浅谈与分析新郑深部立井井筒防治水技术

马金录

（郑州煤炭工业（集团）有限责任公司基建部 河南郑州 450042）

1 工程简介

新郑煤电赵家寨西翼深部回风立井井筒净直径Ф6.5m，凿井深度709.8m。井颈及井底车场连接段采用单层钢筋砼砌碹支护，其余采用砼砌碹支护。根据井检孔资料，揭穿主要含水层，具体如表1所示。

表1 主要含水层（段）井筒涌水量预计结果表

但施工期间实际揭穿砂岩层位较多，含水层也多，中下部砂岩含水层水压大，为保证井筒快速掘进施工，需在工作面进行超前探水注浆［1-2］。

2 主要施工技术

2.1 施工方案

含水层施工：在预计距含水层20m时，工作面停止施工，进行超前探水。探水前，要先进行物探，物探后，钻探验证，注浆结束8h 后，再实施物探验证。超前探水每次按照60m 的垂距实施，掘进距设定在40m，同时，预留20m超前距，初步布置5个探水钻孔。如钻孔内无涌水，注浆封孔后，工作面恢复掘进；如果钻孔内有涌水且超过5m³/h时，再增加4个钻孔作为工作面注浆孔，共计9 个注浆孔。注浆结束，验证无出水后，方可进行掘进施工。如果仍有钻孔涌水超过5m³/h时，在其钻孔两侧增补验证孔，直至钻孔无水或涌水量小于5m³/h。探水孔参数如表2 所示。探水孔平面图见图1。

图1 探水孔平面图

表2 探水孔参数表

非含水层施工：按回次进行超前物探，如物探结果无异常，正常掘进；如物探有低阻异常区，针对低阻异常区进行钻探验证，钻探验证不少于两个孔。每回次物探保留30m 超前距。对于其他能出水的中粒砂岩、粗粒砂岩岩层，根据物探结果，增加超前探水注浆回次。

2.2 施工设备

探水作业配备的机型为矿用潜孔钻机（KQJ-92型），注浆作业配备的机型为注浆泵（2TGZ—60/210型）。

2.3 钻孔布置

钻孔直径设定为ϕ6.5m，拟定径向倾斜布孔，圆周拟定8个孔位（其中4个为探水钻孔），直径为ϕ90mm，两个孔之间相隔2747mm，钻孔终端呈现为ϕ27.0m 的圆形，控制井壁周边10.0m 内的区域。套管采用无缝钢管（Ф108mm×6m），同时，预留注浆孔、放水孔，并按要求配备压力表、法兰盘等。

2.4 钻孔结构

钻孔按照ϕ133mm开孔，采用无缝钢管（ϕ108mm）作为套管，长度至少为6m，单节长1m，借助内丝外丝进行连接，丝扣位置最低应有50mm，外端连接处采用法兰盘、阀门，为了加大摩擦力，套管外应当包裹上绷带、麻纤等，避免套管鼓出。水泥浆经由注浆泵注入套管外的环状间隙，待完全凝固后，测定其耐压性能。

2.5 套管及阀门安装

水泥封闭套管，并根据情况，结合水玻璃，充分固定套管、围岩，将其封死，同时，套管边上要预留小管，水泥浆由套管进入四周时，空气及水可以通过小孔流出。当流出的水泥浆比较浓时，封死小管，注浆不停，直到压力达到一定程度后，停止，将闸阀关闭，注浆固结后，进行透孔，距离底0.5m时，实施耐压测试。注意测试时的压力值应当按照预计水压值的1.5 倍，保持30min以上，观察钻孔是否有漏水迹象、围岩是否有松动现象，如无以上现象，即表示合格，可以进行控水阀门的安装，阀门的规格为ϕ108mm控水阀门，当探孔出现大量涌水时，要能够马上关闭［3-4］。

探放水时，由于不清楚岩层中具体的含水量，因此，探放水时，套管上应当配备水压表，完善探水孔的功能。

2.6 探水作业

探水前，井底先挖一个临时泵坑，水泵、排水管路安设到位，保证排水系统正常运转。在探放水钻进时，如果出现来压、片帮、岩壁松软，钻眼中突然大量涌水且水压大幅度增大等透水迹象时，要马上中止钻进，同时，保持钻杆不动，不能马上拔出；所有人员全部撤离到吊盘上，同时，向调度室或上级部门报告，采取相应的安全措施，并组织人员对水情实施科学监测和分析，确定应对方案。探水钻孔过程中，钻孔出水量如果达到10m³/h以上时，要马上停工，对水量、水位、水压等进行测量并记录各项数据。完成测量后，进行含水层段注浆准备，注浆效果达到预期后，探水透孔作业即可重新开始。

2.7 工作面预注浆

钻机、注浆机设置在工作面，搅浆装置设置在井口，通过溜灰管向下输送浆液。安装好注浆孔、调试好设备、上好阀门后，才能进行注浆，并检查压力表与输浆管路的连接情况，进浆阀门关闭，泄浆阀门打开。在管路中注入清水进行冲洗，各部分均无异常，开启进端阀门，关闭泄端阀门，压入清水冲洗管路，开启注浆管线。

