立井井筒淋水综合治理技术的应用

立井井筒淋水综合治理技术的应用

支冠

平凉新安煤业有限责任公司 甘肃平凉 744201

摘要：煤矿立井井筒淋水严重影响井筒设备的使用与维修。通过分析和掌握井筒淋水问题形成的因素，采取科学有效的治理方法，有效的改善井筒的作业环境，从而确保矿井的安全生产。本文分析了造成井筒淋水的原因，浅析了井筒淋水的治理工艺和治理效果。

关键词:井筒淋水；治理工艺；井圈加固；注浆堵水；

新安煤业公司在井筒建设阶段就有淋水现象，正常生产期间副井涌水量大约15m³/h，主井涌水量大约27m³/h，淋水对井筒内设备的使用与维修、井筒开裂变形造成很大影响。针对井筒淋水情况，新安煤业公司与中国矿业大学共同探讨研究，提出了新安煤业公司副井井壁破裂淋水治理方案设计，并与2020年5月份组织了治理方案的实施。

1. 概 况

 1.1矿井地理位置 新安煤业公司行政区划属甘肃省崇信县新窑镇管辖。地理坐标为东经106°54′29″~106°55′ 51″，北35°06′55″~35°08′56″。矿井范围由6个拐点坐标圈成，矿井南北长约3.8km，东西宽约0.6~1.6km，面积约4.513Km²。 新安煤矿有安口～赤城公路从井田东北部边界穿过，向西12km在大湾岭与宝平公路相接，北距宝中铁路安口南川煤炭集运站约24km，距平凉市约77km，向东经赤城至崇信县约37km，南距宝鸡市136km，交通较为便利。

1.2井壁结构情况 副井井筒为圆形，井筒净直径6.5m，井深745.1m，井壁采用素混凝土支护，见煤段采用钢筋混凝土结构，井壁厚度500mm。

1.3井壁淋水情况 在井筒建设阶段就有淋水现象。2012年4月由新安煤业公司和中国矿业大学技术人员组成的检查组对副井井筒淋水情况的检查结果看，主要出水层位是在进入到含水层开始，出水点集中在井壁破裂处，大多出现在井筒的东北和西南方向。井筒处于鄂尔多斯盆地白垩纪、侏罗纪地层，这类地层大多泥质胶结、强度很低，加上上部白垩系砂岩淋水壁后岩体发生泥化、崩解、膨胀，最终导致井壁出现破裂。 经观测，副井井筒涌水量约15m³/h，其中上部出水点涌水量约占总涌水量的1/2~1/3。 根据井筒自上而下的淋水和破裂情况，可将副井井壁分为四段分析： 上段：井深0~150m，井壁内含有轻微裂隙，主要处于白垩统志丹群； 中上段：井深150~350m，以淋水严重为特征，主要处于侏罗统直罗组； 中下段：井深350~600m，该段井壁裂缝比较发育，位于延安组煤系地层上段； 下段：井深600~720m，马头门上方100~120m，处于延安组煤系地层中，井壁厚度不均，井壁有裂缝。因此，中上段淋水段是治理井筒淋水的重点。

2. 井壁淋水、破裂原因分析 

2.1井壁淋水原因

结合已有的资料分析，目前淋水的主要原因如下： （1）水文地质原因： 穿过的下白垩统志丹群第一组（K1zh1）砾岩、砂砾岩孔隙裂隙承压含水层；裂隙发育，受地表水补给影响较大，透水、富水性好。 （2）井壁原因： ①在建井过程中，混凝土浇筑通过遇水段时难以保证施工质量，导致井壁结构强度差、施工缝裂隙多。混凝土与地层接触面结合不紧密，壁后形成淋水通道，井内出现渗漏水灾害。 ②建井后一段时间内，井壁四周岩体破碎松动，松散岩层出现较大裂隙和淋水通道，壁后隔水层很难有效隔水，导致上下层水路贯通，淋水范围增大。 (3)采动原因 1201工作面采动导致下层井壁发生破坏。

