井筒壁后注浆技术在天马山矿的工程应用

井筒壁后注浆技术在天马山矿的工程应用

陈翔

铜陵有色金属集团铜冠矿山建设股份有限公司安徽铜陵244000

摘要:天马山副井井筒采用壁后注浆，根据实测涌水量将井筒分为重要与次要出水治理段，配置不同比级的水泥浆液，采用不同比例的水泥-水玻璃深浅孔结合的布孔方式，井筒涌水量由154.3m3/h降至14.0m3/h，注浆堵水率达到90%以上，取得良好的注浆效果。

关键词:涌水量壁后注浆注浆参数

天马山副井井筒掘砌到底，在转入井筒装备拆除过程中，突遇井筒涌水量增大，先后采用了工作面直接堵漏、壁后导水等治水措施，但效果均不太理想，导致井筒装备拆除工作一度受阻，迫切需要针对天马山水文地质现状，制定壁后注浆治理方案。经过三个月的壁后注浆，效果十分明显。根据2016年7月5日至2016年12月31日，井筒排水量计59.6万m3（井筒涌水量约为150m3/h）。

1工程概况

天马山副井井口标高为+63.0m,井底标高为-761.9m，井深824.6m。井筒中心坐标X=21323.0179，Y=79081.3077，副井井筒净径5m,支护厚度300mm。副井于2013年4月开始井筒掘砌，掘砌期间由于井筒涌水量较大，分别采用了工作面直接堵漏、壁后导水等治水措施，但效果不太理想。在井筒装备拆除期间，已完成对标高-229m～-495m段的壁后注浆工作，壁后注浆效果较理想，但副井经持续强降雨后工程条件出现了重大变化，根据现场对比分析，150m3/h的涌水量以井壁大面积渗水和井壁局部孔状喷水为主[1]，且井筒实际涌水量随季节有一定波动。

2井筒涌水量大的原因分析

天马山矿区为低山丘陵地貌，地势南、北、东三面较高，中间及西部较平坦、开阔。区内构造发育，有多组褶皱和断裂构造。且区内有碳酸盐类岩溶裂隙水。与周边矿山地下水水力联系十分密切，周边矿山因停产或关闭，停止井下排水，造成排水降落漏斗回缩是造成涌水量增大的重要原因。2016年度地表超强度的降雨，使矿床所在的含水岩组重新获得水源补给，区域性地下水位回升，原来相对稳定的矿坑排水降落漏斗产生回缩现象。地下迳流侧、垂向充水和大气降水垂直充水，也是涌水量增大的主要原因。

3治理方案

根据井筒掘进期间的地质编录以及对矿区涌水量增大的原因分析，结合天马山矿副井及矿区周边的水文地质资料。治理目的：一是降低井筒涌水量；二是对因持续降雨疏通形成的壁后局部空洞进行注浆加固；三是在壁后一定范围内通过浆液扩散充填固结，对含水导水裂隙构造进行有效封堵，形成一定厚度的帷幕圈，将地下水阻隔在幕体外并切断与周边矿区地下水水力联系通道，所以通过进行壁后注浆达到封水和加固井壁的良好效果[2]。

3.1段高确定

根据井筒实测涌水量，将井筒分为3个重要出水段和1个次要出水段。重要出水段：标高-169m～-206m段、双向马头门(-211m)附近、标高-211m～-229m段。次要出水段：标高-127m～-169m段。

3.2注浆方案

井筒涌水治理采用“不同孔径、深浅结合、反复注浆”的壁后注浆方案，具体方式为：利用井筒内稳盘作可移动注浆工作台[3]。注浆前，先打开孔口管旁的泄压阀和止浆阀，开机吸入浆液后，关闭泄压阀，即开始向孔内注浆。注浆停止时先开泄压阀，再关闭止浆阀，此时将注浆机的吸浆管放入清水桶内，吸入清水，冲洗注浆软管，以防堵管[4]。每模井壁中间注浆造孔孔径为φ60mm；φ60mm孔内埋设φ57mm自制孔口管并对其进行注浆加固，之后再通过φ57mm孔口管内采用φ42mm钻头反复进行扫孔复钻注浆。重点壁后注浆段：原则上两段壁后注浆均采用先上行式初注后下行式补注的方式，施工中根据现场情况适当调整壁后注浆重复次数，但至少补注1次，上行式注浆结束后，再采用下行式找出水点复注[5]。次要壁后注浆段：注浆方式为上行式壁后注浆，即自下向上对井壁接茬堵漏注浆以及壁内出水点对点注浆。

