注漿技術在立井井筒壁間壁后防治水中的應用

摘要：文章介紹了注漿技術在母杜柴登礦井筒防治水中的應用，介紹了壁間壁后注漿的施工方案、方法和工藝，經工程實踐證明，該項技術為立井井筒凍結施工完成后井壁防治水提供了寶貴經驗。

關鍵詞：立井井筒、壁間壁后設計；防治水；注漿技術

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0107-02

1 概況

1.1 井筒概況

伊化礦業公司母杜柴登礦，采用立井開拓，凍結法施工。主井井筒凈直徑φ6.5m，井深766.3m，井壁最大厚度為1.6m。145m上外壁厚度400mm內壁厚度400mm；450m上外壁厚度500mm內壁厚度800mm；450m下外壁厚度500mm內壁厚度1100mm。

1.2 水文地質概況

地表全部被第四系風積砂所覆蓋，無基巖出露。根據鉆孔揭露地層由老至新有：三疊系上統延長組、侏羅系中統延安組、侏羅系中統直羅組、侏羅系中統安定組、白堊系下統志丹群和第四系。

1.3 井筒涌水情況及分析

1.3.1 井筒漏水情況。主井施工完成后，井筒內總涌水量約為70m3/h，井壁漏水主要是含水層段井壁接茬散水、井壁橫向裂紋漏水以及井壁存在蜂窩麻面漏水、井壁微裂縫滲透水。

1.3.2 導水通道分析。該井筒主要穿過第四系、白堊系、侏羅系等含水層。各含水層中涌水通過巖層裂隙或微裂隙、井壁壁間壁后空隙及凍結管環形空間等，從井壁接茬縫、裂縫、壁間、蜂窩麻面等導入井筒，各含水層是導致井壁出水的根源。

1.3.3 井筒涌水危害。由于出水點位置自上而下貫穿整個井筒，且壓力較大，如不及時處理，出水點附近的井壁混凝土強度降低，逐漸在此位置形成井壁的薄弱點。隨著井壁所受豎向附加力的不斷積累，容易在此處造成井壁破裂，當井壁混凝土中出現微裂紋且貫通后，即增加導水通道，進一步加大井壁出水量，對井筒安全構成嚴重威脅；易造成噴砂或突水事故，存在嚴重安全隱患，須盡快進行壁間壁后注漿堵水。

2 井筒壁間壁后注漿設計

2.1 注漿方案

主井井筒采用壁間壁后直接注漿封堵方案：選擇高低壓結合、深淺孔并用、復合、誘導注漿直接封堵的方式進行。順序為：先壁間注漿充填，然后進行壁后注漿充填。結合實際情況，隨吊盤下放先行壁間注漿，侯凝后根據現場實際情況選取2～3個孔掃深孔測溫，確定是否滿足深孔注漿條件。若條件不允許，待壁間注漿結束后，再進行壁后注漿工藝。

2.2 注漿范圍

注漿范圍確定為井深20～750m。段高劃分：每10m為一個段高，每段孔數為8個，首先打淺孔0.5m、0.9m、1.2m，待注完壁間利用壁間孔鉆進深孔，孔深4.0m。淺孔布置宜穿透外壁100mm，根據井壁結構確定20～145m段淺孔深度為500mm，145～450m段淺孔深度為900mm，750m段淺孔深度為1200mm。

2.3 注漿方式

根據現場情況，在出水位置首先采用下行式注漿方式，對注漿段高進行帷幕注漿封水、對注漿段高范圍的明顯出水點進行注漿直接堵水；然后再采用上行式注漿方式，對注漿段高進行復注圍幕封水。

