止浆塞深孔注浆法在近海高涌水竖井中的应用

2022-07-30徐叶

建井技术 2022年2期

徐叶

(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿,山东烟台 261400)

深立井穿过的地层存在溶洞、较大裂隙、断层破碎带以及细微裂隙、孔隙的几率较大,因而揭露上述地层构造时,涌水量较大,一旦遇到突发性涌水,涌水量大于水泵排水能力时,就会造成淹井事故的发生[1-4]。对于深立井,应采取预注浆方式,以保障井筒安全快速掘进[5-9]。三山岛金矿北风井距离海岸线不足1 km,自地表延伸至-600 m中段(井底为-630 m),受近海复杂水文地质条件影响,存在揭露突水风险,凿井难度较大。北风井井筒在施工至-507 m 后,单孔含水压力迅速增大,可达5 MPa(见图1)。在探水至井深528 m处时,涌水量达到38 m3/h,加上井壁原有淋水18 m3/h,共计井筒涌水量达56 m3/h,到达排水极限点,对凿井施工造成极大困难。在探水注浆时底板围岩破碎,裂隙较多,若采用传统注浆方法,岩帽四处冒浆,无法注入深部出水点。浇筑止浆垫工期养护时间长且成本较大,而现场井筒内裂隙构造多为水平方向,故采用“止浆塞深孔分段注浆法”堵水方案[10-12],并同步进行井壁壁后注浆,减少井壁淋水量。

图1 井筒高压涌水

1 止浆塞深孔分段注浆法施工方案

1.1 总体注浆方案

本方案在井筒壁后注浆控制涌淋水的同时,结合浅孔注浆,以深孔分段注浆为主要预注浆方式。以基础注浆孔作为帷幕,通过止浆塞进行注浆深孔分段,采用深段大帷幕的注浆方式进行多次复注。

先在工作面施工探水孔5个,离井帮1 500 mm,向外倾角约14°,深度50 m,确定涌水区域位置,超出限定水量则进行注浆。注浆孔最初设计9个,见表1。作为基础注浆孔。根据注浆及涌水情况又在相同圈径上增加补充注浆孔6个,距井帮500 mm,向外倾角约28°,深度55 m。注浆前,在注浆孔圈径内侧设计观察孔9个,距井帮800 mm,向外倾角约20°,深度55 m,用以监测注浆进程和效果。在注浆孔和观察孔圈径之间设计6个检查孔,垂直90°,深度50 m,钻孔布置见图2。

图2 工作面深孔注浆钻孔布置

表1 基础注浆深孔设计参数

根据井筒出水特征,注浆浆液以单液浆为主,双液为辅的原则[13-17],遵循“单液稀浆—单液稠浆—双液浆—封孔”的原则[18]进行注浆。

井下深孔注浆时,依照深孔各分段出水情况,进行分段注浆,一般每50 m 深孔分3～4段。井壁注浆根据打孔深度及涌水量确定孔内分段次数。

1.2 止浆塞选用及配套机具加工方案

止浆塞在注浆工程中可以实现分段注浆、防止钻孔返浆、合理使用注浆压力、控制注浆范围、确保注浆质量等作用[19-20]。其工作原理为在轴向压缩等的外力作用下,使封隔件(一般为胶筒)产生径向膨胀,与钻孔或套管内壁挤紧,从而封隔注浆段浆液,实现压力控制[21]。

针对不同应用位置采用三种不同规格的止浆塞:井壁采用ϕ42 mm×400 mm;深孔采用ϕ75 mm×1 200 mm;浅孔采用ϕ70 mm×550 mm。连接管用ϕ34 mm×8 mm 无缝钢管,套管采用ϕ47 mm×8 mm、无缝钢管加工制作。

由于水的压力较大,采用一吋厚壁不锈钢球阀,每一节连接ϕ34mm×8 mm,无缝钢管,两米一根,两端外车丝,采用ϕ47mm×8 mm 无缝管加工管箍,内车丝,连接管及止浆塞。当止浆塞下到15 m 外,连接钢管重量大时,可在柱管上焊螺帽,螺帽位于柱管上部600 mm 左右位置,穿入钢筋或钢丝绳,防止钢管和止浆塞掉落。注浆前检查注浆泵及管路是否连接好,确认无误后进行注浆。

止浆塞长度有400 mm 和800 mm 两种规格。400 mm 止浆塞用于涌水量较小的上层裂缝,适用于双液浆注浆;800 mm 止浆塞适用于涌水量较大、静水压力较高的下向探水单液浆注浆。各止浆塞及配件如图3和图4所示。