金黃莊礦副井井筒注漿堵水治理技術應用

王軍　曹國華

摘 要：金黃莊礦副井井筒注漿堵水治理技術采用“高低壓結合、深淺孔并用、復合、誘導注漿”方式進行，施工過程中嚴格執行“安全、經濟、合理”的設計原則，遵循“先試驗，后檢驗，再修改”的技術路線，保證施工技術具有較強的針對性和可操作性，靈活實施“試驗為先”、“動靜結合”的管理原則，達到“綜合治水、重點突出”的注漿堵水效果。

關健詞：井筒；注漿堵水；治理技術；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.007

1 工程概況

（1）井筒特征。金黃莊煤礦副井井筒深度879.1m，井筒凈直徑6.00m。采用凍結法施工，凍結深度166.3/136.57m（深孔/淺孔），控制層深度117.21m。副井鎖口段深度0～6m。副井凍結段深度6～117.2m，井壁為內外雙層鋼筋混凝土復合井壁結構，內壁厚為450mm，外壁厚為550mm，砼強度等級C30～40。深度270～330m段高內，井壁為單層鋼筋砼結構，砼強度等級C30～C50。其它基巖段井壁為單層混凝土，井壁厚度450～550mm，砼強度等級C30。

（2）井筒出水情況。根據資料統計和現場勘查結果：出水點位于井筒垂深235.0m至670.0m處（累計段高435.0m），初步統計約有12個層位（不含集中出水點段），40余處出水點，其中西北部散水點較多，東部主要是個別集中出水點，井筒綜合涌水量約9.6 m3/h，并有進一步增加趨勢。基本分為如下三種：① 罐道梁生根錨桿鉆孔滲水和原注漿孔返滲；② 較大段高出現不連續、分散出水段（如：610～630m）；③ 混凝土接茬出水呈分散集中式，多處沿井壁接茬集中出水。

（3）導水通道分析。在初步現場勘查、分析金黃莊煤礦副井井壁出水現狀、地層及井筒受力特征的基礎上，以確保井筒安全為宗旨，綜合現有技術條件下的治理經驗，本次治理設計按照“由表及里，綜合防治”的治理原則，選擇“破壁注漿”。即：在井壁上施工注漿通道，向井壁壁后一定范圍內灌注可堵水的漿液材料，通過漿液的固化從而堵塞壁后的可過水通道，并通過套孔復注封堵圍巖裂隙，從而達到改善地層導水性和堵水的目的。

2 注漿技術應用

2.1 注漿壓力

注漿壓力的確定應考慮井壁強度、承受能力等安全因素。注漿壓力為靜水壓力0.5～1.5Mpa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當提高。實際工程前，應根據井壁強度測試結果進行確定。另外，注漿工程受下列因素的明顯影響：受注地層的成層狀況和含水條件；注漿方法（注漿管的結構等）；漿液材料的性質（粘度、凝膠時間）等。注漿壓力對漿液的擴散范圍有重要影響。

目前注漿工程經常采用的經驗公式為：

PC=P0+（0.5-1.5）

式中，PC為注漿終壓，MPa，PO為注漿點靜水壓力，MPa。

由于副井井筒井壁混凝土接茬處質量較差，經綜合考慮，本工程實際注漿施工過程中，應根據現場實際及時調整注漿壓力及孔位，保證合理漿液擴散范圍和井壁安全。

2.2 注漿工藝應用

為切實解決注漿壓力和井壁強度之間的矛盾，增加井壁強度減少漿液流動阻力，本次注漿采用如下技術工藝：（1）誘導注漿工藝。在注漿造孔時同時造孔3個，中間一個用于注漿，兩側孔破壁后安裝壓力表和高壓閥門，實時監測壁后串漿壓力，一旦發現壓力過大（壁后≥2.5 MPa，套孔復注≥4MPa）立即打開閥門進行泄漿，每一循環先予造兩至三個孔進行泄水、壓水，聯通孔與孔之間的通道，分出先注孔和后注孔；（2）單孔少注，群孔多注的工藝。采取控壓控量工藝，以低壓慢注方式進行注漿，并爭取單孔進漿量較為均衡可以確保壁后空隙及圍巖裂隙充填密實，井壁抗壓強度及防水能力得以增強。

2.3 漿液擴散半徑及范圍

（1）半徑。漿液擴散半徑與注漿壓力、漿液類型、濃度及地層等密切相關。根據類似工程實踐，為保證注漿堵水質量，兼顧井壁安全，本次壁后注漿取2.0～3.0m；（2）范圍。本次治理的總體思想為注漿堵水及井筒加固并重，堵水先行，加固緊跟，并根據井壁出水及地層特征，做到精細化布孔，既要做到重點突出，更需做到“標本兼治”，全面徹底地根治井筒工程地質問題。該段高內（井深230m～670m），出水點層位約20層，井深505m以下基本上為每隔5m～10m有一層出水點，且大多為井壁砼接茬處滲水。因此在明水點封堵后還要做好滲水點相對應含水層的“封頂固底”注漿工作。

原則上在對出水層位注漿封水后，按照五花孔在其上下各3～4m處（視圍巖裂隙發育及透水性確定）均施工一排注漿孔（實際施工中還應根據造孔和壓水試驗進一步確定），6孔/層，孔距3.14m，初注孔深0.8m（破壁后進入圍巖200mm），復注孔深約2.0m～3.0m。預計注漿層位32層，造孔192個。具體注漿施工段高包括230m至井底段全段高。

2.4 注漿順序及注漿量

（1）注漿順序。依據《煤礦井巷工程施工規范》（GB50511-2010）及本次注漿工程特點，為確保施工安全和保證注漿質量，本次注漿采取“總體下行，段內上行”順序實施，段內（100m/段，預計分為四個段高，具體段高分布還應視該段高井壁出水點、地層性質及井壁結構情況進一步確定）采取“上行初注，下行復注”方式進行。嚴格執行“對點堵水，封頂固底、套孔復注”的設計原則。

首先采用“下行式對點封堵”對出水點進行注漿直接堵水，其后對該段高進行壁后注漿充填，最后采用上行式注漿方式，對已注孔進行中深孔防滲復注。

（2）注漿量。針對地層地質構造分析，尤其是井筒建井凍結影響等需特殊考慮。

由于建井過程中曾經采取過工作面預注漿，結合工程實際，預計注漿量消耗：水泥約80 t，水玻璃20 t。超細顆粒水泥（或化學漿液）約30 t作為備用。

3 注漿效果

該工程采用壁后注漿技術，對井壁出水及壁后基巖裂隙進行密實和充填，隔絕滲水通道，消除了水害威脅。同時，通過注漿改善了地層的物理性質，增強了井壁防滲性能，提高了井壁自承載能力，減少了由于滲水造成的提升設備銹蝕，提高了井筒服務年限。因此，本次注漿堵水工程達到并超出設計的預期效果，為金黃莊煤礦的安全生產提供了有力保障。endprint