綜合防治水技術在立井井筒掘進中的應用

李紅旗

（河南錦源建設有限公司，河南 鄭州 454000）

1 項目概況

鄭煤集團楊河煤業(yè)有限公司裴溝煤礦位于河南省新密市境內，行政區(qū)劃分別隸屬新密市來集鎮(zhèn)和劉寨鄉(xiāng)管轄。 礦井屬于鄭州礦區(qū)， 生產能力為1.8 Mt/a。 礦井采用立井多水平上下山開拓，共有5個井筒；分別是主立井、副立井、深部副立井、中央風井和31 風井。 礦井主要開采二1 煤層，二1 煤層厚度為0～8.98 m，平均4.2 m，主要為中厚煤層，煤層傾角4°～27°。根據(jù)礦井生產開拓43 采區(qū)的需要，建設43 采區(qū)樊寨副立井為今后礦井的進風、排水、上下人員、提升矸石、升降設備和材料運輸之需。

該井筒凈直徑Ф7.0 m， 凈斷面38.465 m2，井口臨時井頸設計標高+229.00 m，鑿井深度775.03 m，主體采用鋼筋混凝土砌筑支護，混凝土強度等級為C40。 其中臨時井頸6 m、磚砌加素混支護，壁厚1 300 mm；永久井頸2 m、雙層鋼筋混凝土支護；井身段壁厚500 mm，單/ 雙層鋼筋混凝土，含壁座工程量8 m，壁厚500～1 500 mm；井筒內設置行人休息硐室3 個。

2 井筒地質與水文地質

根據(jù)井檢孔報告，副立井井檢孔巖性及含水層和涌水量情況如下：

孔深1.20～103.30 m 基巖風化帶， 巖性以細粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖為主，涌水量為94 m3/h?？咨?03.30～857.35 m， 為二疊系上統(tǒng)土門組、平頂山組、上石盒子組、下統(tǒng)下石盒子組、滑動構造帶、山西組、石炭系上統(tǒng)太原組，由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細粒砂巖、中粒砂巖，粗粒砂巖、石灰?guī)r組成。 上石盒子組砂巖、二1 煤頂板砂巖和L7-8灰?guī)r涌水量20 m3/h，土門組下部砂巖涌水量為60 m3/h，平頂山組巖層涌水量為187 m3/h，涌水量較大，常規(guī)施工無法穿過，因此必須進行工作面超前探注。

根據(jù)勘探資料，主要含水層段有5 處：1.2～103.5 m為基巖風化帶含水層， 預計井筒涌水量94 m3/h；216.5～377.8 m 為土門組下部砂巖含水層，預計井筒涌水量60 m3/h；388.00～445.94 m 為平頂山組含水層，預計井筒涌水量187 m3/h；460.10～637.50 m 為上石河子組砂巖含水層，預計井筒涌水量20 m3/h；757.00～821.85 m 為二1 煤層頂板砂巖含水層，預計井筒涌水量20 m3/h。

3 綜合防治水方案

在施工至含水層段前20 m 位置時， 嚴格執(zhí)行“有疑必探、先探后掘”的原則，探40 m，掘進28 m，預留超前距為12 m。

表1 主要含水層（段）井筒涌水量預計結果

根據(jù)不同的地質及水文地質條件有針對性地選擇不同的防治水措施。 以下為防治水方案。

3.1 防

在井筒主要含水層揭露前20 m 進行探水。 根據(jù)裴溝煤礦副立井井檢孔拄狀圖，施工至距離主要含水層20 m 時，工作面停止施工，進行探水。 每次超前探水垂距為40 m，掘進距為28 m，預留超前距為12 m[1]。 探水鉆孔布置4 個。 如鉆孔單孔涌水量小于5 m3/h 或探水鉆孔在結束后總涌水量小于10 m3/h[2]，工作面繼續(xù)掘進；如探水鉆孔單孔涌水量大于5 m3/h 或探水鉆孔在結束后總涌水量達到10 m3/h，則停止工作面爆破打眼工作，改為預注漿施工。 工作面預注漿時，先注探水鉆孔，然后沿上述探水鉆孔圓周4 個孔中間增加4 個注漿孔。 探水鉆孔以井筒十字中心為基準， 以半徑R 3 500 mm均勻布置4 個孔。 鉆孔終孔控制范圍以井壁外10 m范圍為準， 探水鉆孔直徑Φ90 mm。 探水設備為2臺MKQJ-120/40 型潛孔鉆機。

圖1 探水鉆孔布置

表2 探水孔參數(shù)

3.2 堵

井壁局部淋水或集中出水點局部淋水量≥10 m3/h段，采用壁后注漿，達到封堵及對圍巖加固的目的。注漿孔分淺孔（充填）和深孔（加固）注漿。

在井筒施工結束時，如果井壁總漏水量超過10 m3/h或井壁有0.5 m3/h 以上的集中出水點，在沒有拆除吊盤前， 采用由下向上對井壁進行一次整體復注，使井壁漏水量符合規(guī)范要求 （≤10 m3/h 或井壁沒有0.5 m3/h 以上的集中出水點）。

3.3 截

井壁局部淋水量≤10 m3/h 時， 采用井壁固定截水槽，用膠管把水直接截入井壁上設置的環(huán)形水槽中，根據(jù)淋水量或含水層實際情況，設置轉水站或腰泵房，然后導入腰泵房或直接排出井筒。

