金黄庄矿副井井筒注浆堵水治理技术应用

王军　曹国华

摘 要：金黄庄矿副井井筒注浆堵水治理技术采用“高低压结合、深浅孔并用、复合、诱导注浆”方式进行，施工过程中严格执行“安全、经济、合理”的设计原则，遵循“先试验，后检验，再修改”的技术路线，保证施工技术具有较强的针对性和可操作性，灵活实施“试验为先”、“动静结合”的管理原则，达到“综合治水、重点突出”的注浆堵水效果。

关健词：井筒；注浆堵水；治理技术；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.007

1 工程概况

（1）井筒特征。金黄庄煤矿副井井筒深度879.1m，井筒净直径6.00m。采用冻结法施工，冻结深度166.3/136.57m（深孔/浅孔），控制层深度117.21m。副井锁口段深度0～6m。副井冻结段深度6～117.2m，井壁为内外双层钢筋混凝土复合井壁结构，内壁厚为450mm，外壁厚为550mm，砼强度等级C30～40。深度270～330m段高内，井壁为单层钢筋砼结构，砼强度等级C30～C50。其它基岩段井壁为单层混凝土，井壁厚度450～550mm，砼强度等级C30。

（2）井筒出水情况。根据资料统计和现场勘查结果：出水点位于井筒垂深235.0m至670.0m处（累计段高435.0m），初步统计约有12个层位（不含集中出水点段），40余处出水点，其中西北部散水点较多，东部主要是个别集中出水点，井筒综合涌水量约9.6 m3/h，并有进一步增加趋势。基本分为如下三种：① 罐道梁生根锚杆钻孔渗水和原注浆孔返渗；② 较大段高出现不连续、分散出水段（如：610～630m）；③ 混凝土接茬出水呈分散集中式，多处沿井壁接茬集中出水。

（3）导水通道分析。在初步现场勘查、分析金黄庄煤矿副井井壁出水现状、地层及井筒受力特征的基础上，以确保井筒安全为宗旨，综合现有技术条件下的治理经验，本次治理设计按照“由表及里，综合防治”的治理原则，选择“破壁注浆”。即：在井壁上施工注浆通道，向井壁壁后一定范围内灌注可堵水的浆液材料，通过浆液的固化从而堵塞壁后的可过水通道，并通过套孔复注封堵围岩裂隙，从而达到改善地层导水性和堵水的目的。

2 注浆技术应用

2.1 注浆压力

注浆压力的确定应考虑井壁强度、承受能力等安全因素。注浆压力为静水压力0.5～1.5Mpa，在岩石裂隙中的注浆压力可适当提高。实际工程前，应根据井壁强度测试结果进行确定。另外，注浆工程受下列因素的明显影响：受注地层的成层状况和含水条件；注浆方法（注浆管的结构等）；浆液材料的性质（粘度、凝胶时间）等。注浆压力对浆液的扩散范围有重要影响。

目前注浆工程经常采用的经验公式为：

PC=P0+（0.5-1.5）

式中，PC为注浆终压，MPa，PO为注浆点静水压力，MPa。

由于副井井筒井壁混凝土接茬处质量较差，经综合考虑，本工程实际注浆施工过程中，应根据现场实际及时调整注浆压力及孔位，保证合理浆液扩散范围和井壁安全。

2.2 注浆工艺应用

为切实解决注浆压力和井壁强度之间的矛盾，增加井壁强度减少浆液流动阻力，本次注浆采用如下技术工艺：（1）诱导注浆工艺。在注浆造孔时同时造孔3个，中间一个用于注浆，两侧孔破壁后安装压力表和高压阀门，实时监测壁后串浆压力，一旦发现压力过大（壁后≥2.5 MPa，套孔复注≥4MPa）立即打开阀门进行泄浆，每一循环先予造两至三个孔进行泄水、压水，联通孔与孔之间的通道，分出先注孔和后注孔；（2）单孔少注，群孔多注的工艺。采取控压控量工艺，以低压慢注方式进行注浆，并争取单孔进浆量较为均衡可以确保壁后空隙及围岩裂隙充填密实，井壁抗压强度及防水能力得以增强。

2.3 浆液扩散半径及范围

（1）半径。浆液扩散半径与注浆压力、浆液类型、浓度及地层等密切相关。根据类似工程实践，为保证注浆堵水质量，兼顾井壁安全，本次壁后注浆取2.0～3.0m；（2）范围。本次治理的总体思想为注浆堵水及井筒加固并重，堵水先行，加固紧跟，并根据井壁出水及地层特征，做到精细化布孔，既要做到重点突出，更需做到“标本兼治”，全面彻底地根治井筒工程地质问题。该段高内（井深230m～670m），出水点层位约20层，井深505m以下基本上为每隔5m～10m有一层出水点，且大多为井壁砼接茬处渗水。因此在明水点封堵后还要做好渗水点相对应含水层的“封顶固底”注浆工作。

原则上在对出水层位注浆封水后，按照五花孔在其上下各3～4m处（视围岩裂隙发育及透水性确定）均施工一排注浆孔（实际施工中还应根据造孔和压水试验进一步确定），6孔/层，孔距3.14m，初注孔深0.8m（破壁后进入围岩200mm），复注孔深约2.0m～3.0m。预计注浆层位32层，造孔192个。具体注浆施工段高包括230m至井底段全段高。

2.4 注浆顺序及注浆量

（1）注浆顺序。依据《煤矿井巷工程施工规范》（GB50511-2010）及本次注浆工程特点，为确保施工安全和保证注浆质量，本次注浆采取“总体下行，段内上行”顺序实施，段内（100m/段，预计分为四个段高，具体段高分布还应视该段高井壁出水点、地层性质及井壁结构情况进一步确定）采取“上行初注，下行复注”方式进行。严格执行“对点堵水，封顶固底、套孔复注”的设计原则。

首先采用“下行式对点封堵”对出水点进行注浆直接堵水，其后对该段高进行壁后注浆充填，最后采用上行式注浆方式，对已注孔进行中深孔防渗复注。

（2）注浆量。针对地层地质构造分析，尤其是井筒建井冻结影响等需特殊考虑。

由于建井过程中曾经采取过工作面预注浆，结合工程实际，预计注浆量消耗：水泥约80 t，水玻璃20 t。超细颗粒水泥（或化学浆液）约30 t作为备用。

3 注浆效果

该工程采用壁后注浆技术，对井壁出水及壁后基岩裂隙进行密实和充填，隔绝渗水通道，消除了水害威胁。同时，通过注浆改善了地层的物理性质，增强了井壁防渗性能，提高了井壁自承载能力，减少了由于渗水造成的提升设备锈蚀，提高了井筒服务年限。因此，本次注浆堵水工程达到并超出设计的预期效果，为金黄庄煤矿的安全生产提供了有力保障。endprint