千米井筒微小裂隙式承压含水层注浆治水技术

韦荣律

(淄博矿业集团唐口煤业有限公司，山东济宁  254410)

1  井筒地质及水文地质概况

淄博矿业集团公司唐口矿井，位于山东省济宁市西侧，设计年生产能力为3．0Mt。开采方式为立井开拓，主、副、风三个井筒均布置在工业广场内，其中副井净径6．0m，井口标高+39m，井底车场水平—990．0m．，井深1060m，表土段冻结法施工，对基岩含水层地面预注浆处理。冻结段井壁为双层钢筋砼结构，砼强度为C₃₀～C₄₅。基岩段为砼结构，强度为C₄₀。

    井筒穿过地层依次为第四系、侏罗系、二叠系。穿过的厚度第四系217m，由中、粗、细砂及粘土、砂质粘土组成；侏罗系5l8m，由灰绿、暗棕、褐红等色组成的细砂岩、粉砂岩、泥岩、岩浆岩等组成，二迭系326m，由灰绿、紫红、灰白、灰黑等色的粗、中、细砂岩、粉砂岩、泥岩等组成，基岩裂隙发育，且多为70°以上的高角度裂隙，泥岩强度较低，易崩解。基岩段水文地质条件复杂，尤其侏罗系地层，细砂岩含水层占多数以上，厚度大，水量丰富，发育高角度裂隙，大部岩层致密，属微小裂隙和孔隙式含水层，掘砌中观察，无明显出水点，大面积均匀汗渗形式出水，二迭系含水层主要集中在上石盒子组底部的奎山层砂岩中，裂隙角度都在70°以上，含水层静水位在+20～+30m之间。根据井检孔资料，井筒基岩段涌水量约达627m³／h。而井筒掘砌完后，井筒涌水量达73．28m³／h。

2  副井井筒涌水及治水情况

副井井筒基岩开挖前，已进行地面预注浆，由于注浆效果未达到预期目标，井筒掘砌以来多次出水，凿井时采用强行通过的方法施工，由于井筒淋水大，主要采用截水措施(在井深500m处设中间转水站，分别在井深491．6m、543．5m、564．5m、643．5 m、730m、830．9mt和938m处设了七道截水槽)，为减小井筒涌水，副井筒先后实施了6次注浆，其中工作面预注浆2次、壁后注浆4次，浆液曾采用水泥单液浆、水泥—水玻璃双液浆、中法合资的马丽散N化学浆液及脲醛树脂化学浆等，注浆效果如表1。

表l  副井筒注浆效果表

    井筒掘砌中实际揭露的基岩主要含水层厚度380m左右，较集中的出水段，侏罗系三段：280～408m(12m³／h)，485～605m(38m³／h)，615～736m(24m³／h)，二迭系三段，分别为780～830m(26m³／h)，860～890m(19m³／h)，940～1020m．(15m³／h)。可以看出，主要出水地层为侏罗系砂岩，且以405～488m处厚岩浆岩顶、底板砂岩为主，该砂岩在岩浆侵入时对其烘烤，在冷却时使其收缩产生内生裂隙，因此含水最丰富。副井井筒掘砌结束后测得井筒水量为11．54 m³／h，因井筒安装，在井壁打眼释放出来水量及注浆结石体收缩产生裂隙水量反弹使井筒水量增至26．4m³／h，淋水量较大，不符合规范要求，且井筒淋水恶化了工人上下井的环境，必须对井筒砂岩水进行治理。

3  副井筒注浆堵水方案的确定

从以前的治理情况及风井井筒治水实际证明，大段距复杂地层涌水，采用一般的注浆手段难以达到理想的治理目的，而副井简装备已完成，副井筒需要正常提升，无法象风井井筒一样采用“封、截、导”技术进行综合治理。根据副井筒特殊地水文地质条件和井壁条件，分析副井壁后注浆堵水率低及回升率高的原因，选择高低压结合，深浅孔并用，复合、诱导注浆直接堵水的方式对副井井壁进行注浆堵水。主要注浆范围段为328～408m、485～605m、615～736m、780～830m、860～890rrl、940～1020m。注浆方式首先采用下行注浆方式，对注浆段高进行帷幕注浆封水，对注浆段高范围外的明显出水点进行注浆直接堵水；然后再采用上行式注浆方式，对注浆段高进行复注帷幕封水，并对不同的井壁强度采用不同的注浆压力。这样不仅节省钻探工程量，缩短工期，又保证了井壁安全，还起到加固围岩的作用，将水量降到最少，注浆效果明显，同时遵循安全、可靠、效果好，工期短，投资少的原则。

