義能煤礦主井井筒注漿堵水辦法

【摘 要】上石盒子組砂泥巖，受構(gòu)造影響，巖性破碎，采用工作面下行式分段預(yù)注漿，封堵細小裂隙水、孔隙水，取得了較好效果。對侏羅系、白堊系松散地層、軟弱地層孔隙水的防治提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】破碎地層；大段高；分段注漿；水泥漿；化學漿；注漿堵水

1 井筒施工概況

主井井筒垂深777m，井筒凈徑Φ5m，表土段、風化基巖段采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度283m；基巖段采用普通法掘砌，井壁厚度0.6m。井檢孔未對該段基巖（上石盒子組地層）抽水試驗，根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，采取有疑必探、先探后掘的原則，決定井筒掘砌至凍結(jié)段以下進行工作探水，當單層含水層涌水量小于10m3/h，井筒施工采取強行通過的辦法。當單層含水層涌水量大于10m3/h，采取工作面預(yù)注漿方法，先治水后掘砌。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 上石盒子組地層巖性

主井起止深度-229.9m～-662.35m，厚度432.45m。巖層的穩(wěn)定性及巖石強度較下石盒子組低，揭開后易風化、遇水易泥化，井筒靠近構(gòu)造帶附近，巖石的節(jié)理、裂隙較發(fā)育，掘進爆破后呈碎塊狀，地面矸石風化呈泥砂狀。

井筒施工時，井幫呈大小碎塊的砂泥巖，易片幫。采取了掘進1m，隨即錨網(wǎng)噴臨時支護，由于巖性破碎，需反復掃出描桿眼內(nèi)的巖粉及碎塊，才能錨固好，針對該段地層先后使用了樹脂錨桿及管縫錨桿。

注漿孔造孔時，孔壁掉塊、塌孔嚴重，主井4#塌孔2次，副井1#、2#、3#、4#、6#、7#、8#、9#均發(fā)生塌孔。其中4#、6#、8#造孔時，由于塌孔壁坍塌，鉆桿、鉆頭均被埋入孔內(nèi)。先后采取了掃孔、壓風沖孔、注漿固孔，鉆孔進度較慢。

2.2 上石盒子組地層的含水透水性

2.2.1 井筒探水方法

為了節(jié)約成本，縮短工期，對懷疑含水地層，不施工止?jié){墊，利用隔水層預(yù)留巖帽，巖帽的厚度應(yīng)能承受1.5倍的凈水壓力。把Φ108mm導管埋入巖帽內(nèi)4—6m。檢查止水效果可靠后，再用鉆機鉆入設(shè)計探水層的深度。經(jīng)3個鉆孔探水，75m以上砂巖鉆孔最大涌水量18m3/h。故需采用工作面預(yù)注漿方法。

2.2.2 各個含水層鉆孔涌水量

鉆孔-323m～-333m層泥巖、粉砂巖涌水量1-2m3/h；

-355.42m～-364m粗砂巖，厚度8.58m，鉆孔最大涌水量18m3/h；

-419.88m～-426.38m厚度6.5m粗砂巖。鉆孔最大涌水量16m3/h。

3 鉆注工藝及設(shè)備

圖1 注漿工藝流程圖

鉆注設(shè)備選用國內(nèi)較先進的設(shè)備，注漿泵選用天津聚能XPB-90E 3臺，鉆機選用西安產(chǎn)液壓MK-5型鉆機3臺，鉆機穩(wěn)固在鉆機平臺上。漿液攪拌站布置在兩主、副井筒之間，漿液實行二次攪拌，即漿液經(jīng)攪拌桶攪拌后，流進吸漿池進行二級風動攪拌。經(jīng)吸漿龍頭進入注漿機加壓，經(jīng)注漿管（井壁固定的2寸排水管）進入孔口管。見圖1注漿工藝流程圖。注化學漿時，另加一路高壓軟管，固定在吊盤繩上，化學漿的甲液、乙液經(jīng)注漿混合器進入孔口管。

4 注漿技術(shù)參數(shù)

4.1 段高的劃分

注漿段起止深度300m（工作面深度）—430m（超過含水層底數(shù)10m），總長130m。

第一段高：300—375m，其依據(jù)是350m以上巖性破碎，弱含水；360—375m為較穩(wěn)定的含水層。把這兩層合并到一個段高，起到了加固上段破碎巖石，又能封堵下段裂隙的作用。漿液濃度先注入水灰比1：1以上的高濃度水泥漿液，封堵較大裂隙，逐次注入2：1、3：1稀漿液封堵細小裂隙。

第二節(jié)段高：-375—-412m，原因是375m—412m為弱含水層，含細小高角度裂隙水和孔隙水，使用較稀的漿液和較大的壓力注漿效果較好。

第三段高412m—430m為粗砂巖、中砂巖強含水層。選用較高濃度的漿液和低一級的注漿壓力，既節(jié)省材料又能達到預(yù)期的效果。

以上三個段高，使用-300m水平1個止?jié){墊；優(yōu)點有兩點：一是減少施工2個止?jié){墊，二是減少轉(zhuǎn)換工序。缺點是鉆孔太深，偏斜大，漿液上行，下部含水層注漿效果差。

