淺析井筒綜合防治水技術(shù)

沈世占

摘 要：井筒特別是深井井筒都要穿過若干含水層，為保證井筒施工速度和施工質(zhì)量，各國根據(jù)自己的情況確定其治水措施，但一般均遵循地下含水層較多、含水豐富，多采用地面預(yù)注漿，而含水層較少或涌水量較少時采用工作面預(yù)注漿或強(qiáng)行通過。治水的方法主要?dú)w結(jié)為堵、截、排、導(dǎo)。奠定原則是在一次成功的前提下，安全、快速、經(jīng)濟(jì)的施工。

關(guān)鍵詞：井筒治水;綜合治水;治水技術(shù);施工排水

一、井筒治水的國內(nèi)外概況

在立井施工過程中，井筒涌水、井壁淋水威脅施工人員安全，制約施工速度，是影響施工質(zhì)量的一個重要因素。因此，根據(jù)不同的條件，應(yīng)采取有效的措施，妥善處理井內(nèi)涌水，已成為立井快速施工的一項(xiàng)重要工作。

井筒特別是深井井筒都要穿過若干含水層，為保證井筒施工速度和施工質(zhì)量，各國根據(jù)自己的情況確定其治水措施，但一般均遵循地下含水層較多、含水豐富，多采用地面預(yù)注漿，而含水層較少或涌水量較少時采用工作面預(yù)注漿或強(qiáng)行通過，我國《煤礦安全規(guī)程》及《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》均有明確規(guī)定，基巖掘進(jìn)涌水量大于10m3/h，要采取地面預(yù)注漿或工作面預(yù)注漿，井筒建成后總涌水量不得大于6 m3/h。

后注漿無論國內(nèi)國外，一般采用壁內(nèi)注漿、壁后注漿，近幾年又有個別礦采用深孔壁后注漿，對含水層有砂或泥涌出的可能時，應(yīng)采取破壁注漿。后注漿鉆眼機(jī)具，一般為各類不同的手持式、氣腿式風(fēng)鉆或小型鉆機(jī)。注漿材料發(fā)展較快，從石灰、黃泥到水泥、水玻璃漿液、普通化學(xué)漿液，直到今天為滿足各種需要研制出各種不同類型的高分子有機(jī)物漿液。注漿設(shè)備也從代用泵發(fā)展到根據(jù)注漿需要而研制各種專用注漿泵，能滿足各種不同注漿漿液、注漿參數(shù)的需要。長期以來，在井筒涌水的治理方面，國內(nèi)外積累了許多豐富的經(jīng)驗(yàn)，并創(chuàng)造了不少行之有效的治水方法，例如：注漿堵水、鉆孔泄水、井內(nèi)排水和機(jī)械排水等。以往，我國多單獨(dú)采用吊泵排水。由于這種方法不能從根本上消除涌水對井筒施工造成的影響，更不適應(yīng)目前深井機(jī)械化鑿井的新條件。因此，采用注漿堵水的方法在我國日益增多。隨著注漿技術(shù)的發(fā)展、注漿材料和注漿設(shè)備的改進(jìn)，注漿堵水將成為我國鑿井期間的主要治水方法。

治水方法，根據(jù)含水層的位置、厚度、涌水量大小、巖層裂隙及方向、鑿井工程條件等因素來確定。合理的井內(nèi)治水方法應(yīng)滿足注水效果好、費(fèi)用低、對井筒施工工期影響小、設(shè)備少，技術(shù)簡單、安全可靠等要求。

二、綜合治水技術(shù)

治水的方法主要?dú)w結(jié)為堵、截、排、導(dǎo)。奠定原則是在一次成功的前提下，安全、快速、經(jīng)濟(jì)的施工。煤礦立井注漿堵水技術(shù)近年來在國內(nèi)外有較大的發(fā)展，主要治水方案有地面預(yù)注漿堵水、工作面預(yù)注漿和壁后注漿等。根據(jù)裂隙的大小，可選用的注漿材料有單液水泥漿、水泥粘土漿、水玻璃漿液和化學(xué)漿液。

為盡快形成通風(fēng)系統(tǒng)保證順利投產(chǎn)，對一些可能將井筒淋水處理至10m3/h以下的一些方案如井筒套壁注漿、壁內(nèi)、壁后化學(xué)注漿，處理面滲面抹技術(shù)研究等，根據(jù)礦方要求，將現(xiàn)有358.49m3/h淋水降至30m3/h以下，再通過封水、截水、導(dǎo)水，將井筒淋水降至10m3/h以下。

