黔西县龙场煤矿南回风井井筒地面预注浆工程得失探讨

刘北虎

（湖南楚湘建设工程有限公司，长沙 410114）

1 概况

贵州省黔西县龙场煤矿位于黔西县雨朵镇，距县城南西约20 k m，矿区有公路连接贵（阳）－毕（节）高等级公路。

龙场煤矿是一个新建煤矿，设计生产能力一期为60×104t／a，二期为120×104t／a，主、副井采用斜井开拓方式，井口标高＋1 360 m，落底标高＋925 m，倾角23°。南回风井采用立井开拓方式，井口标高＋1 403.5 m，直径5.5 m，井深268 m。

据山东煤田地质规划勘察研究院井检钻施工总结报告。检查孔揭露断层破碎带一处，含水层三段，预计井筒涌水量为37 m3／h，根据有关规程规范，必须进行井筒预注浆处理，本次施工自2012年9月5日～2012年11月7日，历时63 d，共完成地面预注浆钻孔6个，进尺1 467.55 m，注浆743.93 m3。经井筒施工揭露，井筒最大涌水量将近10 m3／h。

2 地形、地貌及地层概况

龙场煤矿属高原低山丘陵地形，地形起伏大，为北西高、南东低，最高海拔＋1 659.05 m，最低海拔＋1 235.0 m，平均＋1 250 m左右。区域性地质构造明显，为典型的喀斯特地貌，年平均气温13.8℃，年平均降雨量1 005.2 mm，雨水充沛，植被茂盛。

立井周边所出露的地层为第四系（Q）、三叠系下统夜郎组玉龙山组（T1y），沙堡湾段（T1y2）、二叠上统长兴组（P3c）、龙潭组（P3l）。龙潭组为井田的含煤地层。

3 水文地质概况

龙场煤矿主采18、20煤，位于当地最低侵蚀基准面以下（＋1 240 m），主要充水层为三叠系的玉龙山段灰岩，含溶蚀、裂隙水，水文地质条件中等。

3.1 区域地质及水文地质特征

该井田区域地质以褶皱为主，发育大量断裂构造，南北向、北东向构造格局控制了区域水文地质条件，炭酸盐岩地层与碎屑岩地层相间展布。在南回风立井井筒的北西方向发育一宽缓型背斜，走向东西，倾角在5°～15°左右，同时出露断层破碎带一处，倾向南东，倾角大于50°，在施工进程中，6个钻孔在不同的深度揭露了该断层。

由于炭酸盐岩主要发育在三叠系（T）、二叠系（P），以茅草铺组（P1m）、夜郎组玉龙山段（T1y2）和茅口组（P2m）灰岩出露厚度大，分布面积广；碎屑岩主要发育在三叠系（T）；松散堆积层仅沿冲沟、溪沟及河谷地带零星分布，含孔隙水。地下水类型以炭酸盐岩类岩溶裂隙水为主，大气降水与地表水通过地表溶蚀裂隙等以面状分散的形式或直接通过落水洞、漏斗等直接灌入的点状方式补给，地下水迳流以管状流为主，裂隙渗流次之，受含水层空间结构特征影响，地下水迳流明暗交替，以泉水、地下暗河的形式排泄。

回风立井地处雨朵－羊场地势较高位置，从平、剖面资料显示，山顶的标高约为＋1 500 m左右，同时也处在一宽缓型背斜轴部偏南翼，轴部与两翼出露地层皆为三叠系夜部组玉龙山段－沙堡湾段灰岩，垂直溶蚀，裂隙十分发育。回风立井施工范围内没有河流及泉点出露，属补给迳流区。

3.2 施工范围内水文地质特征

3.2.1 含水层

（1）三叠系下统夜郎组玉龙山段（T1y2）岩溶裂隙含水层

该地层大面积出露于井田范围内。中、上部岩性主要为灰－深灰色，薄－中厚层状，质纯，底部泥质含量增多，局部相变为泥灰岩。岩芯见有大量水蚀溶孔，垂直裂隙及充水空间发育。接受大气降水补给能力强，富水性强。

（2）二叠系长兴组（P3c）岩溶裂隙含水层

该层岩性主要为灰色，中厚层－厚层状灰岩，夹薄层泥灰岩，因出露地表范围小，接受大气降水补给能力弱，地表及地下岩溶及裂隙均不太发育，且含水层厚度较薄，表现为弱富水性。

