高承壓水井筒淋水封堵技術(shù)研究

肖 猛,

（肥城礦業(yè)集團有限責(zé)任公司,山東 肥城 271608）

高承壓水井筒淋水封堵技術(shù)研究

肖 猛,馬金偉

（肥城礦業(yè)集團有限責(zé)任公司,山東 肥城 271608）

針對肥礦集團井筒淋水，研究總結(jié)了封堵高承壓含水層淋水注漿方式、注漿壓力的確定、注漿材料、注漿工藝參數(shù)及注漿施工技術(shù)以及井筒凍結(jié)后解凍與井筒淋水發(fā)生規(guī)律。

高承壓水；井筒淋水；封堵

0 前言

肥城集團在魯西南已開發(fā)4對礦井，開采深度大都超過-1000m水平，礦井建設(shè)中均受到厚沖積層水和高承壓含水層水的影響或威脅，井筒不同程度存在淋水。為確保井筒安全、減少礦井排水費用，我們對基巖段高承壓水進(jìn)行了壁后注漿研究和實施，效果良好。

1 井筒淋水封堵注漿方式

厚沖積層凍結(jié)段井壁采用砼強度等級C30～C65的高強高性能鋼筋混凝土塑料夾層復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)型式，該段淋水封堵采用兩井壁全斷面壁間注漿技術(shù)；基巖段為素砼單層井壁，本段高承壓水淋水采用壁后注漿技術(shù)。

2 封堵高承壓水井筒淋水注漿壓力的確定

2.1 高承壓水注漿壓力選擇

高承壓水井筒淋水封堵風(fēng)險主要為：注漿壓力與水壓、擴散半徑、井壁承壓關(guān)系及高壓條件下安全措施落實等。注漿壓力過大，漿液擴散過遠(yuǎn)，耗漿量大，容易造成壓力傳導(dǎo)撐破井壁，造成巨大損失，或漿液沿著井壁流竄，造成材料浪費；注漿壓力過小，則漿液受水壓作用有效擴散半徑小，達(dá)不到封水的效果。

2.2 井壁承壓能力與注漿壓力匹配理論計算

壁后注漿壓力主要考慮井壁抗壓強度，以確保不破壞井壁的穩(wěn)定性為原則。壁后注漿終壓一般是靜水壓的1.3倍，二水平基巖段含水層靜水壓力為5～7MPa，理論注漿壓力為6.5～9MPa。為合理選擇注漿壓力，課題組聯(lián)合中煤科工集團南京設(shè)計研究院根據(jù)井壁受力關(guān)系，建立模型后推導(dǎo)出公式

其中t—井壁厚度，m；

rn—計算處井壁內(nèi)直徑，m；

fs—混凝土極限抗壓強度取0.8倍立方體的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值；

P—計算處作用在井壁所能抵抗的極限荷載，MPa。

計算得出二水平井壁所能抵抗的極限載荷分別為：主井9.16MPa、副井8.06 MPa、風(fēng)井9.53MPa。

結(jié)合計算結(jié)果，考慮注漿前期為疏水降壓動水壓力，后期接近井水壓力、含水層位置為C50砼以及注漿時含水層位置注漿壓力不得超過井壁極限承載能力等因素，設(shè)計淺孔（孔深1.5m）孔口管進(jìn)入基巖不得小于1.0m，注漿壓力不得超過5Mpa，深孔（孔深2.5m）孔口管進(jìn)入基巖不得小于2.0m，注漿壓力不得超過8Mpa，采取“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”措施。

3 注漿材料

根據(jù)注漿材料的可注性、可控性和抗?jié)B性，壁后注漿堵漏時采用水泥單液漿進(jìn)行封堵，封孔選用水泥—水玻璃雙液漿，水玻璃選用濃度為40波美度、模數(shù)為2.4～2.8的水玻璃。后期采用高分子馬麗散E封注井壁密集型小出水點。

注漿漿液均選用山水牌P.O42.5 水泥加膨脹劑制作，并且在漿液內(nèi)再加其它特殊配方組份,當(dāng)進(jìn)漿困難時水泥選用超細(xì)水泥；水泥漿水灰比在1.5:1～0.8:1之間調(diào)整，水泥漿與水玻璃配比為1：1～1：0.8，凝膠時間一般為60s到幾分鐘不等。

