高承压水井筒淋水封堵技术研究

肖 猛,

（肥城矿业集团有限责任公司,山东 肥城 271608）

高承压水井筒淋水封堵技术研究

肖 猛,马金伟

（肥城矿业集团有限责任公司,山东 肥城 271608）

针对肥矿集团井筒淋水，研究总结了封堵高承压含水层淋水注浆方式、注浆压力的确定、注浆材料、注浆工艺参数及注浆施工技术以及井筒冻结后解冻与井筒淋水发生规律。

高承压水；井筒淋水；封堵

0 前言

肥城集团在鲁西南已开发4对矿井，开采深度大都超过-1000m水平，矿井建设中均受到厚冲积层水和高承压含水层水的影响或威胁，井筒不同程度存在淋水。为确保井筒安全、减少矿井排水费用，我们对基岩段高承压水进行了壁后注浆研究和实施，效果良好。

1 井筒淋水封堵注浆方式

厚冲积层冻结段井壁采用砼强度等级C30～C65的高强高性能钢筋混凝土塑料夹层复合井壁结构型式，该段淋水封堵采用两井壁全断面壁间注浆技术；基岩段为素砼单层井壁，本段高承压水淋水采用壁后注浆技术。

2 封堵高承压水井筒淋水注浆压力的确定

2.1 高承压水注浆压力选择

高承压水井筒淋水封堵风险主要为：注浆压力与水压、扩散半径、井壁承压关系及高压条件下安全措施落实等。注浆压力过大，浆液扩散过远，耗浆量大，容易造成压力传导撑破井壁，造成巨大损失，或浆液沿着井壁流窜，造成材料浪费；注浆压力过小，则浆液受水压作用有效扩散半径小，达不到封水的效果。

2.2 井壁承压能力与注浆压力匹配理论计算

壁后注浆压力主要考虑井壁抗压强度，以确保不破坏井壁的稳定性为原则。壁后注浆终压一般是静水压的1.3倍，二水平基岩段含水层静水压力为5～7MPa，理论注浆压力为6.5～9MPa。为合理选择注浆压力，课题组联合中煤科工集团南京设计研究院根据井壁受力关系，建立模型后推导出公式

其中t—井壁厚度，m；

rn—计算处井壁内直径，m；

fs—混凝土极限抗压强度取0.8倍立方体的抗压强度标准值；

P—计算处作用在井壁所能抵抗的极限荷载，MPa。

计算得出二水平井壁所能抵抗的极限载荷分别为：主井9.16MPa、副井8.06 MPa、风井9.53MPa。

结合计算结果，考虑注浆前期为疏水降压动水压力，后期接近井水压力、含水层位置为C50砼以及注浆时含水层位置注浆压力不得超过井壁极限承载能力等因素，设计浅孔（孔深1.5m）孔口管进入基岩不得小于1.0m，注浆压力不得超过5Mpa，深孔（孔深2.5m）孔口管进入基岩不得小于2.0m，注浆压力不得超过8Mpa，采取“钻孔探水—泄水卸压—引流、间歇注浆”措施。

3 注浆材料

根据注浆材料的可注性、可控性和抗渗性，壁后注浆堵漏时采用水泥单液浆进行封堵，封孔选用水泥—水玻璃双液浆，水玻璃选用浓度为40波美度、模数为2.4～2.8的水玻璃。后期采用高分子马丽散E封注井壁密集型小出水点。

注浆浆液均选用山水牌P.O42.5 水泥加膨胀剂制作，并且在浆液内再加其它特殊配方组份,当进浆困难时水泥选用超细水泥；水泥浆水灰比在1.5:1～0.8:1之间调整，水泥浆与水玻璃配比为1：1～1：0.8，凝胶时间一般为60s到几分钟不等。

4 注浆段高及布孔方式

根据井筒淋水实际发生情况，重点对基岩M4、M5、M6高承压含水层进行壁后注浆。

基岩段壁后注浆采用梅花三花型、深浅孔结合的方式进行注浆，浅孔孔深1.5 m，深孔孔深2.5m，孔间距2.5～3.5m，排距3.5～4.0m，每排布置6孔，孔口管长度为800～1500mm，外露长度为50～80mm。漏水量较大的接茬处，在距接茬500mm左右上下交错布置孔口管且向上、下倾斜；注浆孔施工时按钻探或物探提供的水源位置、裂隙分布、水流方向找到水源主导裂隙，将注浆孔打到主导裂隙，充分发挥每一个注浆孔的作用，同时在水流下游适当位置布置导流泄压孔。

5 注浆工艺

注浆前，先压水试验，球阀与高压混合器接好后，开动注浆泵，用清水冲孔，并作串通试验和耐压试验；将吸浆管拧紧上牢，分别放入在储浆桶内（水泥浆桶、水玻璃桶），按照设计好的浆液配比，调整好流量，先注单液浆，再注双液浆。注浆顺序先由下至上再由上至下复注，先注浆加固接茬，再由小水点至大水点封注，封注大出水点时，采取顶水注浆或在出水点附近打泄压孔，采取引流注浆、间歇注浆方式。注浆过程中，视压力情况或涌水情况，随时调整浆液浓度。每个孔注浆结束后，必须用清水冲洗净注浆管路，吸水泥浆管和吸水玻璃管的两根液吸浆管要做好标记，以防混用。

针对静水压力大、注浆压力高的特点采取超前“钻孔探水—泄水卸压—引流、间歇注浆”于一体的创新性思路。即超前施工探水孔，查找水源主导裂隙，测量静水压力，同时疏水降压，布置注浆孔时在水流下游适当位置布置导流泄压孔，降低水压，从而降低注浆压力。注浆过程中时刻观测泵压，当压力接近设计值时应及时停泵，采用间歇注浆、引流注浆方式，确保高压状态下井壁不受破坏。

6 井筒解冻期与井筒淋水发生规律研究

（1）井壁解冻期随冻结壁温度回升速度及井壁井筒通风条件有所不同，一般350～400d井壁全厚恢复正温，22～26个月冻结壁完全解冻，在秋季冻结解冻期比在冬季冻结要长。（2）井筒淋水随解冻及注浆，常出现反复现象。一般在解冻初期、完全解冻、井筒安装时淋水量会突增。（3）井筒淋水多发生在水压大、富水丰富的中砂、粗砂含水层段，一般沿着解冻过程冻结管行成的环形通道、天然孔隙空隙形成的弱渗通道、冻融损伤诱发增大的岩体孔隙和空隙以及井座缝隙、浇筑时混凝土凝固时产生的干缩缝、金属模板接岔处、注浆时水泥浆凝固后产生微裂隙及安装时施工形成的裂隙等薄弱地段外渗。

7 技术应用效果

经分三阶段对主、副、风井基岩段进行壁后注浆，各井筒淋水量均达到《煤矿井巷工程质量验收规范》标准。

8 结论

（1）高承压含水层注浆压力的设计和控制是关键因素，对水压、井壁承压能力及注浆压力要进行科学匹配计算。（2）针对静水压力高、注浆压力大特点，提出“钻孔探水—泄水卸压—引流、间歇注浆”于一体的创新性思路。（3）研究了厚冲积层冻结段解冻规律及淋水发生特征，为壁间、壁后注浆指明了方向。