綜合防治水技術(shù)在立井井筒掘進(jìn)中的應(yīng)用

李紅旗

（河南錦源建設(shè)有限公司，河南 鄭州 454000）

1 項(xiàng)目概況

鄭煤集團(tuán)楊河煤業(yè)有限公司裴溝煤礦位于河南省新密市境內(nèi)，行政區(qū)劃分別隸屬新密市來(lái)集鎮(zhèn)和劉寨鄉(xiāng)管轄。 礦井屬于鄭州礦區(qū)， 生產(chǎn)能力為1.8 Mt/a。 礦井采用立井多水平上下山開(kāi)拓，共有5個(gè)井筒；分別是主立井、副立井、深部副立井、中央風(fēng)井和31 風(fēng)井。 礦井主要開(kāi)采二1 煤層，二1 煤層厚度為0～8.98 m，平均4.2 m，主要為中厚煤層，煤層傾角4°～27°。根據(jù)礦井生產(chǎn)開(kāi)拓43 采區(qū)的需要，建設(shè)43 采區(qū)樊寨副立井為今后礦井的進(jìn)風(fēng)、排水、上下人員、提升矸石、升降設(shè)備和材料運(yùn)輸之需。

該井筒凈直徑Ф7.0 m， 凈斷面38.465 m2，井口臨時(shí)井頸設(shè)計(jì)標(biāo)高+229.00 m，鑿井深度775.03 m，主體采用鋼筋混凝土砌筑支護(hù)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。 其中臨時(shí)井頸6 m、磚砌加素混支護(hù)，壁厚1 300 mm；永久井頸2 m、雙層鋼筋混凝土支護(hù)；井身段壁厚500 mm，單/ 雙層鋼筋混凝土，含壁座工程量8 m，壁厚500～1 500 mm；井筒內(nèi)設(shè)置行人休息硐室3 個(gè)。

2 井筒地質(zhì)與水文地質(zhì)

根據(jù)井檢孔報(bào)告，副立井井檢孔巖性及含水層和涌水量情況如下：

孔深1.20～103.30 m 基巖風(fēng)化帶， 巖性以細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖為主，涌水量為94 m3/h。孔深103.30～857.35 m， 為二疊系上統(tǒng)土門組、平頂山組、上石盒子組、下統(tǒng)下石盒子組、滑動(dòng)構(gòu)造帶、山西組、石炭系上統(tǒng)太原組，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖，粗粒砂巖、石灰?guī)r組成。 上石盒子組砂巖、二1 煤頂板砂巖和L7-8灰?guī)r涌水量20 m3/h，土門組下部砂巖涌水量為60 m3/h，平頂山組巖層涌水量為187 m3/h，涌水量較大，常規(guī)施工無(wú)法穿過(guò)，因此必須進(jìn)行工作面超前探注。

根據(jù)勘探資料，主要含水層段有5 處：1.2～103.5 m為基巖風(fēng)化帶含水層， 預(yù)計(jì)井筒涌水量94 m3/h；216.5～377.8 m 為土門組下部砂巖含水層，預(yù)計(jì)井筒涌水量60 m3/h；388.00～445.94 m 為平頂山組含水層，預(yù)計(jì)井筒涌水量187 m3/h；460.10～637.50 m 為上石河子組砂巖含水層，預(yù)計(jì)井筒涌水量20 m3/h；757.00～821.85 m 為二1 煤層頂板砂巖含水層，預(yù)計(jì)井筒涌水量20 m3/h。

3 綜合防治水方案

在施工至含水層段前20 m 位置時(shí)， 嚴(yán)格執(zhí)行“有疑必探、先探后掘”的原則，探40 m，掘進(jìn)28 m，預(yù)留超前距為12 m。

表1 主要含水層（段）井筒涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果

根據(jù)不同的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件有針對(duì)性地選擇不同的防治水措施。 以下為防治水方案。