4 注漿段高及布孔方式

根據(jù)井筒淋水實際發(fā)生情況，重點對基巖M4、M5、M6高承壓含水層進(jìn)行壁后注漿。

基巖段壁后注漿采用梅花三花型、深淺孔結(jié)合的方式進(jìn)行注漿，淺孔孔深1.5 m，深孔孔深2.5m，孔間距2.5～3.5m，排距3.5～4.0m，每排布置6孔，孔口管長度為800～1500mm，外露長度為50～80mm。漏水量較大的接茬處，在距接茬500mm左右上下交錯布置孔口管且向上、下傾斜；注漿孔施工時按鉆探或物探提供的水源位置、裂隙分布、水流方向找到水源主導(dǎo)裂隙，將注漿孔打到主導(dǎo)裂隙，充分發(fā)揮每一個注漿孔的作用，同時在水流下游適當(dāng)位置布置導(dǎo)流泄壓孔。

5 注漿工藝

注漿前，先壓水試驗，球閥與高壓混合器接好后，開動注漿泵，用清水沖孔，并作串通試驗和耐壓試驗；將吸漿管擰緊上牢，分別放入在儲漿桶內(nèi)（水泥漿桶、水玻璃桶），按照設(shè)計好的漿液配比，調(diào)整好流量，先注單液漿，再注雙液漿。注漿順序先由下至上再由上至下復(fù)注，先注漿加固接茬，再由小水點至大水點封注，封注大出水點時，采取頂水注漿或在出水點附近打泄壓孔，采取引流注漿、間歇注漿方式。注漿過程中，視壓力情況或涌水情況，隨時調(diào)整漿液濃度。每個孔注漿結(jié)束后，必須用清水沖洗凈注漿管路，吸水泥漿管和吸水玻璃管的兩根液吸漿管要做好標(biāo)記，以防混用。

針對靜水壓力大、注漿壓力高的特點采取超前“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”于一體的創(chuàng)新性思路。即超前施工探水孔，查找水源主導(dǎo)裂隙，測量靜水壓力，同時疏水降壓，布置注漿孔時在水流下游適當(dāng)位置布置導(dǎo)流泄壓孔，降低水壓，從而降低注漿壓力。注漿過程中時刻觀測泵壓，當(dāng)壓力接近設(shè)計值時應(yīng)及時停泵，采用間歇注漿、引流注漿方式，確保高壓狀態(tài)下井壁不受破壞。

6 井筒解凍期與井筒淋水發(fā)生規(guī)律研究

（1）井壁解凍期隨凍結(jié)壁溫度回升速度及井壁井筒通風(fēng)條件有所不同，一般350～400d井壁全厚恢復(fù)正溫，22～26個月凍結(jié)壁完全解凍，在秋季凍結(jié)解凍期比在冬季凍結(jié)要長。（2）井筒淋水隨解凍及注漿，常出現(xiàn)反復(fù)現(xiàn)象。一般在解凍初期、完全解凍、井筒安裝時淋水量會突增。（3）井筒淋水多發(fā)生在水壓大、富水豐富的中砂、粗砂含水層段，一般沿著解凍過程凍結(jié)管行成的環(huán)形通道、天然孔隙空隙形成的弱滲通道、凍融損傷誘發(fā)增大的巖體孔隙和空隙以及井座縫隙、澆筑時混凝土凝固時產(chǎn)生的干縮縫、金屬模板接岔處、注漿時水泥漿凝固后產(chǎn)生微裂隙及安裝時施工形成的裂隙等薄弱地段外滲。

7 技術(shù)應(yīng)用效果

經(jīng)分三階段對主、副、風(fēng)井基巖段進(jìn)行壁后注漿，各井筒淋水量均達(dá)到《煤礦井巷工程質(zhì)量驗收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)。

8 結(jié)論

（1）高承壓含水層注漿壓力的設(shè)計和控制是關(guān)鍵因素，對水壓、井壁承壓能力及注漿壓力要進(jìn)行科學(xué)匹配計算。（2）針對靜水壓力高、注漿壓力大特點，提出“鉆孔探水—泄水卸壓—引流、間歇注漿”于一體的創(chuàng)新性思路。（3）研究了厚沖積層凍結(jié)段解凍規(guī)律及淋水發(fā)生特征，為壁間、壁后注漿指明了方向。