对-211双向马头门涌水治理时，首先清理马头门底板及摇台坑，清理时必须开挖至原岩，之后对摇台坑及马头门内进行导水并浇筑混凝土，防止注浆过程中出现底板跑浆情况。底板养护后在双向马头门内施工小孔径注浆钻孔进行充填加固注浆，嗣后在两侧马头门内分别施工一定数量的大孔径疏水泄压钻孔，其目的为在壁后深部揭穿含水构造，将地下水从钻孔内导出，从而泄压,降低井壁及马头门内出水点的涌水量，随后针对马头门及井壁进行注浆堵水加固处理。在施工疏水泄压钻孔前，先按设计钻孔开孔方位和角度进行浅孔超前探水，探水孔深度为3.5m，以防止在开孔过程中揭露较大涌水。

对于井壁局部需要修复的地段，先用风镐支掉，然后进行钢筋锚杆+钢筋网+喷浆+注浆锚索+注浆一次联合支护，最后浇筑钢筋混凝土井壁[6]。

4工艺设计参数

钻孔参数

（1）钻孔布置方式及数量

重点注浆段：每模井壁设计3排注浆钻孔，上下两排注浆孔孔径为φ42mm，分别距井壁接茬处上下0.5m，间距1m～2m，每排接茬钻孔数量预计为8～16个；中间一排布置在井壁中间，造孔孔径φ60mm，间距1.5m～2m左右，施工中井筒西侧部位可适当加密，预计钻孔数量为8～10个。

垂向上钻孔为“梅花型”布置，施工中尽可能地采用切向上左旋、右旋交叉方式布置。局部井壁漏水严重部位适当加密钻孔。

次要壁后注浆段：每模井壁接茬部位上下分别均匀布置8个φ42mm钻孔，一个接茬治理共计16个钻孔；每模壁中间布置在东、南、西、北四个方位布置φ60mm钻孔，共计4个。

（2）钻孔深度及角度

钻孔深度：考虑到井筒壁后岩体结构松散的不利因素以及注浆目的[7]，确定对井壁接茬治理时钻孔深度为1.5m～2.5m左右，井壁质量较差的情况下根据现场适当调整钻孔开孔位置，并按照孔底落至接茬部位壁后附近为原则确定钻孔深度。

井壁中间钻孔设计深度为4m，施工中根据揭露情况以及注浆堵水需要对钻孔深度适当延伸，以便达到更好的注浆治理效果。

钻孔角度：接茬注浆孔钻孔顶角控制在17°～31°，根据实际开孔位置确定具体角度，壁内中间注浆孔为水平切向孔。

5结论

1）副井井筒涌水治理采用“不同孔径、深浅结合、反复注浆”的壁后注浆方案，将井筒分为重要与次要出水治理段，配置不同比级的水泥浆液，采用不同比例的水泥-水玻璃以及深、浅孔结合的布孔方式，对含水导水裂隙构造进行了有效封堵，形成帷幕圈，将地下水阻隔在幕体外，切断了副井井筒与周边矿山地下水的水力联系通道。

2）马头门注浆工艺较井筒其他位置，作业条件相对较差，加上围岩破碎、结构复杂，给注浆工作带来难度，天马山矿副井井筒，克服重重困难，对-211m双向马头门壁后注浆，采用分步骤、多角度交叉、反复注浆的方式，将马头门附近的涌水量降至理想范围内。

3）副井壁后注浆工作，进展顺利，运用较为合理的注浆方案，成功降低井筒涌水量，为矿山后续建设工程，排除了水害的困扰,注浆堵水率达到90%以上，经过壁后注浆，井筒涌水量由原来154.3m3/h降至14.0m3/h。

参考文献

[1]仝洪昌,李国栋,闫昕岭.立井井筒大段高、大涌水条件下的壁后注浆治水技术[J].建井技术,2008,29（3）:7-9

[2]刘文学,许孝建.立井井筒壁后注浆[J]，中国高新技术企业，2013（1）：80-81.

[3]焦永富，徐小东，杨卫民.壁后注浆在石人沟井下开采技改工程中的应用[J]，金属矿山，2002(8):55-57.