立井井筒空隙水防治水技術研究

李 彬 孔祥山 胡芳峰

山東華新建筑工程集團有限責任公司，山東新泰 271219

1 工程概況

沙章圖礦井設計生產能力500萬噸/年，采用立井開拓方式，布置主、副、風三個井筒，其中主井井筒設計垂深755m，凈直徑6m，基巖段采用普通鉆爆法施工。井筒基巖段478m～523m處為砂巖空隙水，地質條件非常復雜，且含水豐富，單孔涌水量最大為23m3/h，注漿非常困難，致使含水層涌水量豐富，井筒深，高靜水壓、微裂隙多，水患威脅巨大。采取了以往古老的探水注漿方式，施工2m厚的混凝土作為止漿墊，工作面均勻布置12個探水孔，在出水位置增加孔口管，注漿材料采用普通水泥單液漿，增加了注漿量，提高了注漿壓力，經過多次反復鉆探，結果注漿效果非常不理想。與建設單位及專業技術人員多次開會討論，發現本段含水層注漿難度極大，此段砂巖為空隙水發育，含水量豐富，注漿非常困難，經過分析研究決定，使用普通探水注漿方式非常不理想，特別是空隙水含水層是全國注漿的一大難題，本次注漿我項目部采取了對含水層近距離探注、短段掘砌的施工方法，來消除水患威脅，保證安全生產。

2 施工方案

針對該井筒所穿地層的特點，自上而下都賦存含水層，且水文地質不穩定因素多，同時考慮施工期間的排水能力，為避免突水事故的發生，決定對井筒基巖段空隙水巖層采取與含水層近距離工作面探水注漿、井筒短段掘砌的施工方法。停頭位置必須距下一個含水層不少于10m，因前期已探明隔水巖冒無水，采取了加長孔口管、加密探孔、提高注漿壓力、增加注漿量，注漿材料首先使用普通水泥對裂隙發育較大巖層進行封堵，然后使用超細水泥對微裂隙發育巖層進行封堵，最后選用化學漿進行封堵，反復探注，直至達到理想的注漿效果。井筒掘砌過程中，本段含水層共穿越砂巖含水層2層，厚度在2m～8m之間，是主要的含水層。根據估算，本段含水層總涌水量可高達50m3/h，所采取的施工技術方案為：

完善排水設施→分段式工作面探水注漿→空隙水含水層近距離工作面探水注漿→選用合理的注漿材料→井筒短段掘砌。

3 施工方法

3.1 完善排水設施

井筒基巖段施工前，必須完善排水設施。隨吊盤下放敷設一趟Φ108mm×6mm的無縫鋼管作為排水管路，用一臺2JM225/800A型鑿井穩車懸吊，隨排水管繩敷設一路MYP3×70+1×25電纜，吊盤中層盤安裝一臺DC50-80×10型臥泵、配1.5m3水箱，電機功率280Kw，另備有同型號臥泵2～3臺、電機一臺。臥泵排水量50m3/h，加上提升吊桶的排水能力，綜合排水能力可達90m3/h。

3.2 止漿墊施工及加固

根據以往計算公式，需澆注2m厚的止漿墊，隨井筒深度不能有效抵抗較大的壓力，經過專家研究決定，止漿墊厚度不超過1.5m，采取了孔口管埋設在下一層巖石中，加長孔口管長度，對孔口管增加抵抗壓力。固管完成后，凝固不少于24小時后，為防止注漿時豎向裂隙串漿，威脅上部混凝土井壁安全，注漿前對止漿墊周圍巖體進行加固,采用7665型風鉆打眼和孔口管鉆孔兩種方式對止漿墊進行加固。

3.3 孔口管的埋設

在止漿墊周邊均勻布設第一組鉆孔12個，因每個鉆孔含水較豐富，然后再均勻布設第二組鉆孔12個，最后為檢驗注漿效果，重新在涌水量較大的孔口管旁加設了3個檢查孔，孔口管距離井幫0.5m，角度9°。在迎頭巖石面上用Φ130mm的鉆頭開孔，孔深達到10m后，提出鉆頭，灌入1：1的水泥砂漿，孔口管采用Φ108mm×6mm×9000mm的無縫鋼管，前部用電焊機在孔口管上焊接瘤子用于增大孔口管的摩擦力，后部焊上法蘭盤，利用鉆機沖擊器將孔口管打入孔內。

圖1 探水鉆孔平面布置圖

3.4 工作面探水注漿

經分析本段地層含水層較多，含水量較大，微裂隙發育，巖層巖性不穩定，所以本次探水注漿采取布置27個探孔，本次探注工作重點封堵第一層含水層，兼顧對第二含水層進行了探注工作，盡快探明含水情況，加快了施工進度。本次探水注漿分三組鉆進，為保證注漿效果以及縮短工期，首先施工第一組鉆孔，其中有3個鉆孔為探明下部地質情況鉆進至45m外，其它孔都鉆至25m～30m；然后施工第二組鉆孔13～24#孔，均鉆進至25m；最后施工25#～27#孔，鉆至20m，作為檢驗注漿效果；經過33天的施工，將 491m～497m處含水層單孔涌水量控制在0.9m3/h，平均涌水量0.1m3/h以內；同時，探明了下層含水層位于516m～518m(粗砂巖)處，涌水量在0.9m3/h～3.5m3/h之間。

（1）設備選擇及布置

選用MKQJ120/40型潛孔鉆機，鉆桿Φ60mm，沖擊器Φ90mm，鉆頭Φ90mm/Φ130mm，選用2TGZ-60/210型注漿泵。注漿站布置在吊盤下層盤，地面井口設漿液攪拌站，漿液利用注漿管下放。

（2）注漿材料

主要以化學漿注漿為主，MJ-I改性脲醛樹脂、草酸與丙烯酰胺配合注漿。草酸、丙烯酰胺配制脲醛樹脂膠濃度分別摻加3%、2%。

（3）注漿有關參數確定

Ⅰ 探注段高：根據現場情況，確定注漿有效段高45m～50m，掘砌段高35m～40m。

Ⅱ 注漿壓力：注漿過程中，一般控制在靜水壓力的2.5～3倍，本段探水注漿壓力控制在12MPa～14MPa。

（4）結束注漿的標準

單孔注漿結束標準：一是注漿壓力達到注漿設計終壓；二是檢查鉆孔的涌水量<0.5m3/h。

（5）注漿效果

本段工作面迎頭探水注漿是整個防治水的重點，所需時間最長，投入的設備成本最多。在整個探注期間，共穿過了2個含水層，單孔涌水量最大達到23m3/h。注漿堵水率為95%，注漿效果十分明顯，保證了井筒的安全施工。

4 結語

沙章圖主井井筒的空隙水防治水技術的成功實施，確保了注漿效果，最大限度地減少了井筒涌水量，達到了驗收優良標準，保證了施工安全。還得到一些需要特別注意的經驗：

（1）排水系統需暢通完善，排水能力大，迎頭出水量必須得到有效控制，保證注漿的連續性；

（2）探水注漿工作時，止漿墊位置應避免布置在泥巖中，應設在相對穩定堅硬的粉砂巖和細砂巖中。

（3）澆注止漿墊厚度不大于1.5m。

（4）加固止漿墊時，嚴格按標準進行加固。

（5）布置孔口管時，工作面一次不應低于24個探水孔，加長孔口管長度9m左右。

（6）在探水注漿前，充分準備好注漿材料：如普通水泥、超細水泥和化學漿；在探注時，根據實際情況選用合理的注漿材料，保證注漿效果，提高注漿質量。