高承壓水井筒淋水封堵技術(shù)研究

肖 猛,

（肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,山東 肥城 271608）

高承壓水井筒淋水封堵技術(shù)研究

肖 猛,馬金偉

（肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,山東 肥城 271608）

針對(duì)肥礦集團(tuán)井筒淋水，研究總結(jié)了封堵高承壓含水層淋水注漿方式、注漿壓力的確定、注漿材料、注漿工藝參數(shù)及注漿施工技術(shù)以及井筒凍結(jié)后解凍與井筒淋水發(fā)生規(guī)律。

高承壓水；井筒淋水；封堵

0 前言

肥城集團(tuán)在魯西南已開發(fā)4對(duì)礦井，開采深度大都超過(guò)-1000m水平，礦井建設(shè)中均受到厚沖積層水和高承壓含水層水的影響或威脅，井筒不同程度存在淋水。為確保井筒安全、減少礦井排水費(fèi)用，我們對(duì)基巖段高承壓水進(jìn)行了壁后注漿研究和實(shí)施，效果良好。

1 井筒淋水封堵注漿方式

厚沖積層凍結(jié)段井壁采用砼強(qiáng)度等級(jí)C30～C65的高強(qiáng)高性能鋼筋混凝土塑料夾層復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)型式，該段淋水封堵采用兩井壁全斷面壁間注漿技術(shù)；基巖段為素砼單層井壁，本段高承壓水淋水采用壁后注漿技術(shù)。

2 封堵高承壓水井筒淋水注漿壓力的確定

2.1 高承壓水注漿壓力選擇

高承壓水井筒淋水封堵風(fēng)險(xiǎn)主要為：注漿壓力與水壓、擴(kuò)散半徑、井壁承壓關(guān)系及高壓條件下安全措施落實(shí)等。注漿壓力過(guò)大，漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)，耗漿量大，容易造成壓力傳導(dǎo)撐破井壁，造成巨大損失，或漿液沿著井壁流竄，造成材料浪費(fèi)；注漿壓力過(guò)小，則漿液受水壓作用有效擴(kuò)散半徑小，達(dá)不到封水的效果。

2.2 井壁承壓能力與注漿壓力匹配理論計(jì)算

壁后注漿壓力主要考慮井壁抗壓強(qiáng)度，以確保不破壞井壁的穩(wěn)定性為原則。壁后注漿終壓一般是靜水壓的1.3倍，二水平基巖段含水層靜水壓力為5～7MPa，理論注漿壓力為6.5～9MPa。為合理選擇注漿壓力，課題組聯(lián)合中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院根據(jù)井壁受力關(guān)系，建立模型后推導(dǎo)出公式

其中t—井壁厚度，m；

rn—計(jì)算處井壁內(nèi)直徑，m；

fs—混凝土極限抗壓強(qiáng)度取0.8倍立方體的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

P—計(jì)算處作用在井壁所能抵抗的極限荷載，MPa。

計(jì)算得出二水平井壁所能抵抗的極限載荷分別為：主井9.16MPa、副井8.06 MPa、風(fēng)井9.53MPa。

結(jié)合計(jì)算結(jié)果，考慮注漿前期為疏水降壓動(dòng)水壓力，后期接近井水壓力、含水層位置為C50砼以及注漿時(shí)含水層位置注漿壓力不得超過(guò)井壁極限承載能力等因素，設(shè)計(jì)淺孔（孔深1.5m）孔口管進(jìn)入基巖不得小于1.0m，注漿壓力不得超過(guò)5Mpa，深孔（孔深2.5m）孔口管進(jìn)入基巖不得小于2.0m，注漿壓力不得超過(guò)8Mpa，采取“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”措施。

3 注漿材料

根據(jù)注漿材料的可注性、可控性和抗?jié)B性，壁后注漿堵漏時(shí)采用水泥單液漿進(jìn)行封堵，封孔選用水泥—水玻璃雙液漿，水玻璃選用濃度為40波美度、模數(shù)為2.4～2.8的水玻璃。后期采用高分子馬麗散E封注井壁密集型小出水點(diǎn)。

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(shí)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(shí)間一般為60s到幾分鐘不等。

