立井井筒動(dòng)態(tài)注漿堵水技術(shù)應(yīng)用

林衛(wèi)國(guó) 王旭東

（濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)霄云煤礦，山東省金鄉(xiāng)縣，272201）

立井井筒動(dòng)態(tài)注漿堵水技術(shù)應(yīng)用

林衛(wèi)國(guó) 王旭東

（濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)霄云煤礦，山東省金鄉(xiāng)縣，272201）

針對(duì)霄云煤礦主井井筒施工至泥巖含水層時(shí)，礦井涌水量突然增加的情況，通過(guò)比較，決定采用動(dòng)態(tài)注漿技術(shù)進(jìn)行堵水，并計(jì)算得出止?jié){墊的厚度、注漿孔數(shù)目及傾角，經(jīng)實(shí)測(cè)，本次注漿達(dá)到了預(yù)期效果。

鑿井 突水 動(dòng)態(tài)注漿 注漿孔 堵水

1 工程概況

濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)霄云煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t／a，采用一對(duì)立井開拓，其中主井直徑5 m，井筒深840 m，采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)段深度470 m，基巖段采用單層素混凝土井壁結(jié)構(gòu)。井筒施工時(shí)需依次穿過(guò)496～538 m泥巖段、538～554 m粗砂巖段、568～574 m細(xì)砂巖段3個(gè)含水層，且井筒從420 m進(jìn)入基巖界面到600 m段共發(fā)現(xiàn)斷層11條，落差在5～15 m，井筒地質(zhì)條件極為復(fù)雜，且地層豎向裂隙較發(fā)育，泥巖的強(qiáng)度較低，基本為軟巖。當(dāng)井筒施工至510 m泥巖段時(shí)，礦井涌水量由24 m3／h突然增加到110 m3／h，井筒滑模及一個(gè)吊桶未及時(shí)撤出。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)、地質(zhì)層位等綜合因素分析，粗砂巖段含水層涌水通過(guò)斜交裂隙直接補(bǔ)給工作面是造成此次突水的主要原因，根據(jù)相鄰地點(diǎn)的探水、井筒水位和涌水量的情況，泥巖段含水層靜水壓力為2.2 MPa，為確保井筒安全施工，對(duì)泥巖含水層進(jìn)行工作面預(yù)注漿。

2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

強(qiáng)排水至井底，中間設(shè)置轉(zhuǎn)水站轉(zhuǎn)水，清理井下工作面矸石，構(gòu)筑止?jié){墊，工作面預(yù)注漿。礦井排水系統(tǒng)的建立是此次注漿方案的關(guān)鍵，目前礦井排水系統(tǒng)為一趟4寸鋼管，排水能力80 m3／h水泵一臺(tái)，一趟4寸鋼管，排水能力50 m3／h水泵一臺(tái)，總排水能力為130 m3／h，由于兩趟排水系統(tǒng)均不能排水到井底，需加工?1.5 m×5 m的吊桶作為轉(zhuǎn)水站。將2套排水泵放到吊桶里，從工作面接流量為100 m3／h的水泵2臺(tái)，往吊桶里排水，從而滿足排水需要。為防止水泵發(fā)生故障，影響排水，現(xiàn)場(chǎng)備用2臺(tái)50 m3／h和2臺(tái)100 m3／h的水泵，排水系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

3 注漿方案設(shè)計(jì)

3.1 注漿方案選擇

（1）靜態(tài)注漿：水壓平衡時(shí)，在井筒中布置鋼管，通過(guò)地面注漿站，在井底布置止?jié){墊。止?jié){墊達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行工作面注漿。

（2）動(dòng)態(tài)注漿：在工作吊盤上設(shè)置轉(zhuǎn)水站轉(zhuǎn)水，強(qiáng)排水至井底，清理井下工作面矸石，鋪設(shè)濾水層，構(gòu)筑止?jié){墊，進(jìn)行動(dòng)態(tài)工作面注漿。

圖1 排水系統(tǒng)示意圖

靜態(tài)注漿安全性好，但是工期長(zhǎng)、費(fèi)用高。動(dòng)態(tài)注漿在采取慮水層后，可以保障排水泵的正常運(yùn)行；同時(shí)可以保證井筒滑模和吊桶的正?；厥铡Ｋ圆捎脛?dòng)態(tài)注漿方案，利用吊盤上的中轉(zhuǎn)站，強(qiáng)行排水到井底，回收模板、吊桶，布置濾水層，布置止?jié){墊，進(jìn)行注漿。

3.2 止?jié){墊的構(gòu)筑及孔口管埋設(shè)

為給下部注漿提供止?jié){條件，澆注砼止?jié){墊采用單級(jí)平底型混凝土止?jié){墊，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，添加早強(qiáng)減水劑。止?jié){墊厚度計(jì)算公式為：

式中：B——止?jié){墊厚度，m；

P——注漿終壓，取8.0 MPa；

r——井筒荒半徑，取2 m；

σ——止?jié){墊混凝土允許抗壓強(qiáng)度，取10 MPa。

計(jì)算得止?jié){墊的厚度B為1.5 m。

澆注砼止?jié){墊前先鋪濾水層，在井底拋入碎石層厚1.0 m，并在中心位置裝濾水桶至墊面0.5 m高， （濾水桶規(guī)格：?400 mm×4.5 m，桶底部0.8 m開?20 mm的50 mm×50 mm五花孔，桶內(nèi)安置潛水泵），澆筑止?jié){墊時(shí)利用濾水桶內(nèi)潛水泵排水，以保證止?jié){墊澆筑質(zhì)量，上部截水槽內(nèi)水量可引入盤上水箱或引入濾水桶內(nèi)。砼止?jié){墊澆注高度1 m （與成井部分交接0.5 m）。在澆筑止?jié){墊的同時(shí)，布置注漿孔，注漿孔數(shù)計(jì)算公式為：