2.3.1 注漿參數：

（1）注漿壓力的大小應能滿足漿液克服水壓而進入待注巖層體中。

（2）井壁承受壓力的能力又限制了注漿壓力。一般地井壁強度能夠承受的壓力范圍可用以下公式確定：

P=K（E2+2R0E）/2（R0+E）2

取2～8.5Mpa。

注漿壓力根據現場實際水量、水壓和注漿量等情況進行合理調整。

2.3.2 注漿材料選擇：

單液水泥漿，水泥-水玻璃雙液漿。

單液水泥漿的原材料：選擇42.5R普通硅酸鹽

水泥。

水泥-水玻璃雙液漿的原材料：水泥選擇42.5R普通硅酸鹽水泥，水玻璃選擇模數為2.8～3.2，濃度為40Be的堿性水玻璃。水泥-水玻璃雙液漿可根據注漿水文地質條件靈活配制，一般控制在1：（0.2～0.6）。

2.3.3 漿液擴散半徑的確定。一般用馬格（Maap）公式計算得出漿液擴散半徑。但對于巖層注漿，漿液擴散半徑受巖石裂隙孔隙影響極大，根據經驗，按漿液擴散半徑2m來確定注漿孔距。

2.4 注漿孔布置

根據漿液擴散半徑2m，初步確定段距范圍10m。注漿段布孔密度為間排距2.55m×10m，共計注漿孔592個，上下排注漿孔位交錯布置。

2.4.1 注漿孔結構。設計孔深：淺孔0.5、0.9、1.2m；深孔4.0m。注漿管利用φ42×500-1200mm型加工制作成倒楔型，另一頭車絲，利用麻均勻纏繞于孔口管，用推力器將其鑲入鉆孔內固定于井壁上。外漏長度不超過100mm，壁間注漿結束封孔后卸下孔口閥，防止影響將來提升吊盤，終孔后利用雙液漿封孔，并將注漿管外漏部分妥善處理。

井筒內每排先布壁間注漿孔8個（長度0.5～1.2m），進行壁間注漿，然后再套壁間孔，鉆進至4米（長度4.0m），形成壁后注漿孔，進行壁后注漿充填，達到加強帷幕效果。

2.4.2 注漿結束標準及效果檢查：注漿范圍內井壁無集中明出水點。

3 注漿堵水施工

3.1 施工工藝流程

井下工作人員到主井井筒工作地點→接通電話、風、水、電→檢查設備及設施→注漿施工（注漿工藝流程）→施工結束后斷開風、水、電→電話聯系后升井。

3.2 注漿工藝流程

風錘開孔至孔深0.5～1.2m時→安裝孔口管→安裝高壓閥門→關閉閥并連接好注漿設施→打開閥門→開啟注漿泵壓水→注入漿液→停注→關閉閥門→換孔。

3.3 注漿系統

注漿泵的選型：選用2ZBSB3—0.5/10-15型雙液注漿泵2臺，風動高壓注漿泵2臺。

攪拌站布置：井筒攪拌系統及注漿泵合理布置于井筒吊盤上，

4 結語

通過注漿，井筒壁間壁后充填飽滿密實，形成了有效的堵水圍幕。井筒內的涌水量降至1m3/h以下。經實踐證明，該項技術適合東勝煤田西南部范圍立井井筒凍結施工完成后井壁淋水較大的井筒。采用壁間壁后注漿可以有效的將地下含水層或裂隙水封堵死，同時還起到加固井壁的作用。但如何正確的進行井筒壁間壁后注漿還是要注意一些情況：

如井筒為雙層井壁，應先進行壁間注漿后再進行壁后注漿，要根據出水點漏水情況逐段進行。

注漿孔的數目要根據堵水需要來確定，用馬格（Maap）公式算出漿液擴散半徑，但也需要考慮實際情況，注漿孔一般應錯開排列均勻布置。

壁后注漿的壓力：井壁強度能夠承受的壓力范圍可用公式：P=K（E?+2R0E）/2（R0+E）?來確定。

注漿孔的布設可根據現場施工具體情況適當調整，以達到注漿堵水效果為原則。

參考文獻

[1] 母杜柴登礦主井井筒壁間壁后注漿施工組織設計.

作者簡介：王崇斌，男，鄂爾多斯伊化礦業資源有限現任公司生產副總經理，工程師，研究方向：煤炭生產與管理。