立井井壁注浆堵水技术在梁宝寺二号井主井井筒的成功应用

立井井壁注浆堵水技术在梁宝寺二号井主井井筒的成功应用

许奥林

中煤第三建设（集团）有限责任公司二十九工程处安徽省宿州市234000

摘要：采用冻结法施工的井筒冻结圈解冻以后，基岩段富水较大，井筒井壁或多或少会出现漏水现象，由于井筒外围存在着较厚流沙层、基岩裂隙大，对井筒的安全带来较大隐患，必须对井壁进行注浆堵水。本文重点介绍了表土段、基岩段井壁注浆堵水的成功经验。

关键词：立井井筒；注浆堵水技术；应用

一、工程概况

目前梁宝寺二号井主井井筒淋水量为34.2m3/h，其中表土段淋水12.2m3/h，基岩段淋水22m3/h。井筒淋水量达不到《煤矿井巷工程质量验收规范》，为减少井筒总淋水量，减轻排水压力，确保井筒淋水量达到质量验收标准要求，特进行井筒注浆施工。

二、水文地质情况

(一)表土层

根据第四系、新近系两段地层的岩性、简易水文观测等水文地质资料，将其划分为两个含水层。

1、新近系上段含水层段：该含水层由多层砂层组成，埋深149.25～266.07m，砂层总厚度为36.66m。砂层以中、细砂为主，粘土质含量不均一，富水性较强。

2、新近系下段含水层段：砂层主要由中、细砂组成，含粘土质较高，埋深412.62～448.94m，砂层总厚度为19.87m。

(二)基岩段

M4、M5、M6含水层岩性多为细砂岩，中砂岩、粗砂岩，局部发育垂直裂隙，岩石破碎。

三、主井井壁结构

1、表土冻结段井壁结构

梁宝寺二号井主井井筒净直径5.0m，设计深度1060.5m；表土段采用冻结法施工，冻结深度510m，510m以下基岩段采用普通钻爆法施工。主井于2009年1月25日开机冻结，2010年1月12日冻结停机，冻结深度510m。按冻结段平均解冻周期22个月计算，主井解冻时间为2011年11月份。目前主井表土冻结段-292m、-232m、-222m、-220m、-163m、-106m、-74m、-67m位置发现明显的出水点，主要淋水来源为200m～320m。

冻结段外层井壁厚度550～950mm，内层井壁厚度550～950mm，均为现浇钢筋砼结构，砼强度等级C30～C65。中间铺设两层1.5mm厚的HDPE塑料夹层。

冻结段壁座为单层井壁，三层钢筋砼结构，砼强度等级C65，井壁厚度1550mm。

详见下表：

2、主井基岩段井壁结构

基岩段为素砼单层井壁，砼强度等级C35，井壁厚度500mm。含水层段及含水层上下两模砼强度等级为C50。

四、表土段注浆设计

(一)表土段壁间注浆设计

1、注浆材料

井壁壁间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。

注浆浆液均选用P.O42.5水泥制得，水泥浆水灰比在2:1～0.75:1之间调整，水泥浆与水玻璃体积比在1:0.4～1:1之间进行调整。

2、注浆参数

⑴注浆段高：根据掘砌实际揭露的地质及水文地质情况，按照10m～15m段高依次由上至下进行壁间注浆。

⑵布孔方式及数量：根据表土段含水砂层所在位置井壁的内壁厚度计算孔深，终孔位置不得超过内壁100mm。在井壁上采用梅花三花型布孔，排距3～3.5m，每排5个注浆孔，形成注浆帷幕。孔口管长度为500～800mm，后端300～600mm为花管样式，外露长度为50～80mm。在漏水量较大的接茬处，距接茬500mm左右上下交错布置孔口管，先注浆加固接茬，再根据现场情况选择钻注。

⑶注浆要求

①施工钻孔必须安装好截门，先对止水套管进行注浆加固，打压试验合格后方可穿透井筒内壁。

②钻孔施工完成后，及时观测水压、水量，并做好记录以备分析。

③注浆材料，选择以水泥单液浆为主，比重控制在1.5－1.75之间，如果跑浆严重，可改为水泥－水玻璃双液浆封注。

五、基岩段设计方案

1、注浆材料

井壁壁后注浆堵漏时采用水泥—水玻璃双液浆进行封堵，水玻璃选用浓度为40波美度、模数为2.4～2.8的水玻璃。

注浆浆液均选用P.O42.5水泥加膨胀剂制得，并且在浆液内再加其它特殊配方组份,水泥浆与水玻璃体积比在1:0.4～1:1之间进行调整。

水泥浆封堵完成后，根据基岩段淋水量具体情况，采用化学浆进行补注。

2、注浆参数

⑴注浆段高：根据掘砌实际揭露的地质及水文地质情况，采取深浅孔结合，由上至下依次注浆。注浆段高具体数据见下表：

⑵布孔方式及数量：在井壁上采用梅花三花型布孔，孔深1.5m～2.5m，孔间距3.0～3.5m，排距3.0～4.0m，每排均匀布置5孔，孔口管长度为800mm～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，先注浆加固接茬，再根据现场情况选择钻注，若孔内无水，可不设孔口管，但必须用水泥砂浆灌实或设孔口管后注浆封实，以防井壁通过钻孔漏水。

