立井井筒动态注浆堵水技术应用

林卫国 王旭东

（济宁矿业集团霄云煤矿，山东省金乡县，272201）

立井井筒动态注浆堵水技术应用

林卫国 王旭东

（济宁矿业集团霄云煤矿，山东省金乡县，272201）

针对霄云煤矿主井井筒施工至泥岩含水层时，矿井涌水量突然增加的情况，通过比较，决定采用动态注浆技术进行堵水，并计算得出止浆垫的厚度、注浆孔数目及倾角，经实测，本次注浆达到了预期效果。

凿井 突水 动态注浆 注浆孔 堵水

1 工程概况

济宁矿业集团霄云煤矿设计生产能力90万t／a，采用一对立井开拓，其中主井直径5 m，井筒深840 m，采用冻结法施工，冻结段深度470 m，基岩段采用单层素混凝土井壁结构。井筒施工时需依次穿过496～538 m泥岩段、538～554 m粗砂岩段、568～574 m细砂岩段3个含水层，且井筒从420 m进入基岩界面到600 m段共发现断层11条，落差在5～15 m，井筒地质条件极为复杂，且地层竖向裂隙较发育，泥岩的强度较低，基本为软岩。当井筒施工至510 m泥岩段时，矿井涌水量由24 m3／h突然增加到110 m3／h，井筒滑模及一个吊桶未及时撤出。根据水质化验、地质层位等综合因素分析，粗砂岩段含水层涌水通过斜交裂隙直接补给工作面是造成此次突水的主要原因，根据相邻地点的探水、井筒水位和涌水量的情况，泥岩段含水层静水压力为2.2 MPa，为确保井筒安全施工，对泥岩含水层进行工作面预注浆。

2 排水系统设计

强排水至井底，中间设置转水站转水，清理井下工作面矸石，构筑止浆垫，工作面预注浆。矿井排水系统的建立是此次注浆方案的关键，目前矿井排水系统为一趟4寸钢管，排水能力80 m3／h水泵一台，一趟4寸钢管，排水能力50 m3／h水泵一台，总排水能力为130 m3／h，由于两趟排水系统均不能排水到井底，需加工ø1.5 m×5 m的吊桶作为转水站。将2套排水泵放到吊桶里，从工作面接流量为100 m3／h的水泵2台，往吊桶里排水，从而满足排水需要。为防止水泵发生故障，影响排水，现场备用2台50 m3／h和2台100 m3／h的水泵，排水系统见图1。

3 注浆方案设计

3.1 注浆方案选择

（1）静态注浆：水压平衡时，在井筒中布置钢管，通过地面注浆站，在井底布置止浆垫。止浆垫达到设计要求后，进行工作面注浆。

（2）动态注浆：在工作吊盘上设置转水站转水，强排水至井底，清理井下工作面矸石，铺设滤水层，构筑止浆垫，进行动态工作面注浆。

图1 排水系统示意图

静态注浆安全性好，但是工期长、费用高。动态注浆在采取虑水层后，可以保障排水泵的正常运行；同时可以保证井筒滑模和吊桶的正常回收。所以采用动态注浆方案，利用吊盘上的中转站，强行排水到井底，回收模板、吊桶，布置滤水层，布置止浆垫，进行注浆。

3.2 止浆垫的构筑及孔口管埋设

为给下部注浆提供止浆条件，浇注砼止浆垫采用单级平底型混凝土止浆垫，混凝土强度等级C25，添加早强减水剂。止浆垫厚度计算公式为：

式中：B——止浆垫厚度，m；

P——注浆终压，取8.0 MPa；

r——井筒荒半径，取2 m；

σ——止浆垫混凝土允许抗压强度，取10 MPa。

计算得止浆垫的厚度B为1.5 m。

浇注砼止浆垫前先铺滤水层，在井底抛入碎石层厚1.0 m，并在中心位置装滤水桶至垫面0.5 m高， （滤水桶规格：ø400 mm×4.5 m，桶底部0.8 m开ø20 mm的50 mm×50 mm五花孔，桶内安置潜水泵），浇筑止浆垫时利用滤水桶内潜水泵排水，以保证止浆垫浇筑质量，上部截水槽内水量可引入盘上水箱或引入滤水桶内。砼止浆垫浇注高度1 m （与成井部分交接0.5 m）。在浇筑止浆垫的同时，布置注浆孔，注浆孔数计算公式为：

