大埋深高水压井筒井壁渗水注浆封堵技术应用

张海波

（新疆邢美矿业有限公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841000）

0 引 言

塔什店矿区一号矿井副立井井筒累深超过702.5 m，地应力较大，在构造应力等集中应力作用下，巷道围岩破碎、收缩现象突出，很容易在井壁薄弱带出现涌水现象，加大防治水难度，而在大埋深高水压井筒注浆封堵技术方面研究较少，常规井筒注浆封堵技术又难以达到预期效果。

本文以塔什店矿区一号矿井副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段为研究背景，对副井下部井筒采用井壁注浆外加井壁外施工疏水降压放水孔的方式，采用内堵、外放的综合治理方式，达到降低或消除井壁涌水量的目的。对大埋深高水压井筒井壁提出了一种新的注浆加固方案，并对其应用效果进行分析评价。

1 概 况

分析前期矿井已获得的水文地质资料，查看井壁及井底的渗水情况，圈定副井下部井筒的主要出水段，井壁内采用长短孔结合方式进行注浆，对注浆封堵后副井井筒涌水量前后变化情况进行对比，在副井+500 m 水平码头门两侧各施工2 个钻孔，孔底穿过出水段，直达井底最深处。对出水层段进行疏水降压，再次查看井壁及井底渗水情况，以及码头门及井底之间相关的水力联系情况，对出水层段再次进行注浆封堵。

塔什店矿区一号矿井副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段，该部分主要井壁支护方式为素混凝土支护，井壁厚度500 mm，砼强度C50。岩性主要为砂岩、砂砾岩，掘进期间该段涌水量30.2 m3/h，水压达到6 MPa。

副立井井筒到底后，前期对副井井筒681 ～697 m 段井壁进行了注浆加固，涌水量降至18.77 m3/h。井筒掘进完成（井深702.5 m），实测全井筒涌水量为27.3 m3/h。经现场探查井筒涌水量集中出水层段为井深667.5 ～702.5 m 段。

2 注浆加固关键技术

2.1 疏水降压

注浆前，对副井筒累深667.5 ～702.5 m 段的井筒进行了排水清淤，然后对井壁自下而上进行了检查，查看井壁及井底的工程质量、渗水情况，码头门及井底之间相关的水力联系情况等。

分别在副立井+500 m 水平码头门东两侧距离井筒井壁5 m 处，靠近码头门帮部，垂直向下施工2 个钻孔，终孔直径75 mm，钻孔孔深40.5 m（进入井筒底部5.5 m），进行探测及疏放水作业。码头门两侧疏放水钻孔施工完成后，钻孔正常开始放水。

出水点布孔方式为直接在出水点位置或附近四周布孔（暂定5 个钻孔呈梅花状布置），进行注浆封堵（必须选在井壁完好的地方，遇有井壁薄弱或重新处理过的地方应在1.0 m 以外布孔），钻孔分Ⅰ类孔与Ⅱ类孔，两类钻孔交叉布置。

Ⅰ类孔：垂直井壁打孔深度1 500 mm（井壁混凝土厚度为500 mm），穿透井壁1 000 mm，主要对井壁进行加固。

Ⅱ类孔：垂直井壁打孔深度3 000 mm（井壁混凝土厚度为500 mm），穿透井壁2 500 mm。优先施工Ⅰ类孔，Ⅰ类孔施工注浆完毕该出水点无出水，则不再施工Ⅱ类孔钻孔，若该出水点还有出水，则根据实际情况再布置施工了Ⅱ类孔。

2.2 注浆封堵

在井筒内，采用了长、短钻孔注浆方式对井壁进行了封堵。井壁注浆以吊盘为工作平台，对出水点、出水区域周围进行布孔打钻，5 个钻孔为一组，呈梅花状布置，钻孔选在井壁完好的地方，在遇有井壁薄弱或重新处理过的地方在至少1.0 m 以外的地方进行布孔；钻孔分长、短孔，短孔（垂直井壁打孔深度1 500 mm，穿透井壁1 000 mm），长孔（垂直井壁打孔深度3 000 mm，穿透井壁2 500 mm）。先施工了短孔，短孔注浆后，井壁不再出水，则长孔就不再进行施工；经短孔注浆后，井壁出水下降较少，则继续施工了长孔，进行注浆封堵。