3.1 防

在井筒主要含水層揭露前20 m 進(jìn)行探水。 根據(jù)裴溝煤礦副立井井檢孔拄狀圖，施工至距離主要含水層20 m 時(shí)，工作面停止施工，進(jìn)行探水。 每次超前探水垂距為40 m，掘進(jìn)距為28 m，預(yù)留超前距為12 m[1]。 探水鉆孔布置4 個(gè)。 如鉆孔單孔涌水量小于5 m3/h 或探水鉆孔在結(jié)束后總涌水量小于10 m3/h[2]，工作面繼續(xù)掘進(jìn)；如探水鉆孔單孔涌水量大于5 m3/h 或探水鉆孔在結(jié)束后總涌水量達(dá)到10 m3/h，則停止工作面爆破打眼工作，改為預(yù)注漿施工。 工作面預(yù)注漿時(shí)，先注探水鉆孔，然后沿上述探水鉆孔圓周4 個(gè)孔中間增加4 個(gè)注漿孔。 探水鉆孔以井筒十字中心為基準(zhǔn)， 以半徑R 3 500 mm均勻布置4 個(gè)孔。 鉆孔終孔控制范圍以井壁外10 m范圍為準(zhǔn)， 探水鉆孔直徑Φ90 mm。 探水設(shè)備為2臺(tái)MKQJ-120/40 型潛孔鉆機(jī)。

圖1 探水鉆孔布置

表2 探水孔參數(shù)

3.2 堵

井壁局部淋水或集中出水點(diǎn)局部淋水量≥10 m3/h段，采用壁后注漿，達(dá)到封堵及對(duì)圍巖加固的目的。注漿孔分淺孔（充填）和深孔（加固）注漿。

在井筒施工結(jié)束時(shí)，如果井壁總漏水量超過(guò)10 m3/h或井壁有0.5 m3/h 以上的集中出水點(diǎn)，在沒(méi)有拆除吊盤前， 采用由下向上對(duì)井壁進(jìn)行一次整體復(fù)注，使井壁漏水量符合規(guī)范要求 （≤10 m3/h 或井壁沒(méi)有0.5 m3/h 以上的集中出水點(diǎn)）。

3.3 截

井壁局部淋水量≤10 m3/h 時(shí)， 采用井壁固定截水槽，用膠管把水直接截入井壁上設(shè)置的環(huán)形水槽中，根據(jù)淋水量或含水層實(shí)際情況，設(shè)置轉(zhuǎn)水站或腰泵房，然后導(dǎo)入腰泵房或直接排出井筒。

3.4 排

井深380 m 以上采用一級(jí)排水，井深380 m 以下采用二級(jí)排水（在380 m 附近設(shè)置腰泵房）。

（1）若井筒涌水量≤5 m3/h，直接用風(fēng)泵將水排入吊桶，然后提至地面進(jìn)行排水。

（2）若井筒涌水量＞5 m3/h，采用風(fēng)泵直接將水排入吊盤上面的蓄水箱內(nèi)，由吊盤上臥泵排至腰泵房或地面。

（3）排水設(shè)備配備

井筒施工期間準(zhǔn)備兩趟排水管路和兩臺(tái)臥泵。一趟Φ108 mm×6.5 mm（主排水管）、一趟Φ159 mm×6 mm（用壓風(fēng)管作為備用排水管）的排水管采用鋼絲繩懸吊在井筒內(nèi)。 在吊盤（中層）上安裝1 臺(tái)MD46-50×9 型臥泵，地面?zhèn)溆? 臺(tái)同等型號(hào)臥泵，以滿足正常排水和應(yīng)急排水施工的需要。

在井深到達(dá)380 m 處， 腰泵房施工完畢之后，在腰泵房?jī)?nèi)增加2 臺(tái)MD85-67×7 型臥泵，1 用1備，以滿足二級(jí)排水的需要。

4 具體施工工藝

4.1 探水鉆孔布置

探水鉆孔以井筒十字中心為基準(zhǔn)，以半徑R 3 500 mm 均勻布置4 個(gè)孔。鉆孔終孔控制范圍為以井壁外10 m 為準(zhǔn)，探水鉆孔直徑Φ90 mm。 探水設(shè)備采用MKQJ-120/40 型潛孔鉆機(jī)2 臺(tái)。

4.2 注漿設(shè)備及材料

（1）注漿鉆孔：設(shè)備亦采用2 臺(tái)MKQJ-120/40型潛孔鉆機(jī)，進(jìn)行鉆孔（與探水設(shè)備相同）。 注漿：設(shè)備采用2TGZ-60/210 型注漿泵2 臺(tái)， 攪漿機(jī)采用0.5 m3和1 m3各一臺(tái)。 注漿設(shè)備放置在井口附近。沿井壁固定兩趟D50 mm×6 mm 的無(wú)縫鋼管，作為注漿管路。 吊盤以下采用D25 mm 的高壓膠管，并安裝控制閥門，以便及時(shí)關(guān)閉漿液。

