fēng)井井筒全斷面揭露M5含水層時，涌水量僅余9m3/h。為減小壁后涌水對生產(chǎn)造成的排水負(fù)擔(dān)，需要對M2～M5含水層壁后涌水進(jìn)行封注。

以風(fēng)井-630m～-681m段壁后注漿為例：

1 布孔方式及數(shù)量

在井壁上先找出水點，根據(jù)出水點布孔，孔深0.7m～1.0 m，孔口管長度為600mm～800mm，外露長度為50mm～80mm。漏水量較大的接茬處，在距接茬500mm左右上下交錯布置孔口管，先注漿加固接茬，再根據(jù)現(xiàn)場情況選擇鉆注，若孔內(nèi)無水，可不設(shè)孔口管，但必須用水泥砂漿灌實，以防井壁通過鉆孔漏水。注漿孔布置采用三花孔或五花孔。

2 注漿材料

井壁壁后注漿堵漏時采用水泥—水玻璃雙液漿與高分子材料馬麗散E進(jìn)行封堵，水玻璃選用濃度為40波美度、模數(shù)為2.4～2.8的水玻璃。

注漿漿液均選用山水牌P.O42.5 水泥加膨脹劑制作，并且在漿液內(nèi)再加其它特殊配方組份，當(dāng)進(jìn)漿困難時水泥選用超細(xì)水泥；水泥漿水灰比在1.5:1～0.8:1之間調(diào)整，水泥漿與水玻璃配比為1:1～1:0.8，凝膠時間一般為60s到幾分鐘不等。

由于砂巖含水層進(jìn)漿量差，較大的注漿壓力會對井壁造成破壞，所以當(dāng)較大的井壁出水點得到封注以后，采用高分子馬麗散E對剩余較小出點水進(jìn)行封注。

馬麗散堵漏劑是由法國浩坷偉博公司生產(chǎn)的一種高科技產(chǎn)品，是兩種成份組成的高分子聚亞膠脂產(chǎn)品，用于地層的加固與水流的封閉。它具有極好的粘合力，能與地層產(chǎn)生高度粘合，有良好的柔韌性能承受隨后的地層運(yùn)動。注入巖層后，其粘度混合物液體狀態(tài)保持幾十秒或幾分鐘到十幾分鐘，滲透到細(xì)小的縫隙并膨脹膠結(jié)，從而有效的加固和密封處理區(qū)域。它在加入一定量的加速劑后，可提高反應(yīng)速度。遇水產(chǎn)生關(guān)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步膨脹發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀封閉彈性體，產(chǎn)生二次滲壓，膨脹倍數(shù)倍，更好的封閉縫隙，達(dá)到止漏目的。

馬麗散E具有以下特點：

1）高度成品化。馬麗散屬于高分子反應(yīng)材料，本產(chǎn)品用25kg塑料桶分裝，運(yùn)輸方便，打開就可使用，方便施工；

2）運(yùn)輸量小，經(jīng)濟(jì)數(shù)果明顯。設(shè)備和原料運(yùn)輸方便，能一次到位，不需要專門的設(shè)備和鋪設(shè)管道；

3）可四季施工，無污染。馬麗散對施工地點要求低，只要有風(fēng)源即可，該材料反應(yīng)后，生成惰性泡沫；

4）費(fèi)用合理。馬麗散有很高的膨脹率，以小用量達(dá)到最大的效果，從而費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、合理；

5）施工設(shè)備簡單，易操作。該產(chǎn)品只需要一臺專用泵和一支混合槍，施工工藝簡單易行。工藝簡單，操作方便，現(xiàn)場施工要求不高，能快速、高效地達(dá)到堵漏的目的；

6）利用馬麗散對漏水區(qū)封堵，其密閉性好，堵水率能達(dá)到90%～95%，同時，由于其具有可塑性能隨著地層的變化而變化，不會壓裂，產(chǎn)生裂隙，可與地層形成一致的壽命，徹底改變以前做密封的效果，解決了傳統(tǒng)施工中施工量大、勞動強(qiáng)度高、易漏水、易壓裂、壽命期短等間題，減輕了工人勞動強(qiáng)度，提高了密閉性和承壓能力，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會數(shù)益。

3 施工順序

為了保證注漿質(zhì)量和提高注漿堵水或加固的效果，應(yīng)確定合理的施工順序。它主要是根據(jù)施工對象、水文地質(zhì)條件、漏水或加固區(qū)段的情況和注漿目的等因素來確定。

井壁漏水區(qū)段位于含水砂層，多為集中漏水而且漏水量較大時，注漿作業(yè)應(yīng)自上而下，這樣，淋水少，施工條件好。

當(dāng)井壁漏水范圍與壁后含水層的厚度基本一致時，應(yīng)在含水層頂板和底板的層界面位置先行注漿，造成兩個隔水層帷幕。然后在這兩個帷幕之間進(jìn)行注漿。由于這兩個注漿帷幕把漏水區(qū)和無水區(qū)隔離后，即可避免驅(qū)散地下水。如果壁后充填質(zhì)量不好，井壁漏水時，應(yīng)根據(jù)漏水區(qū)段的位置，采用上述的施工順序。

在井筒中井壁漏水和需要加固的位置有幾個區(qū)段，而且這幾個區(qū)段無水力聯(lián)系。注漿的施工順序，對井筒而言自上而下，對每一個區(qū)段則應(yīng)根據(jù)前述情況來確定。

4 壁后注漿總結(jié)

當(dāng)?shù)V井掘砌通過多個含水層時，井壁注漿顯得尤為重要。一是井筒多個含水層淋水疊加數(shù)值會越來越大，加大了排水工作量；二是井壁淋水會相對影響井壁澆注質(zhì)量。

在井筒井壁注漿的施工進(jìn)程中，總結(jié)經(jīng)驗如下：

1）在含水層的掘進(jìn)過程中，安排專業(yè)技術(shù)人員，下井觀看并記錄出水點的方位、標(biāo)高，并繪制成圖，以便以后采取針對性的注漿方案；

2）注漿終孔壓力一般取3MPa，壓力過大，容易對井壁造成破壞；

3）先使用水泥—水玻璃雙液漿對井壁淋水進(jìn)行封注，再采用高分子材料馬麗散E進(jìn)行封注；

4）含水層掘砌段要相應(yīng)提高混凝土的標(biāo)高，以加強(qiáng)井壁強(qiáng)度。

風(fēng)井-630m～-681m段井壁淋水19m3/h，該段壁后注漿共使用普通425水泥15t，馬麗散E7t，成功的將淋水減小至1.6m3/h，取得了另人滿意的結(jié)果。為下段的井筒掘砌施工創(chuàng)造了良好的施工條件。

[1]王國際.注漿技術(shù)理論與實踐.1版，2008，8.

[2]張德棟.煤礦實用地質(zhì).1版，2007，8.

[3]曹劍鋒.專門水文地質(zhì)學(xué).3版，2006，5.