出水点注浆以单液为主，根据吃浆量、出水部位选择双液封堵涌水（图1）。注浆前先注水，观察导通情况及注水情况，注浆浓度配合比视注水试验来确定起始注浆浓度，先稀—逐渐加浓—最后又变稀（接近终压时），根据出水情况适当的加入水玻璃或化学制剂，1 个钻孔注浆时，其余钻孔作为观测孔，观察注浆变化情况。

图1 双液浆工艺流程Fig.1 Double slurry process

针对施工缝、井壁接茬部分，先依次注下部钻孔，根据注水导通情况，确定下部注浆孔的注浆顺序，上部钻孔作为观察孔，先注单液，观察孔出浆后，再使用双液对上部注浆孔进行封闭，直至井壁无集中出水点；若注浆孔周围井壁出水，采用水玻璃、水泥双液进行了封堵。

2.3 井筒注浆施工过程

2023 年4 月10 日中班，副井井窝排水到底，累计排水1 186 m3。

4 月11 日至4 月20 日，在+500 m 东侧马头门，施工2 个注浆孔，终孔直径75 mm，孔深分别为40.5 m。截止目前两钻孔正常放水，1 号钻孔5 m3/h，2 号钻孔1.0 m3/h，水压1.8 MPa。

4 月21 日1:00 班至4 月22 日9:00 班采取井壁出水点四周梅花型布置眼方式对出水点进行注浆封堵。

4 月22 日17:00 班至4 月26 日1:00 班，采取井壁出水点帷幕注浆方式对出水区域进行注浆，即在井筒东侧累深681.5 ～692.9 m 上下，出水区域左右1.5 ～2 m，间排距1 m，施工注浆孔，对出水区域进行了注浆。

4 月22 日，副井累深667.5 ～702.5 m 段井壁主要出水点涌水量见表1。

表1 主要出水点涌水量Table 1 Water inflowof main outlet points

4 月26 日，副井累深667.5 ～702.5 m 段井壁主要出水点涌水量见表2。

表2 主要出水点涌水量Table 2 Water inflowof main outlet points

两次比较，注浆后井壁出水点水量降低5.7 m3/h。

3 井筒注浆主要工作量

副井下部井筒内壁注浆工作量：2023 年4 月10 日—4 月26 日，对副井+500 m 马头门以下井窝部分井壁进行了注浆封堵，共计打眼157 个，注入水泥浆13.9 t、水玻璃3.88 t。

副井东码放水钻孔工作量：在副井+500 m 水平东侧马头门，施工2 个了疏放水孔，终孔直径75 mm，孔深分别为40.5 m。截止目前2 钻孔正常放水，1 号钻孔5 m3/h，2 号钻孔1.0 m3/h，水压1.8 MPa。

4 注浆加固效果分析

副立井井筒累深667.5 ～702.5 m 段注浆，采用了“内堵外放”相结合的方式，即在井筒+500 m水平附近施工疏水降压放水孔对副井下部井筒出水层段进行疏水降压，并结合井壁内长短孔注浆方式，对副井下部井筒井壁进行了注浆，封堵井壁涌水，注浆封堵结束后。井筒内总涌水量由27.3 m3/h降至8.6 m3/h，下降18.7 m3/h，水量下降尤为明显，达到了预期效果。

5 项目应用情况

5.1 经济效益

副井井筒预估保守涌水量为27.3 m3/h，矿井设计服务年限为60 a。副井筒服务年限内累计排水量约14 348 880 m3，通过此次壁后（间） 注浆，副井筒的排水量预计减少70%，剩余排水量约为4 520 160 m3，预估节约成本1 965 万元。

5.2 社会效益

通过井筒壁后注浆工程对井筒漏水量进行控制，不仅保证井筒在矿井服务年限内的安全稳定性与可靠性，还提高了井筒的服务年限；维持了生态平衡，减少了水资源的浪费。

6 结 语

通过在塔什店矿区一号矿井大埋深副立井井筒应用“内堵外放”相结合的方式对副井下部井筒出水层段进行封堵，全井筒涌水量大幅度下降，效果明显。通过此次壁后（间） 注浆，副井筒的排水量预计减少70%，预估节约成本1 965 万元，具有一定的经济效益。