淺談與分析新鄭深部立井井筒防治水技術

馬金錄

（鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司基建部 河南鄭州 450042）

1 工程簡介

新鄭煤電趙家寨西翼深部回風立井井筒凈直徑Ф6.5m，鑿井深度709.8m。井頸及井底車場連接段采用單層鋼筋砼砌碹支護，其余采用砼砌碹支護。根據井檢孔資料，揭穿主要含水層，具體如表1所示。

表1 主要含水層（段）井筒涌水量預計結果表

但施工期間實際揭穿砂巖層位較多，含水層也多，中下部砂巖含水層水壓大，為保證井筒快速掘進施工，需在工作面進行超前探水注漿［1-2］。

2 主要施工技術

2.1 施工方案

含水層施工：在預計距含水層20m時，工作面停止施工，進行超前探水。探水前，要先進行物探，物探后，鉆探驗證，注漿結束8h 后，再實施物探驗證。超前探水每次按照60m 的垂距實施，掘進距設定在40m，同時，預留20m超前距，初步布置5個探水鉆孔。如鉆孔內無涌水，注漿封孔后，工作面恢復掘進；如果鉆孔內有涌水且超過5m3/h時，再增加4個鉆孔作為工作面注漿孔，共計9 個注漿孔。注漿結束，驗證無出水后，方可進行掘進施工。如果仍有鉆孔涌水超過5m3/h時，在其鉆孔兩側增補驗證孔，直至鉆孔無水或涌水量小于5m3/h。探水孔參數如表2 所示。探水孔平面圖見圖1。

圖1 探水孔平面圖

表2 探水孔參數表

非含水層施工：按回次進行超前物探，如物探結果無異常，正常掘進；如物探有低阻異常區，針對低阻異常區進行鉆探驗證，鉆探驗證不少于兩個孔。每回次物探保留30m 超前距。對于其他能出水的中粒砂巖、粗粒砂巖巖層，根據物探結果，增加超前探水注漿回次。

2.2 施工設備

探水作業配備的機型為礦用潛孔鉆機（KQJ-92型），注漿作業配備的機型為注漿泵（2TGZ—60/210型）。

2.3 鉆孔布置

鉆孔直徑設定為?6.5m，擬定徑向傾斜布孔，圓周擬定8個孔位（其中4個為探水鉆孔），直徑為?90mm，兩個孔之間相隔2747mm，鉆孔終端呈現為?27.0m 的圓形，控制井壁周邊10.0m 內的區域。套管采用無縫鋼管（Ф108mm×6m），同時，預留注漿孔、放水孔，并按要求配備壓力表、法蘭盤等。

2.4 鉆孔結構

鉆孔按照?133mm開孔，采用無縫鋼管（?108mm）作為套管，長度至少為6m，單節長1m，借助內絲外絲進行連接，絲扣位置最低應有50mm，外端連接處采用法蘭盤、閥門，為了加大摩擦力，套管外應當包裹上繃帶、麻纖等，避免套管鼓出。水泥漿經由注漿泵注入套管外的環狀間隙，待完全凝固后，測定其耐壓性能。

2.5 套管及閥門安裝

水泥封閉套管，并根據情況，結合水玻璃，充分固定套管、圍巖，將其封死，同時，套管邊上要預留小管，水泥漿由套管進入四周時，空氣及水可以通過小孔流出。當流出的水泥漿比較濃時，封死小管，注漿不停，直到壓力達到一定程度后，停止，將閘閥關閉，注漿固結后，進行透孔，距離底0.5m時，實施耐壓測試。注意測試時的壓力值應當按照預計水壓值的1.5 倍，保持30min以上，觀察鉆孔是否有漏水跡象、圍巖是否有松動現象，如無以上現象，即表示合格，可以進行控水閥門的安裝，閥門的規格為?108mm控水閥門，當探孔出現大量涌水時，要能夠馬上關閉［3-4］。

探放水時，由于不清楚巖層中具體的含水量，因此，探放水時，套管上應當配備水壓表，完善探水孔的功能。

2.6 探水作業

探水前，井底先挖一個臨時泵坑，水泵、排水管路安設到位，保證排水系統正常運轉。在探放水鉆進時，如果出現來壓、片幫、巖壁松軟，鉆眼中突然大量涌水且水壓大幅度增大等透水跡象時，要馬上中止鉆進，同時，保持鉆桿不動，不能馬上拔出；所有人員全部撤離到吊盤上，同時，向調度室或上級部門報告，采取相應的安全措施，并組織人員對水情實施科學監測和分析，確定應對方案。探水鉆孔過程中，鉆孔出水量如果達到10m3/h以上時，要馬上停工，對水量、水位、水壓等進行測量并記錄各項數據。完成測量后，進行含水層段注漿準備，注漿效果達到預期后，探水透孔作業即可重新開始。

2.7 工作面預注漿

鉆機、注漿機設置在工作面，攪漿裝置設置在井口，通過溜灰管向下輸送漿液。安裝好注漿孔、調試好設備、上好閥門后，才能進行注漿，并檢查壓力表與輸漿管路的連接情況，進漿閥門關閉，泄漿閥門打開。在管路中注入清水進行沖洗，各部分均無異常，開啟進端閥門，關閉泄端閥門，壓入清水沖洗管路，開啟注漿管線。