注浆主要采用单液水泥浆，封孔采用双液浆。在具体的操作中，要安排专人负责观察，包括井壁状态、压力情况、管道的通畅性等，同时，密切关注注浆效果。根据效果对注浆参数进行优化，并做好注浆时间、浆量、压力等情况的记录。

单液浆的灌注中，如果压力没有增加，进浆量不减，要慢慢增加浆的浓度；如果压力增大，进浆量降低，则要慢慢下调浆液浓度。关闭泵机后，要马上注入清水，冲洗器具和管路。

2.8 注浆结束标准

（1）注浆孔的注浆压力相当于涌水压力的1.5 倍，且高于4MPa。

（2）注浆孔已经做好封堵，未见喷水，涌水量应控制在1m³/h以下。

（3）结束注浆：注入清水对管道与设备进行清洗。

3 应用分析

采用KQJ-92型矿用潜孔钻机加快钻进速度，采用压缩气为动力源，较之液压钻机使用电为动力源，安全系数相对提升。

优化施工工艺，井底工作面空间狭小，以往工作面注浆多在工作面制浆，本方案制浆点安设在地面井口，通过ϕ159mm 溜灰管输送浆液，减少了井底工作面设备存放，相对增大了作业空间。利用井口到井底自然压力差注浆，不用再机械加压注浆。

在含水层施工中，首先进行物探，根据物探结果布置钻孔，钻孔间隔施工，钻孔成孔后，注浆。最初按4∶1 浆液配比进行注浆，根据吸浆量大小调整浓度至2∶1，注浆压力达到4MPa 时，封孔，注水泥量不理想。然后后续钻孔施工时，调整初始浆液浓度为8∶1，根据现场实际注浆情况，逐步调整浆液浓度到4∶1，压力达到4MPa后，封孔，注浆用水泥量也符合要求，达到涌水量的1.5倍。

在非含水层施工中，根据井检孔资料显示是无含水层的，但经过物探后，物探结果显示低阻异常区较多。根据防治水方案进行钻探验证，打孔后，涌水量明显不小，经分析，井检孔资料仅可供参考，不可全信。为加快非含水层施工进度，如果选用套管封孔，固管、做耐压时间较长，经考察后，选用5m 长止浆塞。成孔后，可立即用止浆塞封孔注浆，缩短了注浆工期。

施工中，要注意全面落实“动态管理”，根据施工情况，确立具体的管理机制，维护安全、进度、质量等的良性运行。

经工作面预注浆后，在允许掘进实揭岩层中没有发现淋水现象，达到了预期的注浆效果，为安全掘进提供了保障。

4 施工过程中的操作要点

吊盘应当与工作面保持20m以内的距离，同时，要做好固定处理，吊盘通过软梯与工作面连接。

吊桶与软梯全部要在工作面，保证人员在紧急状态下可以快速顺利地撤出。

技术人员应当在探水前进入现场一线准确判断探水孔的部位、深度、角度、方位、钻孔数目等，并就以上信息与钻工做好细致的对接。

钻进时，如果钻孔水量、水压短时间剧增，或是出现顶钻现象时，应当马上中止运转，钻杆保持原状不能退出，同时，上报上级等候指令，然后采取措施，进行处理。

井下要有人专门负责工作面岩石状态的观察，做好防突水准备，在作业中，探水人员应当保持高度警惕，配备必要工具，不得离开岗位，为防控大涌水做好充足准备。

注浆泵的水玻璃管道应当配备运行正常的压力表，记录注浆压力数据，当发现压力突然变化时，必须马上排查诱因并妥善处理。

注浆人员作业中要做好安全防护，佩戴手套与防护眼镜，避免浆液飞到眼中。注浆过程中，出口的正前方禁止人员走动和停留，防止高压下管道脱落伤人。

注浆作业中，操作者要保持安全距离，远离注浆泵，避免衣物卷入到注浆泵的皮带轮内，导致人员伤亡。

探水、注浆钻孔过程中，涌水量倘若超出了主泵排水能力，应当马上启动应急排水设施，避免涌水淹井。应急排水设施应当定期检修和试运行，压风管路应当遵循排水管路质量标准进行敷设，确保随时可以投入运行。

5 存在的问题

深立井井筒预注浆过程中，经常会出现注浆量达不到设计量的问题，但经过事实证明，在没有达到设计注浆量的前提下，只要合理安排施工工序、操作方式等，也是可以达到理想的注浆效果的［5-6］。

6 结语

赵家寨西翼深部回风立井井筒工作面超前探水注浆工艺的使用使立井井筒安全、高效、快速施工，工艺成熟、可靠，极大地提高了立井井筒施工速度，综合效益显著，安全性高，可广泛应用于各类矿山工程。