主立井井壁注漿堵水技術應用及效果

張 宏

（山西三元煤業股份有限公司，山西 長治 046000）

1 概況

三元煤業主井井筒已服務20年，井筒提升方式采用雙鉤箕斗，承擔礦井的煤炭提升任務。井筒存在著井壁漏水現象，漏水量較大，根據觀測漏水量約10m3/h。同時主井存在提升機滾筒開裂、過放距離較短、罐道變形等問題，因此對主井井筒進行了提升系統改造，并在井筒改造前后對井壁出水區域進行注漿堵水。

根據對井筒現場觀測，主井井筒淋水段長度為273m，出水點共計18處，涌水主要來源于第四系松散層和二疊系石盒子組含水層。主要出水點見表1。

2 井筒地質及工程情況

2.1 井筒穿過地質

根據主井竣工素描圖，主井206.8m以上為第四系更新統，其下依次為20.2m含礫中粗砂；23.6m為二疊系下統下石盒子組，巖性為中細砂巖及泥巖、砂質泥巖、砂巖層等。

井筒227m以淺為第四系含水層，主要為粘土和砂層，經統計共有13層砂層。見表2。

表1 主井出水點統計表

2.2 井筒施工情況

主井井筒1991年12月25日開工，1993年4月25日竣工，施工時曾在23m處發生過整體下沉現象。

井筒凈直徑5.0m，井筒總深度為373.5m。井筒采用凍結法施工，凍結深度260.5m，凍結段為雙層井壁，井壁厚度為350mm（外壁）、400mm（內壁），基巖段厚度400mm，表土及風化基巖段井壁采用雙層鋼筋混凝土支護，基巖段井壁采用混凝土支護。

表2 井筒227m以淺砂層分布表

3 注漿施工方法與工藝

3.1 準備工作

根據注漿施工要求，需要在井筒內新鋪設風、水管（風管使用直徑32mm、25mm的高壓膠管，水管使用直徑10mm的高壓膠管）使用10#鉛絲固定在梯子間上，懸掛工作需要乘坐箕斗，施工人員站在箕斗內，系好保險帶后進行管線吊掛鋪設。

注漿使用的風、水從地面進行連接，根據注漿位置進行延伸。

由于在井筒內作業，箕斗的升降信號由專人使用對講機負責聯系。每天八點班為主井箕斗檢修時間，待檢修完畢后進行注漿施工，每天注漿時間約6h。

施工期間，嚴格執行一個班打眼、一個班注漿。

3.2 施工方法

施工人員乘坐箕斗進行打眼注漿工作，首先對出水量大的孔進行封堵，其次自上而下對滲水區域進行注漿封堵。

根據現場實際踏勘及主井箕斗關系圖進行比對，箕斗距離東西側井壁為1.25m，距離南北側1.3m，滿足施工條件。實際情況以現場為準，若局部距離井壁較遠時為保證施工安全需增加施工平臺，平臺使用80mm×150mm木板進行鋪設，用工字鋼進行固定?；飞掀脚_只作為打眼及安、拆注漿管。注漿泵及水泥、水玻璃放置在箕斗內。在施工井筒東西側時，打眼及注漿全部在箕斗內進行作業，在施工井筒南北側時，注漿在箕斗內施工，打眼需在箕斗頂板進行作業，在施工時人員統一站立在“罐帽”下，必須佩戴安全帶且固定牢固。

3.3 施工工藝

（1）設備和材料

選用YT-28型風鉆打眼，鉆頭直徑為42mm，1臺風動注漿泵。注漿材料選用水泥-水玻璃漿液。

（2）注漿壓力

注漿壓力一般為靜水壓力的1.5～2倍，但是注漿壓力的選擇還應考慮井壁的承受能力。如果注漿壓力大于井壁的承受能力，已有井壁則會被破壞。

根據《煤礦立井井筒及硐室設計規范》（GB50384-2016）中凍結法鑿井井筒的井壁厚度計算公式進行反算，得到計算處作用在井壁上的載荷值。計算公式如下：

式中：

Pk-作用在井壁上的均勻載荷標準值；

υK-結構的安全系數，取1.05；

P-計算處作用在井壁上的載荷值；

t-井壁厚度，表土段內壁、基巖段均取400mm；

rn-計算處井壁內半徑，表土段內層井壁、基巖段均取2.5m；

fs-井壁材料強度設計值。

經計算，等級強度不同的混凝土對應的均勻載荷標準值見表3。

表3 均勻載荷標準值計算表

（3）注漿形式

注漿孔深選擇為凍結段注漿孔深度為400mm，基巖段打眼深度200～300mm，鉆桿長度選擇為500mm。注漿由淺至深進行，先對出水量大的地點進行注漿封堵。

（4）注漿管埋設及固定

注漿管采用4分鋼管，長度600mm，在施工前用麻布在注漿管前段纏好封閉，將插管打入注漿孔300mm即可，在孔與管四周打上2～4個道釘以固定插管，插管外露300mm。