（3）二叠系龙潭组（P3l）灰岩，砂岩裂隙含水层

该组岩性主要为灰－深灰色的细砂岩、薄层灰岩、泥岩和粉砂岩等，含孔隙裂隙水，但由于埋藏较深，并与其厚层泥岩类隔水层相间沉积，连通性差，补给条件亦差，故富水性较弱。

3.2.2 隔水层

（1）三叠系下统夜郎组沙堡湾段（T1y1）隔水层

该段岩性主要的浅黄色，黄褐色泥岩、钙质泥岩、泥灰岩组成，底部为绿色铝土质泥岩。该层在本次施工范围为良好的隔水层，可有效阻隔玉龙山段灰岩含水层与长兴组灰岩含水层的水力联系。

（2）二叠系龙潭组（P3l）泥岩类隔水层

该组岩石为深灰色，灰黑色，薄－中厚层状的泥岩，炭质泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩等，以泥质结构及粉砂质结构为主，隔水性能良好，可阻隔其薄层灰岩、细砂岩含水层间的水力联系。

4 预注浆目的及方案设计理念

4.1 预注浆目的

当设计井筒所穿过的基岩含水层较多或含水量丰富，全井涌水量超过凿井施工所容许的限度时（一般≤6 m3／h），且立井井筒不大于1 000 m时，宜选择地面预注浆封堵井筒的地下涌水。以减小地下水对施工的影响，保证施工安全。

4.2 方案设计理念

根据实践经验：岩溶裂隙含水层具有典型的各向异性，很难具体确定浆液扩散半径，浆液流向根据岩溶裂隙发展方向呈不规则展布，故采用逐步加密的方法布孔。根据井口直径φ5.5 m，在以孔中心为圆点，半径为3 m的圆周上等布量3个孔（即第一序列孔，孔号分别为 ZK1－1、ZK1－2、ZK1－3），根据3个孔吸浆情况，再在这个圆周线二孔之间。距离插入第二序列注浆孔（ZK2－1、ZK2－2、ZK2－3）。然后在这6个孔 围 成 的 圈 内，布 设 第 三 序 列 孔 （ZK3－1、ZK3－2、ZK3－3），又叫检验加强孔。第三序孔即是对前面6个帷幕注浆孔的效果检验，又是补强注浆孔，详见钻孔布置平面设计图（图1）。

孔深以超过含水层底板5～10 m即可。由于含水层在230 m以上，故设计孔隙240 m，由于含水层含水性、富水性中等，裂隙不太发育，无大的溶洞和裂隙，浆液为纯水泥，根据实际调整水灰比，根据吃浆情况添加速凝或缓凝剂。

图1 钻孔布置平面设计图

5 实际施工概况

本次施工共完成第一序及第二序孔，第三序孔因业主不同意施工放弃。共施工地面钻孔6个，总进尺1 467.55 m，完成注浆量743.93 m3，各孔具体工程量（表1）。

表1 工程量汇总表

6 注浆效果分析

第一序孔：由于场地问题，未严格按设计施工顺序布孔，具体施工图见图2。

图2 实施施工平面图

各孔平均单位吸浆量为0.5 m3／m，第一序孔平均单位吸浆量为0.68 m3／m，第二序孔为0.33 m3／m。可见，尽管未严格按照设计施工，第二序孔仍比第一序孔单位吸浆量减少一倍，说明注浆效果还是相当不错的。如果坚持施工完第三序孔，效果将大大提高。

7 实际效果检验及成败得失

7.1 实际效果

在湖南涟邵建工集团立井施工结束后访问，实际最大涌水量接近10 m3／h。堵水效果为27／37＝73%。

7.2 成败得失

（1）分序施工、逐渐加密是实际施工比较成功的方法。由于地层千变万化，岩性各向异性，水文地质条件复杂多变，如想在施工前，得出渗透半径、注浆量几乎是不可能，唯有在实践中摸索定位，逐渐达到施工目的。

（2）不可轻易放弃第三序孔（检验加强孔）。本次就是一个教训，涌水量接近10 m3／h，给施工带来相当难度，推迟竣工达半年之久。

（3）不可轻易更改符合实际情况的设计。如本次宜先按原设计位置施工第一序列孔，然后再用插入法施工第二序列，其实际效果要好得多。