    根据基岩水文地质条件和井壁条件，选用化学浆为主，辅以单液水泥浆，水泥一水玻璃双液浆。注浆压力大小应能满足浆液克服水压而进入待注岩层体中，又不能超过井壁能承受的压力范围。第一段高正常注浆压力为5MPa，终压8MPa；第二段高正常注浆压力为5MPa，终压8．5MPa；第三段高正常注浆压力为8MPa，终压10MPa；第四段高正常注浆压力为9MPa，终压12MPa；第五段高正常注浆压力为10MPa，终压13MPa；第六段高正常注浆压力为11MPa，终压l5MPa。浆液的注入量取决于含水层裂隙的发育程度、涌水量的大小、注浆压力，岩层中裂隙发育情况。涌水量大、注浆压力高，则浆液注入量大。在注浆过程中，在不跑浆的条件下，应尽可能使壁内、壁后、围岩的空隙填满，以提高注浆效果。为减小井筒内的直接淋水量，在井筒下部安设截水槽，并通过导水管通到井底。

4  副井筒的综合治理

    施工时根据井壁及其接茬漏水情况，提落吊盘时，从上到下注浆封堵；根据封堵情况进行复注，布孔数量根据现场情况确定。注浆孔采用风钻按照要求造孔，孔深0．8～3．5m。正常情况布孔密度为间排距3×3m，每排8孔，上下排注浆孔交错布置。另外根据现场施工情况进行适当调整，以达到注浆堵水的效果。注浆工艺流程为：风钻开孔至孔深0．8～3．5m→安装孔口孔→安装高压阀门→关闭阀门连接好注浆设施→打开阀门→开启注浆泵压水→注入浆液→停注→关闭阀门→换孔。

    注浆前，先压水试验，球阀与高压混合器接好后，开动注浆泵，用清水冲孔，并作窜通试验和耐压试验。将吸浆管拧紧上牢，分别放在储浆桶内，按照设计好的浆液配比，利用供液阀门调整好流量，可进行注浆工作。注浆过程中，视压力或井筒涌水情况，随时调整水泥浆浓度或化学浆液配比。每个孔注浆结束后，用清水冲洗净注浆管路，吸水泥浆管和吸水玻璃浆管，并作好标记，以防混用。在注浆过程中，不可避免的会出现跑浆或窜浆等异常情况。若出现跑浆现象时，在跑浆的裂缝用木楔、棉纱、棉丝等物嵌塞或配合糊堵水泥——水玻璃速凝塑胶泥，并作间歇式注浆，但间歇时间不能超过凝胶时间；当跑浆严重时，改变浆液配比，缩短凝胶时间。当发生窜浆时，及时关闭窜浆孔的孔口阀门，减小注浆孔的注浆量，在可能的情况下，加倍注入。若长时间不上压，必须首先查明有无浆液流失、泵的吸浆是否正常，然后根据不同情况，采取相应的措施。如有浆液流失，应及时采取封堵，调浓浆液，缩短凝胶时间，间歇注浆等措施加以控制；如因注浆泵吸浆不正常，则应采取措施加以排除；如有大裂隙，则应调浓浆液，缩短凝胶时间，加大注入量。如果水压较大，属于小裂隙、高压水，则在附近布设泄压注浆孔。

    注浆堵水结束后，井筒内尚有较大的涌水，为减小井筒内的直接淋水量，在井深850m．处安设了一道截水槽，并通过导水管导入井底。

5  治理效果

采用特殊的注浆工艺和改良的注浆材料在千米深井筒微水裂隙式含水丰富的侏罗系砂岩承压含水层进行壁后注浆，取得了明显效果。副井筒注浆堵水段高为垂深280～1020m，共529m，注浆终压为5．0～15．0MPa，造注浆孔1354个，造孔深度累计达2384．7m。共注浆液565．5m³，其中化学浆138．6m³，水泥一水玻璃双液浆230．8m³，超细水泥一水玻璃双液浆196．1m³。注浆前井筒漏水量26．4m³／h，注浆后实测井筒漏水量8．2m³／h，本次注浆封堵井壁水量18．2m³／h，减小了矿井的排水量，延长了井简装备寿命；安设截水槽后，副井筒内仅有少量淋水，改善了上下罐笼的环境。

副井井筒深，水量大，水文地质条件复杂，在不影响矿井正常生产的情况下治理成功为今后矿山深立井、小裂隙、低渗透性含水岩层条件下的井筒水治理工程积累了丰富的经验，对深立井综合治水具有十分重要意义和借鉴价值。

*收稿日期：2008一03—05

作者简介：韦荣律(1978一)，男，毕业于湖南省湘潭工学院地质工程本科专业，现于淄博矿业集团唐口煤业公司从事地质工作。