黔西縣龍場(chǎng)煤礦南回風(fēng)井井筒地面預(yù)注漿工程得失探討

劉北虎

（湖南楚湘建設(shè)工程有限公司，長(zhǎng)沙 410114）

1 概況

貴州省黔西縣龍場(chǎng)煤礦位于黔西縣雨朵鎮(zhèn)，距縣城南西約20 k m，礦區(qū)有公路連接貴（陽(yáng)）－畢（節(jié)）高等級(jí)公路。

龍場(chǎng)煤礦是一個(gè)新建煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力一期為60×104t／a，二期為120×104t／a，主、副井采用斜井開拓方式，井口標(biāo)高＋1 360 m，落底標(biāo)高＋925 m，傾角23°。南回風(fēng)井采用立井開拓方式，井口標(biāo)高＋1 403.5 m，直徑5.5 m，井深268 m。

據(jù)山東煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院井檢鉆施工總結(jié)報(bào)告。檢查孔揭露斷層破碎帶一處，含水層三段，預(yù)計(jì)井筒涌水量為37 m3／h，根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)范，必須進(jìn)行井筒預(yù)注漿處理，本次施工自2012年9月5日～2012年11月7日，歷時(shí)63 d，共完成地面預(yù)注漿鉆孔6個(gè)，進(jìn)尺1 467.55 m，注漿743.93 m3。經(jīng)井筒施工揭露，井筒最大涌水量將近10 m3／h。

2 地形、地貌及地層概況

龍場(chǎng)煤礦屬高原低山丘陵地形，地形起伏大，為北西高、南東低，最高海拔＋1 659.05 m，最低海拔＋1 235.0 m，平均＋1 250 m左右。區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造明顯，為典型的喀斯特地貌，年平均氣溫13.8℃，年平均降雨量1 005.2 mm，雨水充沛，植被茂盛。

立井周邊所出露的地層為第四系（Q）、三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山組（T1y），沙堡灣段（T1y2）、二疊上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）、龍?zhí)督M（P3l）。龍?zhí)督M為井田的含煤地層。

3 水文地質(zhì)概況

龍場(chǎng)煤礦主采18、20煤，位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下（＋1 240 m），主要充水層為三疊系的玉龍山段灰?guī)r，含溶蝕、裂隙水，水文地質(zhì)條件中等。

3.1 區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

該井田區(qū)域地質(zhì)以褶皺為主，發(fā)育大量斷裂構(gòu)造，南北向、北東向構(gòu)造格局控制了區(qū)域水文地質(zhì)條件，炭酸鹽巖地層與碎屑巖地層相間展布。在南回風(fēng)立井井筒的北西方向發(fā)育一寬緩型背斜，走向東西，傾角在5°～15°左右，同時(shí)出露斷層破碎帶一處，傾向南東，傾角大于50°，在施工進(jìn)程中，6個(gè)鉆孔在不同的深度揭露了該斷層。

由于炭酸鹽巖主要發(fā)育在三疊系（T）、二疊系（P），以茅草鋪組（P1m）、夜郎組玉龍山段（T1y2）和茅口組（P2m）灰?guī)r出露厚度大，分布面積廣；碎屑巖主要發(fā)育在三疊系（T）；松散堆積層僅沿沖溝、溪溝及河谷地帶零星分布，含孔隙水。地下水類型以炭酸鹽巖類巖溶裂隙水為主，大氣降水與地表水通過地表溶蝕裂隙等以面狀分散的形式或直接通過落水洞、漏斗等直接灌入的點(diǎn)狀方式補(bǔ)給，地下水逕流以管狀流為主，裂隙滲流次之，受含水層空間結(jié)構(gòu)特征影響，地下水逕流明暗交替，以泉水、地下暗河的形式排泄。

回風(fēng)立井地處雨朵－羊場(chǎng)地勢(shì)較高位置，從平、剖面資料顯示，山頂?shù)臉?biāo)高約為＋1 500 m左右，同時(shí)也處在一寬緩型背斜軸部偏南翼，軸部與兩翼出露地層皆為三疊系夜部組玉龍山段－沙堡灣段灰?guī)r，垂直溶蝕，裂隙十分發(fā)育?；仫L(fēng)立井施工范圍內(nèi)沒有河流及泉點(diǎn)出露，屬補(bǔ)給逕流區(qū)。

3.2 施工范圍內(nèi)水文地質(zhì)特征

3.2.1 含水層

（1）三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段（T1y2）巖溶裂隙含水層

該地層大面積出露于井田范圍內(nèi)。中、上部巖性主要為灰－深灰色，?。泻駥訝睿|(zhì)純，底部泥質(zhì)含量增多，局部相變?yōu)槟嗷規(guī)r。巖芯見有大量水蝕溶孔，垂直裂隙及充水空間發(fā)育。接受大氣降水補(bǔ)給能力強(qiáng)，富水性強(qiáng)。

（2）二疊系長(zhǎng)興組（P3c）巖溶裂隙含水層

該層巖性主要為灰色，中厚層－厚層狀灰?guī)r，夾薄層泥灰?guī)r，因出露地表范圍小，接受大氣降水補(bǔ)給能力弱，地表及地下巖溶及裂隙均不太發(fā)育，且含水層厚度較薄，表現(xiàn)為弱富水性。