2.2井壁破裂原因

根据井壁破裂状况，综合分析副井所处的地质、水文地质环境、工程条件和井壁结构本身的特点分析，结合工程经验导致井壁破裂主要原因如下： （1）白垩系及侏罗系砂泥岩互层因石膏质、泥质胶结等原因导致该岩体遇水软化、吸水膨胀现象，导致井壁四周水平受力增大，井壁破裂。 （2）井壁破裂加速井壁结构中钢筋锈蚀，混凝土结构裂缝增大，结构自身整体性遭到破坏，强度降低。使得井壁裂缝加速发展。 （3）建井过程因采用普通法施工，带水作业，导致井壁质量存在一定缺陷。 （4）采动影响：距离井筒近的工作面，采煤过程对井筒的破裂有一定的影响。 根据以上分析，井壁破裂原因：500m以上属于地下水引起的破裂；500m以下属于软岩条件下采动引起的破裂。

3. 治理思路及目标 

根据矿井病害原因分析，结合现场实际情况，计划对副井进行井壁破裂加固和淋水治理。方案如下：

从施工安全、综合工期、经济效益等因素综合分析，本次方案的治理思路为：

1. 对于注浆堵水区段和井圈加固区段重合区域，堵水、加固作业同时进行。即按照混凝土每模4m为一个治理段，先井圈加固，后注浆堵水，整体同步向下进行。

2. 不重合区域由上至下顺序，依次进行。即有水堵水，有裂隙则进行加固。

3. 一次沉井，完成堵水和加固工作，最后统一检查施工质量，对局部小渗漏水点和井圈加固质量一并处理。达到验收条件。

4. 井壁变形监测应贯穿井壁注浆堵水及井圈加固全过程。施工前取得原始数据，施工中持续关注监测数据，用监测数据指导施工，根据实际变形情况调节施工参数。保证施工期间井壁安全。

治理目标：

1. 封堵壁后渗水通道，对含水层、隔水层相交部位渗水通道进行重点封堵。确保泥岩隔水层不受水害影响，减小地层对井壁产生的附加应力和膨胀应力，进而保证井壁安全。

2. 通过注浆对井壁结构层渗水通道进行封堵，减小渗水对井壁结构造成的侵蚀破坏。

3. 通过井圈加固增强井壁内撑力和抗变形能力，减小地层应力对井壁结构及井内设备造成的破坏，保证井筒运营安全。500m以上采用轻型井圈，500m以下采用重型井圈。

4. 治理结束后井筒渗水量不大于6m³/h，井圈加固安全牢固，满足罐笼运行安全距离。

4.施工工艺

4.1井圈加固 对破碎井壁进行环向井圈加固，500m以上采用轻型井圈，即20B型槽钢，500m以下采用重型井圈，即32A型槽钢。环向间距1m，（破裂严重位置采用密集井圈），每环分7榀，其中6榀3米长，1榀2.4米长。榀间采用螺栓连接。

4.2注浆堵水

1. 井壁进行壁后注浆作业，采用以化学浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅的主导思想，发挥不同材料特长，多种材料分阶段使用的注浆思路；钻孔注浆先采用水泥-水玻璃双液浆对壁后空洞和大的裂隙进行充填注浆，然后采用化学浆液进行封闭堵水注浆。

2. 正式钻孔前先进行探孔施工，探明地层含水情况，对涌水量超过1m³/h注浆孔应及时安装孔口管，边钻孔边注浆，套孔钻进，及时封闭涌水通道，保证钻孔安全。

3. 注浆前应先进行孔口管压力试验，确保孔口管安装固定牢固，注浆过程中不因压力过大破坏井壁。

5.治理成果

新安煤业公司实施副井井筒淋水治理，主要分为堵水、加固两部分，分三个阶段实施，第一阶段注浆堵水，第二阶段井圈加固，第三阶段注浆加固。5月19日开工，5月23日正式打孔注浆，12月7日副井井筒淋水治理加固工程完工。副井淋水治理效果整体可观，副井涌水量由15.35m³/h降低至4.53m³/h，减少10.82m³/h。

6. 结语

对于淋水较大的立井井筒治理，特别是井壁开裂、出水点分散的井筒治理，宜采用化学注浆和井圈加固相结合的方法，其特点是工期短、工艺简单且堵水效果明显，为新安煤业公司井筒淋水治理工程积累了丰富的经验，对相同条件下立井淋水治理有借鉴价值。

参考文献

1. 《煤矿安全规程》（2016年10月1日）、《煤矿防治水细则》（2018年9月1日）等国家法律和行政法规；

2. 《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009-94）；

3. 《煤矿井巷工程施工规范》（GB50511-2010）；

4. 《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010）；

5. 《简明建井工程手册》煤炭工业出版社；

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