（2）注漿材料及段高

水泥采用普通硅酸鹽P.O 42.5 級(jí)水泥，水玻璃模數(shù)為2.4～2.8， 波美度40 度的水玻璃。 注漿段高：由于有多個(gè)含水組，為了減少預(yù)注漿所需要的準(zhǔn)備次數(shù)和時(shí)間，根據(jù)預(yù)計(jì)含水組的厚度，確定注漿段高。單含水組厚度小于20 m 的采取分層注漿；單含水組厚度超過(guò)20 m 及以上， 采用含水組分段注漿，注漿段高為40 m。

（3）注漿參數(shù)

①布孔方式

采用徑向傾斜布孔，鉆孔布置直徑Ф7 m，圓周布置鉆孔8 個(gè)（含探水鉆孔4 個(gè)），鉆孔直徑Φ90 mm，孔間距2 679 mm，鉆孔終端形成圓周直徑為27 m， 控制井壁以外圓周10 m 的范圍。 套管直徑Ф108 mm×6 mm 鋼管，長(zhǎng)度根據(jù)巖層中探水鉆孔超前鉆距和止水套管長(zhǎng)度表中的水壓和超前鉆距確定，最短長(zhǎng)度為5.5 m，設(shè)置放水孔或注漿孔，并安裝壓力表裝置、配套法蘭盤等，見(jiàn)圖2。

圖2 注漿孔布置

表3 注漿孔（含探水鉆孔）參數(shù)

注漿孔分為兩組-- 奇數(shù)組 1、3、5、7， 偶數(shù)組2、4、6、8。 第一組鉆孔主要解決較大裂隙的封堵，第二組鉆孔主要解決細(xì)小裂隙的封堵。 若注漿效果經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)不到要求時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加注漿孔數(shù)量，則先施工的孔兼做注漿前水量檢查孔，后施工的孔作為注漿質(zhì)量檢驗(yàn)孔。

②注漿壓力PH=1.5 MPa。

③為保證漿液在壓力作用下沿裂隙有效擴(kuò)散，防止從工作面跑漿，采用工作面預(yù)留止?jié){巖帽方法。

在施工期間遇到構(gòu)造帶或其他異常情況時(shí)，為了保證預(yù)注漿效果，采用澆筑止?jié){墊的方法進(jìn)行注漿。

4.3 壁后注漿

在含水組施工完畢后，如井壁局部漏水，在吊盤降落到該部位時(shí)，進(jìn)行壁后注漿[3]，封堵井壁的漏水點(diǎn)，減少井壁淋水和對(duì)井筒施工的影響（如揭露巖層屬于流沙層， 將對(duì)該段另行編制注漿方案）。 注漿漿液：含水層注漿以單液漿為主，封孔作業(yè)采用雙液漿。

根據(jù)《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：采用普通法全井筒施工的井筒深度大于600 m，井筒建成后，總漏水量≤10 m3/h，且井壁不得出現(xiàn)0.5 m3/h以上的集中出水點(diǎn)。 所以，在井筒施工結(jié)束時(shí)，總漏水量大于10 m3/h 或井壁有0.5 m3/h 以上的集中出水點(diǎn)，在吊盤上對(duì)井壁采用由下向上的方法進(jìn)行井筒整體復(fù)注，使井筒總漏水量降低到規(guī)范要求之內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同含水層特點(diǎn)，采取超前探注，合理布置鉆孔和段高，根據(jù)注漿壓力合理預(yù)留注漿保護(hù)層巖帽。 通過(guò)工作面預(yù)注漿，副立井井筒在該含水層段壁后注漿全部結(jié)束以后，井壁未出現(xiàn)0.5 m3/h 以上的集中出水點(diǎn)，井壁沒(méi)有明顯的漏漿液痕跡。 綜合防治水技術(shù)加快了立井井筒施工進(jìn)度，保證了施工安全，節(jié)約了建設(shè)投資，為穿強(qiáng)含水層立井井筒施工積累了工程施工經(jīng)驗(yàn)。