开孔后，将预先加工好的注浆孔口管马牙扣缠上麻丝，抹好黄油，在丝扣端放置砸管器，将注浆管砸入孔内，注浆管下放孔内长度不小于0.5m，然后安装球阀到注浆孔口管的丝扣上。

⑶注浆终压：壁后注浆终压应在造孔测量静水压后确定，注浆终压是静水压力的1.3倍。含水层段及含水层上下两模井壁混凝土标号为C50，经咨询南京设计院，其抗剪压力为5.0MPa。注浆前，在注浆孔附近打卸压孔，采用引流注浆。本次壁后注浆仅封堵井壁渗淋水,不要求有较大的扩散半径，要求注浆终压不得超过井壁抗剪压力。

六、施工方法

1、在吊盘上搭设临时工作台，在井壁上造孔，该孔出水后即为注浆孔，将黄麻缠在注浆管车马牙扣的部分上，然后将φ42mm注浆管顶入孔中，管子外露50mm，外接1.5寸高压阀门，孔口管由φ42无缝钢管制作，配1.5寸高压铸钢球阀。

2、钻注设备

采用7655风钻打眼，选用两台注浆泵（一台施工，一台备用）。

3、注浆作业地点

在地面布置注浆站，在井筒内安设两套高压注浆胶管供浆。

4、注浆作业：

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，分别入在储浆桶内（水泥浆桶、水玻璃桶；或甲液、乙液储浆桶），按照设计好的浆液配比，利用供液阀门调整好流量，可进行注浆工作。注浆过程中，视压力情况或涌水情况，随时调整水泥浆浓度。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，甲液吸浆管和乙液吸浆管要做好标记，以防混用。

在注浆过程中，不可避免地会出现跑浆、窜浆等异常情况。⑴跑浆。若出现跑浆现象时，可在跑浆的裂缝中用竹坯或木楔、棉纱、棉丝等物填塞或配合糊堵水泥-水玻璃速凝塑胶泥，并作间歇或注浆，但间歇时间不宜过长，不能超过凝胶时间；当跑浆严重时，可改变浆液配比、缩短凝胶时间来加以控制；如采用上述方法均不见效时，可重新补孔，进行补注。⑵窜浆。当发生窜浆时，应及时关闭窜浆孔的孔口阀门，注浆孔的注浆量在可能的情况下，应加倍注入。⑶长时间不上压。产生这种现象的原因，一般是超扩散，应必须首先查明有无浆液流失、泵的吸浆是否正常，根据地质条件资料，钻孔附近是否有断层、大裂隙等。然后，根据不同情况，采取相应的措施。如有浆液流失，应及时采取封堵，调浓浆液、缩短凝胶时间、间歇注浆等措施加以控制；如因注浆泵吸浆不正常，则应采取措施加以排除；如有断层或大裂隙，则应调浓浆液、缩短凝胶时间，加大浆液注入量。⑷上压很快。如是钻孔内杂质堵死了注浆管，需打开阀门清除泥沙；如是水压较大，属于小裂隙、高压水，则应在其附近布设泄压注浆孔。

5、辅助系统

⑴排水系统配备：钻注施工期间,采用原排水系统不变，排水系统必须大于总涌水量，并配备备用排水泵。

⑵信号、通讯系统：下一趟专用通信电缆，并备用两台防爆对讲机及声光信号两路。

⑶注浆风水管路敷设。

七、劳动组织及材料消耗预计

1、劳动组织

壁后注浆及预注浆施工采用“三八”制，一天分为三个班，每班工作八小时每班6人。

2、施工时间

工期共20天。

3、预计工作量

表土段预计施工133孔，进尺96m，基岩段预计施工140孔，进尺210m，共计273孔，进尺306m。

4、预计材料消耗

预计表土段使用水泥500t、水玻璃25t，基岩段使用水泥50t、水玻璃5t、化学浆5t。

八、注浆效果

注浆后，井筒涌水量不大于5m3/h，井壁没有水眼，井筒没有明显淋水。

本设计方案的实施成功对其他新建井筒的漏水处理，提供了新的途径，确保矿井井筒的安全。该技术操作简单、效果显著，对井筒涌水注浆方面具有较高的推广应用价值。

参考文献：

1、崔云龙《建井工程手册》2003年1月1日，煤炭工业出版社

2、刘文永《注浆材料与施工工艺》2008年11月，中国建材工业出版社