回风立井注浆堵水技术研究①

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摘 要：针对某回风立井穿过8个富含水层，涌水量达到132m3/h，严重影响壁后围岩、井壁及之后构件安全的问题，提出采用井筒壁后注浆堵水的方法。采用先拦截后注浆，先加固后封水，先封堵小水点后封堵大水点的堵水原则对含水层上下进行注浆封水，堵水率达到94.5%。

关键字：注浆堵水 回风立井 壁后注浆

中图分类号：TE28 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0077-01

水患是影响矿井安全生产的重要因素[1]，特别是立井井壁长期大量淋涌水，容易引起壁后围岩结构强度降低失稳、井壁遇水侵蚀、影响井壁施工等问题，给井下排水、施工带来影响[2，3]。因此，必须对井壁长期大量淋涌水进行治理。

山西晋城某回风立井井筒共穿过8个富含水地层，总水量达到132 m3/h。涌水量之大已严重影响井筒的安全运行。富水地层水源补给充分，且水源补给地难以确认，通过正常疏通难以短期内疏干，必须进行封堵处理，井筒垂深较大，一般采用注浆的方法进行封堵出水点已达到堵水的目的[4]。

1 现场条件

回风井筒自上而下穿过的含水层共有8层，分别是含水层1：垂深112.68～118.28 m段中粒砂岩含水层；含水层2：垂深181.1～198.68 m粉砂岩和中砂岩含水层；含水层3：垂深200.59～215.3 m中砂岩含水层；含水层4：垂深233.9～247 m细砂岩含水层；含水层5：垂深292.4～300.6 m细砂岩含水层；含水层6：垂深318.8～328.1 m细砂岩含水层；含水层7：垂深371.4～382.5 m细砂岩含水层；含水层8：垂深425.6～428.8 m细砂岩含水层。总涌水量达到132 m3/h。

2 注浆堵水方案设计

2.1 堵水原则

根据现场情况，确定遵循先拦截后注浆，先加固后封水，先封堵小水点后封堵大水点的施工顺序，首先对含水层上下10 m进行拦截注浆，封堵炮震裂隙，防止壁后水在水头压力作用下沿壁后裂隙扩散至非含水层，增大注浆难度。然后加固含水层段的井壁接茬缝，加固时先在井壁接茬缝以上1米处打泄压导水孔，将井壁内的水导出以后，再注浆封堵。

2.2 注浆材料选择

注浆材料以常用的水泥、水玻璃浆为首选材料，根据现场注浆情况，可调整为脲醛树脂、草酸溶液化学浆。

2.3 注浆参数选择

（1）注浆孔布置。

间距1.5 m，排距2.0 m，三花状布孔方式，单孔深2 m，如图1所示。

（2）浆液扩散半径。

浆液的扩散半径是指在岩石裂隙中的扩散范围。实际上，浆液的扩散是不规则的。由于在注浆施工过程中，对注浆压力、注入量、浆液浓度等参数可以加以人为控制、调整，对浆液的扩散范围，可以起到一定的控制作用，根据设计要求及壁后注浆属低压注浆特点，浆液有效扩散半径按设计注浆钻孔深度1.2倍即2.4 m。

（3）注浆压力。

注浆压力是给予浆液扩散、充塞、压实的能量。在保证不破坏井壁的情况下确定注浆终压大于静水压力0.5～1.5 MPa。静水压力可以通过现场实测获得。

3 注浆施工工艺

注浆采用地面配浆，井下注浆的方式进行。浆液通过管路输送到吊盘，在吊盘设置储浆罐、注浆泵、注浆管路等系统。

（1）注浆段高确定。

含水层厚度上下各加10 m作为一个含水层注浆段高，如果含水层之间相隔不大于10 m，视为一个含水层。

根据该井筒含水层赋存特征，确定注浆段高为井筒垂深100～440 m，段高340 m。

（2）注浆孔布置。

注浆孔布置应遵循每孔尽量多穿过裂隙的原则布置，根据岩层裂隙的走向确定眼孔的方向。可以采取沿井筒径向布置，也可以成螺旋状布置。

设计注浆孔深为2 m，可根据现场随时调整。注浆孔直径42 mm，注浆孔间距1.5 m，排距2 m。局部出水点可以根据实际情况补打直径42 mm的注浆孔。

（3）浆液注入量。

浆液注入量可根据扩散半径及岩石裂隙率进行计算。

浆液注入量可根据扩散半径及岩石裂隙率进行粗略计算。

Q=A（πR2-πr2）Hηβ/m

式中：Q为总注入量；

R为扩散半径，取6.9 m；

r为井筒净直径，取4.0 m；

H为注浆段高，340 m；

η为岩层裂（孔）隙率，取3.0%；

β为浆液充填系数，取0.85；

m为结石率，取0.85；

A为浆液损失系数，一般A=1.2。

据此，可得全井注浆消耗浆液1214 m3。

（4）浆液配比。

注水泥浆液以水泥单液浆为主，注浆时先稀后浓，水泥单液浆水灰比为1∶1～3∶1，岩层耗浆量大时可用双液注浆，水泥浆∶水玻璃双液浆配比为1∶1。脲醛树脂、草酸溶液化学浆液体积比1∶1～1∶0.5，现场根据注浆效果调整配比。

经过一系列注浆后，井筒的涌水量得到大幅降低，涌水量将至7.2 m3/h，堵水率达到94.5%，有效控制了井筒的大量涌水。

4 结论

（1）井筒长期大量淋水导致井筒壁后围岩、井壁和支护构件受到侵蚀，严重影响井筒的安全稳定使用。

（2）采用先拦截后注浆，先加固后封水，先封堵小水点后封堵大水点的堵水原则，进行注浆堵水参数设计。

（3）现场施工表明，经过注浆堵水，堵水率达到了94.5%，堵水效果显著。

参考文献

[1] 张秋成，张银海，崔芳鹏，等.岩溶裂隙破碎带注浆堵水技术[J].中州煤炭，2003（6）.

[2] 刘永.龙固煤矿副井井筒堵水注浆施工工艺及方法[J].煤炭技术，2007，26（8）：100-101.

[3] 乔钰辉，付玉军.井筒堵水注浆技术在赵固一矿的应用[J].中州煤炭，2012（1）：83-84.

[4] 谷拴成，朱彬.注浆封堵在渗漏涌水治理中应用[J].矿山压力与顶板管理， 2005，22（1）：99-101.