某矿井副井基岩段含水层探水注浆工艺研究

肥城矿业集团 梁宝寺二号井筹建处 李志国

某矿井副井基岩段含水层探水注浆工艺研究

肥城矿业集团 梁宝寺二号井筹建处 李志国

一、工程概况

梁宝寺二号井位于山东省济宁市嘉祥县梁宝寺镇境内，矿井设计生产能力为120 万t／a，为低瓦斯矿井。该矿井采用立井开拓方式，主井、副井、风井井筒布置在同一工业广场内。其中，副井井筒净直径6.5 m，全深1 090.5 m，基岩段深度562.5 m。相关水文地质资料显示，该基岩段第Ⅲ含水层位于井深– 689.7 ～ – 715.0 m处，厚约25 m，岩性为灰白色长石石英砂岩，局部夹粗砂岩薄层，裂隙发育，有垂向裂隙分布，裂隙间沟通性差。根据抽水试验，预计该井筒涌水量为17.62 m3/h，但根据相邻井筒的治水经验，预计其涌水量在120 m3/h以上。因此，应对该含水层进行预注浆施工。

二、注浆参数及方法

1.止浆垫厚度计算。此次注浆采用平底型混凝土止浆垫，预留10 m岩柱与止浆垫作为共同承压部分，止浆垫位于含水层上泥岩中。止浆垫厚度计算公式如下：

式（1）中，β为止浆垫厚度；D为井筒净直径，为6.5 m；P1为岩柱加固段注浆压力，取静水压力的1.5倍；λ为超载系数，一般为1.1～1.2，这里取1.1；γ为混凝土容重，取2.6×103kg/m3；C为混凝土允许抗剪强度，取抗压强度的1/10。

2.注浆孔的布置和划分。工作面注浆孔数计算公式如下：

式（2）中，N为注浆孔数；D为井筒净直径，为6.5 m；A为注浆孔与井壁距离，为0.5 m；L为注浆孔间距，取1 728 mm。

经计算，注浆孔数N＝10。将注浆孔分为奇数组和偶数组，奇数组主要封堵较大裂隙，偶数组主要封堵细小裂隙，奇数孔先于相邻的偶数孔施工。先施工的孔兼作注浆前水量检查孔，后施工的孔兼作注浆质量初检孔，奇数孔兼做注浆质量中检孔和终检孔。

3.钻孔深度。钻孔设计深度为35 m，实际深度以现场穿过该含水层进入泥岩2 m为准。

4.注浆压力。设计注浆终压为静水压力的2.5 ～ 3.0倍。

5.浆液有效扩散半径。浆液有效扩散半径R＝3 m。

6.浆液注入量。浆液注入量计算公式如下：

式（3）中，N为注浆孔数，为10；λ为浆液损失系数，取1.2；R为单孔浆液扩散半径，为3 m；H为注浆段高，为37 m；η为岩石裂隙率，取2%；β为浆液在裂隙内的有效充填系数，取0.8；m为浆液结石率，取0.75。

经计算，浆液注入量V＝268 m3。按浆液水灰比1∶1计算，水泥用量＝268×0.75＝201 t。

7.注浆方式。采用下行压入式注浆，根据逐序扫孔情况进行扫孔复注。

8.钻探注浆机具。采用Φ50 mm×6 mm地质钻杆、Φ55 mm PDC复合片无芯钻头和SGZ–Ⅲ型液压钻机钻进；采用HFV–C型注浆泵注浆。从地面到工作面的输浆管路为1条用伞钻绳捆扎的Φ25 mm高压胶管，清水管可兼做第2条注浆管路，管路的耐压强度不低于25 MPa。

9.工艺流程。浆液从搅拌桶经注浆泵、输浆管、控制阀、孔口管进入岩层裂隙。

10.注浆结束标准。单孔注浆的结束标准为每一个孔段都必须达到终压、终量和注入量的设计要求。注浆压力达到设计终压后，泵量在30 L/min左右时稳定20 ～ 30 min，即可结束该孔段注浆。确定工作面探水注浆是否结束时，应在各单孔均达到单孔注浆结束标准后，再抽检4个检查孔和中心孔，在4个检查孔联合放水总涌水量＜10 m3/h、中心孔水压≤2 MPa时，注浆即可结束。若总涌水量＞10 m3/h或中心孔水压较大，可采用打分支定向孔的方法补充注浆，确认达到工作面探水注浆结束标准后方可凿井。

三、注浆实施情况

此次注浆从2010年6月11日开始，至7月16日结束，平均单孔打孔各1次，扫孔各2次，总注浆量为200.4 t，单孔初始涌水量由21 m3/h降至3 m3/h，中心孔水压为2 MPa，4孔联合放水＜10 m3/h，达到了最初制定的各项指标。

四、施工注意事项

为避免发生探放水突水淹井事故，钻孔时应使用小直径钻具揭露含水层，降低单孔涌水量。如涌水量较大，可在封注后再以较大直径的钻具进行扫孔，然后进行二次封注。施工中，应注意反压防喷装置的可使用性和坚固性，发现水量较大时，应立即关闭反压防喷装置；可适当提高钻探工作台高度（最好≥5 m），并加长防喷装置，利用排水泵排水，缓冲提取钻杆时间。

在注浆过程中，如出现进浆量差的现象，可采用以下方法解决：如果钻孔涌水中含有大量碎岩等杂物，对该孔应进行≥8 h的放水；注浆前，先压清水冲洗含水层裂隙充填物，压水时间≥30 min；注浆时，采取比重由小至大（1.3 ～ 1.5）、循序渐进的方法；孔口管埋深至6 ～ 8 m时，利用预留围岩岩帽补充止浆垫承受压力的能力，根据现场情况适当提高注浆压力；压力超过15 MPa时，根据进浆量，考虑交替使用超细水泥注浆与普通水泥。如遇裂隙不发育但水量较大，可在钻孔孔底进行爆破松动，使竖向裂隙导通，进而增加进浆量。

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