立井井筒過高壓強含水層的防治水技術

李衛峰

（鄭州煤電股份有限公司 告成煤礦，河南 登封 452477）

1 概況

告成煤礦受滑動構造影響，地質及水文地質條件復雜，南翼副井處于礦區西南部，井筒設計746m，井筒井口標高+249.5m，凈徑7.0m，井筒在掘進過程中主要揭露的含水層主要有兩層：一是圈門組（T12、T11）砂巖段含水層；二是太原群上段C3L7～C3L8灰巖巖溶裂隙含水層。2012年2月井筒揭露圈門組圈門組T12段層位，涌水量最大為60m3／h；2013年6月，井筒揭露太原群上段C3L7～C3L8灰巖巖溶裂隙含水層，涌水量最大為40m3／h。為保證井筒安全掘進，根據該區域地質及水文地質資料，確定了井筒在揭露主要含水層前通過多種技術手段，如通過超前物探、邊探邊掘等手段，查清各含水層富水情況，對于含水較為豐富的含水層進行超前注漿封堵。

2 防治水技術

2.1 物探先行，探注結合

根據井檢孔推算井筒在280 m 處將揭露圈門組T12強含水層，在掘進240m 時停止了掘進，用瞬變電磁儀進行了超前物探，物探結果顯示見圖1，底板下方40m 處存在底阻異常區。為了驗證物探結果并對底板下方水文地質條件進行探測，設計施工了探水孔，鉆孔施工41m 時出水15m3／h，施工60m 時出水60m3／h，水壓0.4MPa。可見圈門組含水較為豐富，必須進行超前預注漿。

圖1 240m 處垂向頂板瞬變探測

超前預注漿時，注漿段高40m，注漿后掘25m預留15m止漿巖帽，每段注漿方式和工藝基本相同。沿井筒周邊均勻布置10～16個鉆孔，鉆孔直75mm。在井筒中間布置3個效果檢查孔，若檢查孔出水將作為補充注漿孔。注漿采用水泥單液漿，注漿終壓為工作面鉆孔靜水壓力的2～3倍。

井筒在掘進過程中主要揭露了圈門組砂巖含水層、太原群上段L7-8灰巖巖溶裂隙含水層。在掘進過程中堅持邊注邊掘，在240m 開始進行超前預注漿加固，終孔位于井壁以外15m，垂深40m，沿井壁均勻布置鉆孔8個（見圖2），超前距保持30m，對于單孔涌水量大于20m3／h的鉆孔，兩邊增加補充鉆孔，注漿結束后再在井筒內設計施工2個檢驗證，2個檢驗孔總水量不能超過4m3／h，否則視為注漿效果不合格，需重新對薄弱區域再施工注漿鉆孔。

圖2 圈門組注漿鉆孔布置平面

由于煤層底板太原群上段L7-8灰巖含水層未得到徹底疏放，含水較為豐富，故沿井壁外圈均勻布置12 個孔（見圖3），終孔位于井壁以外20m，穿過L7-8灰巖2m，對于單孔涌水量大于10m3／h的鉆孔，兩邊增加補充鉆孔，注漿結束后再在井筒內設計施工施工2個檢驗證，2個檢驗孔總水量不能超過4 m3／h，否則視為注漿效果不合格，應重新對薄弱區域再施工注漿鉆孔。

圖3 太原組上段灰巖注漿鉆孔布置平面

2.2 強含水層重點加固

由于告成礦井筒落底位置距太原群下段L1-4灰巖巖溶裂隙強含水層僅10m 左右，經計算該處安全保護巖柱9.3m。考慮到L1-4灰巖巖溶裂隙較為發育，且厚度較大，富水性強，注漿加固分為3圈進行，鉆孔布置見圖4。第1圈使鉆孔見L1-4灰巖頂界面距井壁15m，終孔位于L1-4灰巖底部，鉆孔終孔間距10m；第2圈使鉆孔見L1-4灰巖頂界面，距井壁5m，終孔位于L1-4灰巖底部，鉆孔終孔間距10m；第3圈為垂直向下3個檢驗孔，且檢驗孔總水量不得超過4m3／h，否則補打驗證鉆孔。

圖4 太原組下段灰巖注漿鉆孔布置平剖面

2.3 壁后注漿

壁后注漿采用單液水泥漿，注漿孔呈插花交錯、深淺相結合布置（見圖5），一般在井壁出水點上、下各0.5m 處施工注漿鉆孔。孔深3～5m，下入Φ25mm 注漿管1m，注漿期間注漿壓力一般控制在3～4 MPa。根據鉆孔涌水量和注漿效果，及時對調整漿液的濃度，以達到最優注漿和堵水效果。

壁后注漿共進行了2次，超前預注漿14次，累計施工117天，鉆孔進尺分別為3600m 和6542m，共用水泥716.3t，順利揭露煤層頂板砂巖段富含水層及L7-8灰巖含水層。太原群下段L1-4灰巖進行超前預注漿，累計施工30天，鉆孔進尺780m，共用水泥181.6t，實現了井筒順利落底。井筒落底后水量40m3／h，通過對淋水相對集中點壁后注漿，使井筒水量減少到5.8m3／h。

圖5 井壁壁后注漿鉆孔布置示意

3 結語

1）通過物探、鉆探等手段有效地查明了井筒地質與水文地質情況，制定專門的綜合防治水措施，保證了井筒安全、快速施工。

2）通過在井筒采取壁后注漿，使井筒水量由40m3／h減少到不足6m3／h，大大改善了工作面施工環境，減少了排水資金的投入。

3）采用單液水泥，注漿期間一定要按步驟進行注漿，可先壓清水，再注漿，注漿時一定要調整好漿液比重，先稀后稠。

〔1〕王新強，王 偉，張 弛，等.趙樓礦風井基巖段防治水注漿技術〔J〕.能源技術與管理，2009（01）.

〔2〕王志驊，湯友誼.立井井筒工作面預注漿堵水技術的研究與應用〔J〕.煤炭技術，2009（03）.

〔3〕韓振先，王海軍，黃鵬飛，等.深立井井筒鑿井高水壓工作面防治水實踐〔J〕.中州煤炭，2009（08）.