式中：N——注浆孔数，个；

D——井筒净直径，取5.0 m；

A——孔口距井筒净径距离，取0.5 m；

L——孔间距，取1.6 m。

经计算得注浆孔N为7.85，取8个。注浆孔径向倾角计算公式为：

式中：α——钻孔径向倾角，（°）；

S——终孔超出井筒净径的距离，取2.0 m；

H——注浆段高，取16 m。

经计算得注浆孔径倾角α为8.8°，施工中取9°，为使钻孔尽可能多地揭露岩层裂隙，钻孔切向角取120°，钻孔布置见图2。

图2 钻孔布置图

4 注浆施工及效果

止浆垫浇注7 d后，对滤水层、孔口管进行双液注浆加固。透孔后对防突阀门、孔口管及止浆垫进行耐压试验，承受压力大于设计注浆终压后，进行钻注施工。

按照布孔参数，先钻注单号孔，再钻注双号孔。钻进前，孔口管须安装防突水装置，选用QZJ-100B风动潜孔钻机，配ø90 mm冲击钻头，按设计单孔钻进深度16 m，无芯钻进。在钻进过程中出现涌水大于3 m3／h时，应立即进行注浆施工，以免较大水量涌出，并换下一孔进行钻注施工。

注浆采用下行注浆，浆液选用水泥浆液，以单液水泥浆为主、水泥-水玻璃双液为辅，在注浆过程中通过预埋孔口管的每一次注浆，都是对上一次注浆段的复注，从而增加了复注的次数与裂隙受注机会，从而提高了注浆效果。直至各孔都经过反复钻进、注浆达到设计 深度16 m，并达到设计注浆终压，注浆终量不大于10 L／min，持续时间不少于15 min，各钻孔注浆情况见表1。

表1 各钻孔注浆情况表

注浆完毕进行检验后，为加强工作面注浆扩散效果检验，增加施工11＃～14＃钻孔，角度为15°。只有12＃钻孔出现涌水，涌水量为9.5 m3／h，其它3个钻孔均为干孔，证明本次注浆已达到预期扩散效果。随后对11＃～14＃钻孔注浆封堵。注浆结束后，经实测工作面涌水量为2.2 m3／h。

5 结论

动态注浆与静态注浆相比，工期较短，注浆比原计划静态注浆节约工期大约20 d，节约了大量的排水费用，排水量减少8000 m3，取得了良好的效果。

本次注浆达到了预期效果，注浆结束后，工作面涌水量为2.2 m3／h，证明做好滤水层和滤水桶，动态注浆可以替代静态注浆；在本次的注浆过程中，完好地回收了井筒滑模和3 m3吊桶。

［1］张明亮，张备 .刘河煤矿主井筒长钻孔注浆堵水技术的应用 ［J］.煤炭工程，2009（8）

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［3］岳鹏超，王虎 .注浆堵水技术在石槽村煤矿副立井施工中的应用 ［J］.煤炭科学技术，2011（11）

［4］马江淮，严家平等 .板集煤矿副井井筒地面注浆堵水技术与效果评价 ［J］.煤矿安全，2011（4）

［5］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 （8）

［6］魏生强 .预注浆堵水在巷道穿过奥陶系泥矿岩层中的应用 ［J］.中国煤炭，2010（9）

Application of sealing water by dynamic grouting in vertical shaft

Lin Weiguo，Wang Xudong
（Xiaoyun Coal Mine，Jining Mining Group Corporation Ltd.，Jinxiang，Shandong 272201，China）

Aimed at the situations of the water inflow increased suddenly when the construction of vertical shaft was carried out to the mudstone aquifer in Xiaoyun Coal Mine，the dynamic grouting was adopted to seal the water，and the thickness of grouting pad，the numbers of grouting holes and their dip angles were calculated.The measurement results showed that this grouting achieved the desired effect.

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TD743

A

林卫国 （1977-），男，山东济宁人，1998年毕业于山东科技大学资源环境学院采矿工程专业，工程硕士，工程师，国家注册安全工程师，现就职于济宁矿业集团霄云煤矿，任矿长助理兼副总工程师。

（责任编辑 张艳华）