綜合考慮，采取一個大段高，使用一個止?jié){墊，根據(jù)巖性，裂隙的發(fā)育程度，再分若干個小段高，采用不同的注漿參數(shù)。下行式注漿。

4.2 注漿壓力

礦山井巷施工及驗收規(guī)范要求注漿壓力是靜水壓力的2—2.5倍。因該井筒附近具有大斷層，巖石受構(gòu)造運動的影響，節(jié)理裂隙縱橫交錯，形成復雜的導水網(wǎng)鉻，當注漿壓力接近靜水壓力2倍時，進漿量較快，長時間不上壓。其原因：一是，漿液向大的裂隙竄漿而稀釋；二是，漿液上行，沖入上部破碎軟巖地層。采取的辦法，采取間歇式注漿，加大漿液濃度，注入一定數(shù)量的漿液，停止注漿。待已注入的漿液初凝后，再掃孔復注。每次注入水泥量約30t，一般復注3次，方可升至設(shè)計壓力。同時按井筒四個方向選擇4—5個鉆孔反復掃、注。以封堵大裂隙，加固圍巖，其次再分別鉆注各鉆孔。

4.3 漿液注入量

目前設(shè)計注入量是按建井技術(shù)手冊提供的公式計算。

Q=AHπR2nβ，

式中的兩個未知數(shù)漿液擴散半徑R和巖石的裂隙率（n），取值不易確定。有效擴散半徑是指井筒附近大小裂隙全部封堵、壓實的距離。取值的辦法是掌握當?shù)剌^多的地質(zhì)水文資料，參照相似井型相似地質(zhì)條件的礦井，一般采用的R值是以井筒為中心，超過荒徑5—10m。本井筒有效擴散半徑R取超過荒徑8m。井筒內(nèi)兩孔竄漿或兩井筒（相距50—100m）竄漿不能作為有效擴散半徑。

n的取值：一般是根據(jù)井檢孔提供的資料和地質(zhì)精查報告選取，取數(shù)范圍1%—10%左右。上石盒子組地層屬弱含水層，但巖性破碎裂隙較發(fā)育，取數(shù)為2%。

因為上述公式的參數(shù)存在不可實測的因素，計算的數(shù)據(jù)與實際注入量有較大的差別，現(xiàn)場漿液注入量一般采取現(xiàn)場簽證的辦法。核實的方法是：技術(shù)參數(shù)合理并且采取了相應(yīng)的措施，達到了堵水效果，以實際用量為計算依據(jù)。本井筒計算漿液注入量1600m3，實際注入量1800m3。

4.4 漿液類型

目前使用的漿液類型一般是水泥漿液、超細水泥、化學漿液，前兩種屬于顆粒性漿液，后一種屬于化學液體漿液。當含水層為白堊系，侏羅系，上石盒子組等地層，含有裂隙水和孔隙水的條件下，使用水泥漿復注2次，水量降低較少的情況下，應(yīng)使用化學漿?；瘜W漿種類較多，使用脲醛樹脂溶液（加入草酸）較為普遍。本井筒開始使用水泥漿，當鉆孔涌水量小于5m3/h，有選擇的使用化學漿。堵水效果較好。

5 注漿結(jié)束標準及堵水效果

5.1 注漿壓力

達到設(shè)計終壓，持續(xù)20分鐘，并且1.25：1的水泥漿進漿流速50—80L/min。注入量不少于設(shè)計注入量的70%。

5.2 掃孔涌水量，鉆孔涌水量小于1m3/h（包括注化學漿）

當5.1條未達到結(jié)束標準的鉆孔，待其他鉆孔注漿結(jié)束后，再掃孔檢查水量，當涌水量大于1m3/h，最后注一次化學漿。即可結(jié)束注漿。

5.3 注井筒開挖驗證，本井筒開挖后，實測井筒涌水量3m3/h。

6 鉆注難點及采取的措施

6.1 鉆造難點：巖性破碎、孔壁坍塌，為防止埋鉆，需慢進、大泵量沖洗孔底，發(fā)現(xiàn)鉆頭堵塞需隨時提鉆檢查。若出現(xiàn)塌孔需要注漿固孔。

6.2 注漿難點：因巖石強度低，上部地層松散，當注漿壓力（工作面表壓）超過10MPa，則把地層壓裂，形成劈裂注漿。漿液呈片狀、長條狀流失，竄到遠處。

含水層裂隙發(fā)育程度不同，漿液向松散層和大裂隙方向流動，而細微裂隙進漿量不足。

6.3 采取措施：為控制漿液流失，采取縮小段高，隨時調(diào)整漿液濃度、進漿流速和注入量，并且多次掃孔復注的辦法。

單孔水泥漿復注2次，鉆孔涌水量仍大于5m3/h時，采取注入化學漿液。

7 結(jié)束語

隨前國家建設(shè)發(fā)展的要求，建井深度越來越深，一些未揭露的地層，一些復雜地層，要求我們開發(fā)，對含水層的認識和堵水技術(shù)應(yīng)當不斷更新。如上石盒子組、侏羅系、白堊系孔隙含水層，還有松散、軟巖、破碎含水層都是堵水的難題。為此，我們經(jīng)過調(diào)研和多次試驗，采取了相對措施：主要是布孔間距要密，注漿壓力適當增大，注漿漿液采取水泥漿和化學漿相結(jié)合的辦法，即水泥漿充填較大的裂隙，加固圍巖，支撐圍巖的結(jié)構(gòu)。化學漿充填細小裂隙和孔隙，達到支護和防滲的作用。

[責任編輯：丁艷]