在注漿插管安裝完成后，并將4分高壓閥門安裝在已經纏好的注漿插管上，閥門必須完好，閥門必須擰緊牢固后，方可使用大錘打擊插管的焊接鋼筋將插管打入注漿孔內，見圖1、圖2。

圖1 插管示意圖

圖2 插管安設示意圖

（5）注漿

注漿前，人員將注漿材料水泥、玻璃水壺放入箕斗內，注漿泵由人員抬入箕斗。作業時，箕斗內人員主要作業為攪拌漿液，以及開動注漿泵，箕斗頂層人員主要作業為打眼、埋設插管、注漿觀察井壁。注漿完畢時，注漿泵及剩余注漿材料抬出箕斗。

水泥漿液水灰比為1:1～1.5:1之間，雙液漿中水泥漿液與水玻璃體積比為1:0.6～1:1。使用容器桶由人工進行攪拌制漿，漿液水灰比為1:1。

待插管埋好后，即可在插管外露端擰上4分高壓閥門，閥門連接注漿泵。開始注漿前，先注入清水，沖刷空隙，然后注入雙液漿即可。

在施工注漿時，由注漿人員隨時了解漿液的稠稀和注漿壓力的大小，逐步控制漿液由稀到稠，壓力由小到大。

（6）跑漿處理

在注漿過程中發現跑漿時，采用：① 間歇注漿，停注，換孔注；② 注雙液漿，雙液比按1:0.2～1:0.5調節；③ 直接封堵，可用棉紗、竹皮或木楔直接封堵。

（7）注漿結束標準

注漿達到終壓的情況下，注漿孔注不進去，井壁裂隙已被封堵，漏水點不再涌水，可結束本孔注漿。

4 注漿注意事項

（1）注漿中必須有專人負責觀察井壁和機械運轉情況，發現問題，及時報礦調度，相關科室研究后，進行處理后再注。

（2）每個注漿孔注漿，結束必須沖洗注漿管路，以防堵塞。

（3）剩余漿液及時回收，不得倒入井底。

（4）設備和工具放置安全可靠，水管、閥門必須擰緊、上牢。

（5）注漿中插管正前方嚴禁站人，雙液漿尚未凝固或有滲水應進行二次封孔。

（6）注漿前應對注漿管路進行耐壓試驗。

（7）每孔注漿時先進行壓水試驗，根據吸水量大小調整漿液水灰比。

（8）準備工作就緒，管線鋪設完畢，設備準備齊備并保證性能良好，相關熟練注漿、信號人員配備到位后，才能開工。

（9）在注漿前，要在凍結段雙層井壁和基巖段單層井壁分界位置做好標記，并結合原始井筒巖性資料，指導本次注漿工作。

5 注漿效果

本次注漿分為三個階段：

第一階段為主井裝備改造前。為不影響改造、安裝施工質量，提前進行注漿堵水，每天利用檢修時間進行注漿，注漿后井壁出水點減少，且出水量同時也變小，不影響改造工作。此次注漿由18處出水點減少為5處出水點，出水量為3m3/h，主要出水點僅有壁座錨桿處。

第二階段為主井裝備改造后。每天利用檢修時間進行注漿，對上次未注漿的5處出水區域和更換罐籠后新增的3處出水點（分別在50m、180m、230m）進行繼續注漿封堵。經注漿后，井筒主要出水點已全部堵水完畢，僅有個別點有滲水現象。

第三階段為加固注漿。利用回采工作面搬家期間每天8點班注漿，本次對注漿后出現的個別新增出水點進行加固注漿。通過注漿后井筒已無大的出水點，僅井筒壁座和接縫處有滲水現象。

經過三次全面的注漿堵水工作后，井筒涌水量降為0.5m3/h，注漿效果良好。經現場觀察井壁已無大的出水現象，僅有個別滲水現象，達到了預期的注漿堵水效果，為今后生產過程提供更加安全有力的環境。