目前注漿工藝比較復(fù)雜，施工程序多，現(xiàn)有的國產(chǎn)設(shè)備不能完全滿足要求，且注漿施工周期長，注漿成本高，給注漿技術(shù)進(jìn)一步的推廣應(yīng)用造成一定的困難。注漿技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展在我國是從20世紀(jì)50年代初期從壁后注漿封堵立井井壁淋水開始的。地面預(yù)注漿是在1958年蜂蜂礦區(qū)薛村豎井首先使用的。到1984年用注漿堵水和局部截流處理了范各莊礦最大涌水量2053m3/h特大透水事故，恢復(fù)了礦井生產(chǎn)，是注漿堵水技術(shù)達(dá)到了一個新的高度。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，注漿技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)入了一個鼎盛時期，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，涉及到幾乎所有巖土和土木工程。

（一）注漿堵水

注漿技術(shù)是井巷工程中防、制水害的重要方法之一。即通常以注漿泵為源動力，利用泵的壓力把配制好的、具有充塞膠結(jié)作用的漿液，通過注漿孔注入含水地層中，經(jīng)過漿液的膠結(jié)以達(dá)到堵水，加固圍巖的目的的技術(shù)。

（1）地面預(yù)注漿

地面預(yù)注漿一般以井筒中心為中心，注漿孔布置在井壁以外，一般稱多孔地面預(yù)注漿，少則6—8個孔，多則30多個孔。如果將注漿孔布置在井筒以內(nèi)，則稱少孔注漿，一般布置3—4個注漿孔注漿，最少的僅一個注漿孔。注漿材料一般采用單液水泥漿、水泥粘土漿，必要時采用水泥水玻璃雙液漿。

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有一些礦井采用定向鉆孔注漿，所謂定向鉆孔，是利用高精度定向測試儀器定向，用井下動力鉆具造斜，按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)到預(yù)定位置，然后再打直徑孔進(jìn)行注漿，這樣可在一些特定條件下進(jìn)行注漿，如建筑物下注漿。

（2）工作面預(yù)注漿

當(dāng)井筒或硐室、巷道遇到含水層不大且埋深較深或含水層間距較大中間有良好的隔水層裂隙，施工困難時，可進(jìn)行工作面注漿堵水。當(dāng)前方遇斷層破碎帶、松軟地層時可進(jìn)行工作面預(yù)注漿加固圍巖。

注漿前可利用迎頭堅(jiān)硬、完整巖石做止水墊或止水墻，亦可人工構(gòu)筑止水墊或止水墻。鉆孔一般沿井筒、硐室、巷道周邊布置，鉆孔深一般為10～20m，多孔小孔群注漿。注漿材料一般選用水泥、水玻璃，必要時選用化學(xué)漿液。

（二）壁內(nèi)注漿

壁內(nèi)注漿為處理井壁微孔、微裂隙、絲發(fā)裂紋而不打透井壁僅在井壁內(nèi)注漿，這一注漿技術(shù)稱壁內(nèi)注漿。最好采用超細(xì)水泥或化學(xué)漿液注漿效果較好。

（三）壁后注漿

地下工程砌碹套壁過程中砌體圍巖間必然有一些孔隙，混凝土收縮過程中，在地應(yīng)力影響下還會產(chǎn)生一些裂隙、裂紋，在水的影響下混凝土還會出現(xiàn)更多的蜂窩、麻面、狗洞及微孔，這些將成為涌水、面滲通道，處在含水層中的這些地下工程可能出水。因此壁后注漿對控制地下水滲透非常重要。

（四）導(dǎo)水與截水

在立模和澆灌混凝土前，或在有集中涌水的巖層，通過預(yù)設(shè)導(dǎo)管，將涌水集中導(dǎo)出。導(dǎo)管的數(shù)量以能滿足放水為原則，導(dǎo)管一端埋入礫石堆，既便于固定也利于慮水，防止壁后泥砂流失。此方法僅適用涌水小的條件。

對于永久井壁淋水，應(yīng)采用壁后注漿封水。如淋水不大，可在滲水區(qū)段下方砌筑永久截水槽，截住上方淋水，然后用導(dǎo)管將水導(dǎo)入水桶，再用水泵將水排出地面。若井幫淋水不大，不宜單設(shè)設(shè)備，可將水導(dǎo)入井底與工作面積水一同排出。

三、展望

在實(shí)踐中，為了徹底解決涌水對立井施工的影響，改善掘砌工作面的作業(yè)條件，有時采用單一的方法難以將水徹底治理，往往將注漿堵水、截水和吊泵排水等方法相互配合使用，采取綜合治水方法，才能獲得良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張芨強(qiáng)，雷霄，張喬良，薛國慶，湯明光. 低滲透氣藏產(chǎn)水壓裂水平井產(chǎn)能評價[J]. 天然氣地球科學(xué)，2019，30（12）：1701-1708.

[2]陳廣瑞，王金濤，秦立杰. 井巷工程施工工藝參數(shù)與預(yù)算結(jié)合性優(yōu)化[J]. 世界有色金屬，2019（11）：195+197.