富水條件下砂巖裂隙水防治技術研究

吳茂勝，楊允林山東能源新礦集團內蒙能源長城五礦

富水條件下砂巖裂隙水防治技術研究

吳茂勝，楊允林
山東能源新礦集團內蒙能源長城五礦

摘要：蒙西地區根據周邊礦井及長城五礦實際揭露巖性情況，地層無較大地質構造，巷道內裂隙發育，易于形成導水通道。長城五礦主副斜井及礦井回風大巷在掘進過程中由于裂隙發育，迎頭淋水不斷，給施工帶來很大困難，必須通過有效的注漿措施進行水害治理。本文重點通過對砂巖裂隙水防治技術研究，達到砂巖裂隙止水和加固頂板的作用。

關鍵詞：煤礦；砂巖；裂隙；防治水

1　井筒巷道施工條件

長城五礦采用斜井開拓，分別布置主斜井（1291米）、副斜井（1062米）和回風立井（286米），開采水平為+800m和+500m兩個水平。井筒及主要開拓巷道位于孫家溝組和上石盒子組，礦井新近系含13層流沙層及3層礫石含水層，孫家溝組及上石盒子組以砂巖為主，其中中砂巖為主要含水層。開拓巷道內裂隙發育，新近系含水層直接或越流溝通補給基巖含水層，基巖水以砂巖裂隙含水層為主，砂巖裂隙水是造成礦井巷道掘進施工的最大困難。

2　砂巖裂隙發育特征

礦區位于鄂爾多斯地臺西緣賀蘭山褶皺帶中段東側，褶曲和斷裂均發育。主要斷層受東西向壓應力所控制，走向近南北。經地震勘探后全區分布有斷層9條，按斷層性質分：正斷層6條，分別為蘇爾圖斷層、白土斷層、F3、沙蘭特拉斷層、沙爾陶勒蓋斷層、西布其斷層；逆斷層3條，分別為雙井梁斷層、架子梁斷層、新井子斷層。

井田內裂隙縱向發育，根據實際揭露情況，裂隙發育主要為西東方向，延井筒及巷道掘進方向，為本礦井砂巖裂隙水治理提供了便利條件。正常情況下每次探水布置3-5個探水孔，若探水過程中發現前方有含水層存在，采用齊頭帷幕式注漿方法，將地下水隔離在掘進巷道安全范圍以外。該種探水注漿堵水方法嚴重制約施工進度，影響施工工期。

2.1設定目標及可行性分析

（1）目標設定：通過改進后的探水注漿工藝，達到加固頂板的作用，同時巷道掘進完成后，注漿段總體涌水量≤1方/時。

（2）負責五煤回風上山探水注漿工作的人員有多年從事生產礦井探放水工作經驗，而且都是施工現場一線技術力量骨干，具有較強的解決問題的能力，是一支專業技術強悍的團隊。

（3）施工方案設計編制詳細、科學、合理，經多次現場實踐成功，具有較強的針對性。

3　方案確定

根據現有的情況和施工條件，可有以下兩種方案可供選擇：

方案一：采用傳統齊頭帷幕式注漿方法，對井壁周圈形成注漿帷幕，確保巷道施工安全通過。

方案二：針對現場裂隙發育情況，結合地質報告及地質素描，有針對性的造孔注漿，封堵涌水裂隙，有效減少涌水量。

方案對比：方案一傳統帷幕式注漿堵水可以最大限度的減少頂板淋水，但是施工周期長，平均每次注漿至少布置15-20個注漿孔，需要15-20天的時間，嚴重影響施工進度。方案二有針對性的注漿堵水同樣可以有效的減少頂板淋水，施工周期較短，每次僅需布置3-4個注漿孔，可以有效的減少注漿時間，加快施工進度。