3.4 排

井深380 m 以上采用一級排水，井深380 m 以下采用二級排水（在380 m 附近設置腰泵房）。

（1）若井筒涌水量≤5 m3/h，直接用風泵將水排入吊桶，然后提至地面進行排水。

（2）若井筒涌水量＞5 m3/h，采用風泵直接將水排入吊盤上面的蓄水箱內，由吊盤上臥泵排至腰泵房或地面。

（3）排水設備配備

井筒施工期間準備兩趟排水管路和兩臺臥泵。一趟Φ108 mm×6.5 mm（主排水管）、一趟Φ159 mm×6 mm（用壓風管作為備用排水管）的排水管采用鋼絲繩懸吊在井筒內。 在吊盤（中層）上安裝1 臺MD46-50×9 型臥泵，地面?zhèn)溆? 臺同等型號臥泵，以滿足正常排水和應急排水施工的需要。

在井深到達380 m 處， 腰泵房施工完畢之后，在腰泵房內增加2 臺MD85-67×7 型臥泵，1 用1備，以滿足二級排水的需要。

4 具體施工工藝

4.1 探水鉆孔布置

探水鉆孔以井筒十字中心為基準，以半徑R 3 500 mm 均勻布置4 個孔。鉆孔終孔控制范圍為以井壁外10 m 為準，探水鉆孔直徑Φ90 mm。 探水設備采用MKQJ-120/40 型潛孔鉆機2 臺。

4.2 注漿設備及材料

（1）注漿鉆孔：設備亦采用2 臺MKQJ-120/40型潛孔鉆機，進行鉆孔（與探水設備相同）。 注漿：設備采用2TGZ-60/210 型注漿泵2 臺， 攪漿機采用0.5 m3和1 m3各一臺。 注漿設備放置在井口附近。沿井壁固定兩趟D50 mm×6 mm 的無縫鋼管，作為注漿管路。 吊盤以下采用D25 mm 的高壓膠管，并安裝控制閥門，以便及時關閉漿液。

（2）注漿材料及段高

水泥采用普通硅酸鹽P.O 42.5 級水泥，水玻璃模數(shù)為2.4～2.8， 波美度40 度的水玻璃。 注漿段高：由于有多個含水組，為了減少預注漿所需要的準備次數(shù)和時間，根據(jù)預計含水組的厚度，確定注漿段高。單含水組厚度小于20 m 的采取分層注漿；單含水組厚度超過20 m 及以上， 采用含水組分段注漿，注漿段高為40 m。

（3）注漿參數(shù)

①布孔方式

采用徑向傾斜布孔，鉆孔布置直徑Ф7 m，圓周布置鉆孔8 個（含探水鉆孔4 個），鉆孔直徑Φ90 mm，孔間距2 679 mm，鉆孔終端形成圓周直徑為27 m， 控制井壁以外圓周10 m 的范圍。 套管直徑Ф108 mm×6 mm 鋼管，長度根據(jù)巖層中探水鉆孔超前鉆距和止水套管長度表中的水壓和超前鉆距確定，最短長度為5.5 m，設置放水孔或注漿孔，并安裝壓力表裝置、配套法蘭盤等，見圖2。

圖2 注漿孔布置

表3 注漿孔（含探水鉆孔）參數(shù)

注漿孔分為兩組-- 奇數(shù)組 1、3、5、7， 偶數(shù)組2、4、6、8。 第一組鉆孔主要解決較大裂隙的封堵，第二組鉆孔主要解決細小裂隙的封堵。 若注漿效果經檢驗達不到要求時，根據(jù)實際情況適當增加注漿孔數(shù)量，則先施工的孔兼做注漿前水量檢查孔，后施工的孔作為注漿質量檢驗孔。

②注漿壓力PH=1.5 MPa。

③為保證漿液在壓力作用下沿裂隙有效擴散，防止從工作面跑漿，采用工作面預留止?jié){巖帽方法。

在施工期間遇到構造帶或其他異常情況時，為了保證預注漿效果，采用澆筑止?jié){墊的方法進行注漿。

4.3 壁后注漿

在含水組施工完畢后，如井壁局部漏水，在吊盤降落到該部位時，進行壁后注漿[3]，封堵井壁的漏水點，減少井壁淋水和對井筒施工的影響（如揭露巖層屬于流沙層， 將對該段另行編制注漿方案）。 注漿漿液：含水層注漿以單液漿為主，封孔作業(yè)采用雙液漿。

根據(jù)《煤礦井巷工程質量驗收規(guī)范》規(guī)定：采用普通法全井筒施工的井筒深度大于600 m，井筒建成后，總漏水量≤10 m3/h，且井壁不得出現(xiàn)0.5 m3/h以上的集中出水點。 所以，在井筒施工結束時，總漏水量大于10 m3/h 或井壁有0.5 m3/h 以上的集中出水點，在吊盤上對井壁采用由下向上的方法進行井筒整體復注，使井筒總漏水量降低到規(guī)范要求之內。

5 結語

針對不同含水層特點，采取超前探注，合理布置鉆孔和段高，根據(jù)注漿壓力合理預留注漿保護層巖帽。 通過工作面預注漿，副立井井筒在該含水層段壁后注漿全部結束以后，井壁未出現(xiàn)0.5 m3/h 以上的集中出水點，井壁沒有明顯的漏漿液痕跡。 綜合防治水技術加快了立井井筒施工進度，保證了施工安全，節(jié)約了建設投資，為穿強含水層立井井筒施工積累了工程施工經驗。