式中：N——注漿孔數(shù)，個(gè)；

D——井筒凈直徑，取5.0 m；

A——孔口距井筒凈徑距離，取0.5 m；

L——孔間距，取1.6 m。

經(jīng)計(jì)算得注漿孔N為7.85，取8個(gè)。注漿孔徑向傾角計(jì)算公式為：

式中：α——鉆孔徑向傾角，（°）；

S——終孔超出井筒凈徑的距離，取2.0 m；

H——注漿段高，取16 m。

經(jīng)計(jì)算得注漿孔徑傾角α為8.8°，施工中取9°，為使鉆孔盡可能多地揭露巖層裂隙，鉆孔切向角取120°，鉆孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 鉆孔布置圖

4 注漿施工及效果

止?jié){墊澆注7 d后，對(duì)濾水層、孔口管進(jìn)行雙液注漿加固。透孔后對(duì)防突閥門、孔口管及止?jié){墊進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，承受壓力大于設(shè)計(jì)注漿終壓后，進(jìn)行鉆注施工。

按照布孔參數(shù)，先鉆注單號(hào)孔，再鉆注雙號(hào)孔。鉆進(jìn)前，孔口管須安裝防突水裝置，選用QZJ-100B風(fēng)動(dòng)潛孔鉆機(jī)，配?90 mm沖擊鉆頭，按設(shè)計(jì)單孔鉆進(jìn)深度16 m，無(wú)芯鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)涌水大于3 m3／h時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行注漿施工，以免較大水量涌出，并換下一孔進(jìn)行鉆注施工。

注漿采用下行注漿，漿液選用水泥漿液，以單液水泥漿為主、水泥-水玻璃雙液為輔，在注漿過(guò)程中通過(guò)預(yù)埋孔口管的每一次注漿，都是對(duì)上一次注漿段的復(fù)注，從而增加了復(fù)注的次數(shù)與裂隙受注機(jī)會(huì)，從而提高了注漿效果。直至各孔都經(jīng)過(guò)反復(fù)鉆進(jìn)、注漿達(dá)到設(shè)計(jì) 深度16 m，并達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，注漿終量不大于10 L／min，持續(xù)時(shí)間不少于15 min，各鉆孔注漿情況見(jiàn)表1。

表1 各鉆孔注漿情況表

注漿完畢進(jìn)行檢驗(yàn)后，為加強(qiáng)工作面注漿擴(kuò)散效果檢驗(yàn)，增加施工11?！?4＃鉆孔，角度為15°。只有12＃鉆孔出現(xiàn)涌水，涌水量為9.5 m3／h，其它3個(gè)鉆孔均為干孔，證明本次注漿已達(dá)到預(yù)期擴(kuò)散效果。隨后對(duì)11＃～14＃鉆孔注漿封堵。注漿結(jié)束后，經(jīng)實(shí)測(cè)工作面涌水量為2.2 m3／h。

5 結(jié)論

動(dòng)態(tài)注漿與靜態(tài)注漿相比，工期較短，注漿比原計(jì)劃靜態(tài)注漿節(jié)約工期大約20 d，節(jié)約了大量的排水費(fèi)用，排水量減少8000 m3，取得了良好的效果。

本次注漿達(dá)到了預(yù)期效果，注漿結(jié)束后，工作面涌水量為2.2 m3／h，證明做好濾水層和濾水桶，動(dòng)態(tài)注漿可以替代靜態(tài)注漿；在本次的注漿過(guò)程中，完好地回收了井筒滑模和3 m3吊桶。

［1］張明亮，張備 .劉河煤礦主井筒長(zhǎng)鉆孔注漿堵水技術(shù)的應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2009（8）

［2］李玉祥，楊洪成 .立井井筒工作面預(yù)注漿施工 ［J］.建井技術(shù)，2010（5）

［3］岳鵬超，王虎 .注漿堵水技術(shù)在石槽村煤礦副立井施工中的應(yīng)用 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（11）

［4］馬江淮，嚴(yán)家平等 .板集煤礦副井井筒地面注漿堵水技術(shù)與效果評(píng)價(jià) ［J］.煤礦安全，2011（4）

［5］劉永 .龍固煤礦副井井筒堵水注漿施工工藝及方法［J］.煤炭技術(shù)，2007 （8）

［6］魏生強(qiáng) .預(yù)注漿堵水在巷道穿過(guò)奧陶系泥礦巖層中的應(yīng)用 ［J］.中國(guó)煤炭，2010（9）

Application of sealing water by dynamic grouting in vertical shaft

Lin Weiguo，Wang Xudong
（Xiaoyun Coal Mine，Jining Mining Group Corporation Ltd.，Jinxiang，Shandong 272201，China）

Aimed at the situations of the water inflow increased suddenly when the construction of vertical shaft was carried out to the mudstone aquifer in Xiaoyun Coal Mine，the dynamic grouting was adopted to seal the water，and the thickness of grouting pad，the numbers of grouting holes and their dip angles were calculated.The measurement results showed that this grouting achieved the desired effect.

sinking，water inrush，dynamic grouting，grouting hole，sealing water

TD743

A

林衛(wèi)國(guó) （1977-），男，山東濟(jì)寧人，1998年畢業(yè)于山東科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院采礦工程專業(yè)，工程碩士，工程師，國(guó)家注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)就職于濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)霄云煤礦，任礦長(zhǎng)助理兼副總工程師。

（責(zé)任編輯 張艷華）