4　注漿施工工藝

一般的施工工藝流程為：放線定孔—鉆孔—下管—注漿—提管—封孔—移孔—補孔注漿。要求：

（1）鉆孔。先標好眼位，用風鉆配釬子、鉆頭打孔。埋管：打好注漿孔后，穿入注漿管，注漿管用連接套連接，并用管鉗上緊。

（2）球型閥及注漿管路的安裝，注漿管安裝好后先安球型閥，連接高壓注漿管，三通混合器，四通及卸壓閥。

（3）壓力試驗。按雙液注漿管路要求，將管路連接好以后，開泵注清水，測定井壁的受注能力，檢查井壁是否有漏水現象。如有漏水，在注漿前進行處理。

（4）注漿。根據壓力實驗情況進行注漿配比，根據進漿情況隨時調整流量、漿液濃度，注意注漿壓力，隨變化而變化，達到設計注漿壓力和堵水目的，即可停止注漿。

（5）跑、漏漿的處理。在注漿過程中，如發現跑漿現象，可根據現場跑、漏漿情況采取糊或噴漿、停、點、注等方法處理，以減少漿液損失，達到注漿預期目的。

（6）注漿塞外露端的處理。注漿結束后，擴修施工中如有影響施工的情況，及時用鋼鋸處理。

（7）壁后注漿按4～6MPa控制，注漿壓力是漿液擴散充填的能量，注漿壓力的大小，取決于注漿孔靜水壓力的大小、井壁的承壓能力，根據現場情況和注漿效果做相應的調整。

為保證方案二的有效實施，應做好以下準備工作：地測人員現場收集裂隙發育情況，充分分析地質報告含水層分布，做好地質預測預報。根據探水情況詳實反應在圖紙上含水層及裂隙發育情況，最后有防治水專業人員確定針對性的注漿方案。

5　檢查效果

（1）注漿效果檢驗

施工人員嚴格按照設計要求實施，通過對注漿過程注漿量觀察，通過觀察孔檢驗注漿效果，保證掘進過程中控制整體涌水量≤1方/時。

（2）經濟效益

有針對性的注漿，可以有效的減少注漿孔數，以每米200元造孔費計算，每次可減少12-15個孔的造孔費用，每個孔以50米計算。可節約：12個*200元/米*50米=12萬元。

（3）社會效益

該創新工藝研究優化了傳統帷幕式注漿方法，針對性更強，可以明顯提高施工效率，尤其對于基建礦井可以有效的提高施工進度，減少施工工期，促使礦井提早投產。

6　結語

整個施工期間，管理科學，技術工藝合理先進，未發生任何機械、人員事故，未影響五礦正常生產。由此有如下經驗與體會：

（1）在工作環境比較特殊的條件下施工，精心組織、嚴格科學的管理，起重要作用。

（2）選擇適宜的配套注漿設備，可減少設備維修的次數和時間，大大提高注漿效率。

（3）多個鉆孔在射孔時，有套管變形現象，由于注漿不均衡，地層抬升不均勻，對套管產生較大的地層應力，造成套管變形，故注漿宜連續、快注，盡量均衡各孔的注漿量，縮短注漿時間。

（4）認真分析、研究注漿段的水文地質條件，確定適宜的注漿終壓、注入量等注漿參數，對保證注漿質量，提高注漿效率，合理控制注漿材料用量等起著重要作用。

參考文獻：

[1]劉文民，程志彬.軟弱地層斜井凍結方案設計[J].建井技術，2010.06.

[2]宋合聚，高吾斌.注漿法在斜井表土層段維修中的應用[J].煤礦現代化，2010.05

[3]北京大地工程（開發）公司《長城五號礦井初步設計》

吳茂勝（1975-），男，山東萊蕪人，工程師，大學學歷，現在新汶礦業集團內蒙能源公司長城五號礦井籌建處副總工程師；

楊允林（1985-），男，山東德州人，助理工程師，大學學歷，現在新汶礦業集團內蒙能源公司長城五號礦井籌建處從事防治水管理工作。

作者簡介：