注漿主要采用單液水泥漿，封孔采用雙液漿。在具體的操作中，要安排專人負責觀察，包括井壁狀態、壓力情況、管道的通暢性等，同時，密切關注注漿效果。根據效果對注漿參數進行優化，并做好注漿時間、漿量、壓力等情況的記錄。

單液漿的灌注中，如果壓力沒有增加，進漿量不減，要慢慢增加漿的濃度；如果壓力增大，進漿量降低，則要慢慢下調漿液濃度。關閉泵機后，要馬上注入清水，沖洗器具和管路。

2.8 注漿結束標準

（1）注漿孔的注漿壓力相當于涌水壓力的1.5 倍，且高于4MPa。

（2）注漿孔已經做好封堵，未見噴水，涌水量應控制在1m3/h以下。

（3）結束注漿：注入清水對管道與設備進行清洗。

3 應用分析

采用KQJ-92型礦用潛孔鉆機加快鉆進速度，采用壓縮氣為動力源，較之液壓鉆機使用電為動力源，安全系數相對提升。

優化施工工藝，井底工作面空間狹小，以往工作面注漿多在工作面制漿，本方案制漿點安設在地面井口，通過?159mm 溜灰管輸送漿液，減少了井底工作面設備存放，相對增大了作業空間。利用井口到井底自然壓力差注漿，不用再機械加壓注漿。

在含水層施工中，首先進行物探，根據物探結果布置鉆孔，鉆孔間隔施工，鉆孔成孔后，注漿。最初按4∶1 漿液配比進行注漿，根據吸漿量大小調整濃度至2∶1，注漿壓力達到4MPa 時，封孔，注水泥量不理想。然后后續鉆孔施工時，調整初始漿液濃度為8∶1，根據現場實際注漿情況，逐步調整漿液濃度到4∶1，壓力達到4MPa后，封孔，注漿用水泥量也符合要求，達到涌水量的1.5倍。

在非含水層施工中，根據井檢孔資料顯示是無含水層的，但經過物探后，物探結果顯示低阻異常區較多。根據防治水方案進行鉆探驗證，打孔后，涌水量明顯不小，經分析，井檢孔資料僅可供參考，不可全信。為加快非含水層施工進度，如果選用套管封孔，固管、做耐壓時間較長，經考察后，選用5m 長止漿塞。成孔后，可立即用止漿塞封孔注漿，縮短了注漿工期。

施工中，要注意全面落實“動態管理”，根據施工情況，確立具體的管理機制，維護安全、進度、質量等的良性運行。

經工作面預注漿后，在允許掘進實揭巖層中沒有發現淋水現象，達到了預期的注漿效果，為安全掘進提供了保障。

4 施工過程中的操作要點

吊盤應當與工作面保持20m以內的距離，同時，要做好固定處理，吊盤通過軟梯與工作面連接。

吊桶與軟梯全部要在工作面，保證人員在緊急狀態下可以快速順利地撤出。

技術人員應當在探水前進入現場一線準確判斷探水孔的部位、深度、角度、方位、鉆孔數目等，并就以上信息與鉆工做好細致的對接。

鉆進時，如果鉆孔水量、水壓短時間劇增，或是出現頂鉆現象時，應當馬上中止運轉，鉆桿保持原狀不能退出，同時，上報上級等候指令，然后采取措施，進行處理。

井下要有人專門負責工作面巖石狀態的觀察，做好防突水準備，在作業中，探水人員應當保持高度警惕，配備必要工具，不得離開崗位，為防控大涌水做好充足準備。

注漿泵的水玻璃管道應當配備運行正常的壓力表，記錄注漿壓力數據，當發現壓力突然變化時，必須馬上排查誘因并妥善處理。

注漿人員作業中要做好安全防護，佩戴手套與防護眼鏡，避免漿液飛到眼中。注漿過程中，出口的正前方禁止人員走動和停留，防止高壓下管道脫落傷人。

注漿作業中，操作者要保持安全距離，遠離注漿泵，避免衣物卷入到注漿泵的皮帶輪內，導致人員傷亡。

探水、注漿鉆孔過程中，涌水量倘若超出了主泵排水能力，應當馬上啟動應急排水設施，避免涌水淹井。應急排水設施應當定期檢修和試運行，壓風管路應當遵循排水管路質量標準進行敷設，確保隨時可以投入運行。

5 存在的問題

深立井井筒預注漿過程中，經常會出現注漿量達不到設計量的問題，但經過事實證明，在沒有達到設計注漿量的前提下，只要合理安排施工工序、操作方式等，也是可以達到理想的注漿效果的［5-6］。

6 結語

趙家寨西翼深部回風立井井筒工作面超前探水注漿工藝的使用使立井井筒安全、高效、快速施工，工藝成熟、可靠，極大地提高了立井井筒施工速度，綜合效益顯著，安全性高，可廣泛應用于各類礦山工程。