4 注漿段高及布孔方式

根據(jù)井筒淋水實(shí)際發(fā)生情況，重點(diǎn)對(duì)基巖M4、M5、M6高承壓含水層進(jìn)行壁后注漿。

基巖段壁后注漿采用梅花三花型、深淺孔結(jié)合的方式進(jìn)行注漿，淺孔孔深1.5 m，深孔孔深2.5m，孔間距2.5～3.5m，排距3.5～4.0m，每排布置6孔，孔口管長(zhǎng)度為800～1500mm，外露長(zhǎng)度為50～80mm。漏水量較大的接茬處，在距接茬500mm左右上下交錯(cuò)布置孔口管且向上、下傾斜；注漿孔施工時(shí)按鉆探或物探提供的水源位置、裂隙分布、水流方向找到水源主導(dǎo)裂隙，將注漿孔打到主導(dǎo)裂隙，充分發(fā)揮每一個(gè)注漿孔的作用，同時(shí)在水流下游適當(dāng)位置布置導(dǎo)流泄壓孔。

5 注漿工藝

注漿前，先壓水試驗(yàn)，球閥與高壓混合器接好后，開動(dòng)注漿泵，用清水沖孔，并作串通試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)；將吸漿管擰緊上牢，分別放入在儲(chǔ)漿桶內(nèi)（水泥漿桶、水玻璃桶），按照設(shè)計(jì)好的漿液配比，調(diào)整好流量，先注單液漿，再注雙液漿。注漿順序先由下至上再由上至下復(fù)注，先注漿加固接茬，再由小水點(diǎn)至大水點(diǎn)封注，封注大出水點(diǎn)時(shí)，采取頂水注漿或在出水點(diǎn)附近打泄壓孔，采取引流注漿、間歇注漿方式。注漿過(guò)程中，視壓力情況或涌水情況，隨時(shí)調(diào)整漿液濃度。每個(gè)孔注漿結(jié)束后，必須用清水沖洗凈注漿管路，吸水泥漿管和吸水玻璃管的兩根液吸漿管要做好標(biāo)記，以防混用。

針對(duì)靜水壓力大、注漿壓力高的特點(diǎn)采取超前“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”于一體的創(chuàng)新性思路。即超前施工探水孔，查找水源主導(dǎo)裂隙，測(cè)量靜水壓力，同時(shí)疏水降壓，布置注漿孔時(shí)在水流下游適當(dāng)位置布置導(dǎo)流泄壓孔，降低水壓，從而降低注漿壓力。注漿過(guò)程中時(shí)刻觀測(cè)泵壓，當(dāng)壓力接近設(shè)計(jì)值時(shí)應(yīng)及時(shí)停泵，采用間歇注漿、引流注漿方式，確保高壓狀態(tài)下井壁不受破壞。

6 井筒解凍期與井筒淋水發(fā)生規(guī)律研究

（1）井壁解凍期隨凍結(jié)壁溫度回升速度及井壁井筒通風(fēng)條件有所不同，一般350～400d井壁全厚恢復(fù)正溫，22～26個(gè)月凍結(jié)壁完全解凍，在秋季凍結(jié)解凍期比在冬季凍結(jié)要長(zhǎng)。（2）井筒淋水隨解凍及注漿，常出現(xiàn)反復(fù)現(xiàn)象。一般在解凍初期、完全解凍、井筒安裝時(shí)淋水量會(huì)突增。（3）井筒淋水多發(fā)生在水壓大、富水豐富的中砂、粗砂含水層段，一般沿著解凍過(guò)程凍結(jié)管行成的環(huán)形通道、天然孔隙空隙形成的弱滲通道、凍融損傷誘發(fā)增大的巖體孔隙和空隙以及井座縫隙、澆筑時(shí)混凝土凝固時(shí)產(chǎn)生的干縮縫、金屬模板接岔處、注漿時(shí)水泥漿凝固后產(chǎn)生微裂隙及安裝時(shí)施工形成的裂隙等薄弱地段外滲。

7 技術(shù)應(yīng)用效果

經(jīng)分三階段對(duì)主、副、風(fēng)井基巖段進(jìn)行壁后注漿，各井筒淋水量均達(dá)到《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)。

8 結(jié)論

（1）高承壓含水層注漿壓力的設(shè)計(jì)和控制是關(guān)鍵因素，對(duì)水壓、井壁承壓能力及注漿壓力要進(jìn)行科學(xué)匹配計(jì)算。（2）針對(duì)靜水壓力高、注漿壓力大特點(diǎn)，提出“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”于一體的創(chuàng)新性思路。（3）研究了厚沖積層凍結(jié)段解凍規(guī)律及淋水發(fā)生特征，為壁間、壁后注漿指明了方向。