（3）二疊系龍?zhí)督M（P3l）灰?guī)r，砂巖裂隙含水層

該組巖性主要為灰－深灰色的細(xì)砂巖、薄層灰?guī)r、泥巖和粉砂巖等，含孔隙裂隙水，但由于埋藏較深，并與其厚層泥巖類隔水層相間沉積，連通性差，補(bǔ)給條件亦差，故富水性較弱。

3.2.2 隔水層

（1）三疊系下統(tǒng)夜郎組沙堡灣段（T1y1）隔水層

該段巖性主要的淺黃色，黃褐色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r組成，底部為綠色鋁土質(zhì)泥巖。該層在本次施工范圍為良好的隔水層，可有效阻隔玉龍山段灰?guī)r含水層與長(zhǎng)興組灰?guī)r含水層的水力聯(lián)系。

（2）二疊系龍?zhí)督M（P3l）泥巖類隔水層

該組巖石為深灰色，灰黑色，?。泻駥訝畹哪鄮r，炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，以泥質(zhì)結(jié)構(gòu)及粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，隔水性能良好，可阻隔其薄層灰?guī)r、細(xì)砂巖含水層間的水力聯(lián)系。

4 預(yù)注漿目的及方案設(shè)計(jì)理念

4.1 預(yù)注漿目的

當(dāng)設(shè)計(jì)井筒所穿過的基巖含水層較多或含水量豐富，全井涌水量超過鑿井施工所容許的限度時(shí)（一般≤6 m3／h），且立井井筒不大于1 000 m時(shí)，宜選擇地面預(yù)注漿封堵井筒的地下涌水。以減小地下水對(duì)施工的影響，保證施工安全。

4.2 方案設(shè)計(jì)理念

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：巖溶裂隙含水層具有典型的各向異性，很難具體確定漿液擴(kuò)散半徑，漿液流向根據(jù)巖溶裂隙發(fā)展方向呈不規(guī)則展布，故采用逐步加密的方法布孔。根據(jù)井口直徑φ5.5 m，在以孔中心為圓點(diǎn)，半徑為3 m的圓周上等布量3個(gè)孔（即第一序列孔，孔號(hào)分別為 ZK1－1、ZK1－2、ZK1－3），根據(jù)3個(gè)孔吸漿情況，再在這個(gè)圓周線二孔之間。距離插入第二序列注漿孔（ZK2－1、ZK2－2、ZK2－3）。然后在這6個(gè)孔 圍 成 的 圈 內(nèi)，布 設(shè) 第 三 序 列 孔 （ZK3－1、ZK3－2、ZK3－3），又叫檢驗(yàn)加強(qiáng)孔。第三序孔即是對(duì)前面6個(gè)帷幕注漿孔的效果檢驗(yàn)，又是補(bǔ)強(qiáng)注漿孔，詳見鉆孔布置平面設(shè)計(jì)圖（圖1）。

孔深以超過含水層底板5～10 m即可。由于含水層在230 m以上，故設(shè)計(jì)孔隙240 m，由于含水層含水性、富水性中等，裂隙不太發(fā)育，無大的溶洞和裂隙，漿液為純水泥，根據(jù)實(shí)際調(diào)整水灰比，根據(jù)吃漿情況添加速凝或緩凝劑。

圖1 鉆孔布置平面設(shè)計(jì)圖

5 實(shí)際施工概況

本次施工共完成第一序及第二序孔，第三序孔因業(yè)主不同意施工放棄。共施工地面鉆孔6個(gè)，總進(jìn)尺1 467.55 m，完成注漿量743.93 m3，各孔具體工程量（表1）。

表1 工程量匯總表

6 注漿效果分析

第一序孔：由于場(chǎng)地問題，未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工順序布孔，具體施工圖見圖2。

圖2 實(shí)施施工平面圖

各孔平均單位吸漿量為0.5 m3／m，第一序孔平均單位吸漿量為0.68 m3／m，第二序孔為0.33 m3／m?？梢姡M管未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，第二序孔仍比第一序孔單位吸漿量減少一倍，說明注漿效果還是相當(dāng)不錯(cuò)的。如果堅(jiān)持施工完第三序孔，效果將大大提高。

7 實(shí)際效果檢驗(yàn)及成敗得失

7.1 實(shí)際效果

在湖南漣邵建工集團(tuán)立井施工結(jié)束后訪問，實(shí)際最大涌水量接近10 m3／h。堵水效果為27／37＝73%。

7.2 成敗得失

（1）分序施工、逐漸加密是實(shí)際施工比較成功的方法。由于地層千變?nèi)f化，巖性各向異性，水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，如想在施工前，得出滲透半徑、注漿量幾乎是不可能，唯有在實(shí)踐中摸索定位，逐漸達(dá)到施工目的。

（2）不可輕易放棄第三序孔（檢驗(yàn)加強(qiáng)孔）。本次就是一個(gè)教訓(xùn)，涌水量接近10 m3／h，給施工帶來相當(dāng)難度，推遲竣工達(dá)半年之久。

（3）不可輕易更改符合實(shí)際情況的設(shè)計(jì)。如本次宜先按原設(shè)計(jì)位置施工第一序列孔，然后再用插入法施工第二序列，其實(shí)際效果要好得多。