肥城礦業(yè)集團 梁寶寺二號井籌建處 李志國

某礦井副井基巖段含水層探水注漿工藝研究

肥城礦業(yè)集團 梁寶寺二號井籌建處 李志國

一、工程概況

梁寶寺二號井位于山東省濟寧市嘉祥縣梁寶寺鎮(zhèn)境內，礦井設計生產(chǎn)能力為120 萬t／a，為低瓦斯礦井。該礦井采用立井開拓方式，主井、副井、風井井筒布置在同一工業(yè)廣場內。其中，副井井筒凈直徑6.5 m，全深1 090.5 m，基巖段深度562.5 m。相關水文地質資料顯示，該基巖段第Ⅲ含水層位于井深– 689.7 ～ – 715.0 m處，厚約25 m，巖性為灰白色長石石英砂巖，局部夾粗砂巖薄層，裂隙發(fā)育，有垂向裂隙分布，裂隙間溝通性差。根據(jù)抽水試驗，預計該井筒涌水量為17.62 m3/h，但根據(jù)相鄰井筒的治水經(jīng)驗，預計其涌水量在120 m3/h以上。因此，應對該含水層進行預注漿施工。

二、注漿參數(shù)及方法

1.止?jié){墊厚度計算。此次注漿采用平底型混凝土止?jié){墊，預留10 m巖柱與止?jié){墊作為共同承壓部分，止?jié){墊位于含水層上泥巖中。止?jié){墊厚度計算公式如下：

式（1）中，β為止?jié){墊厚度；D為井筒凈直徑，為6.5 m；P1為巖柱加固段注漿壓力，取靜水壓力的1.5倍；λ為超載系數(shù)，一般為1.1～1.2，這里取1.1；γ為混凝土容重，取2.6×103kg/m3；C為混凝土允許抗剪強度，取抗壓強度的1/10。

2.注漿孔的布置和劃分。工作面注漿孔數(shù)計算公式如下：

式（2）中，N為注漿孔數(shù)；D為井筒凈直徑，為6.5 m；A為注漿孔與井壁距離，為0.5 m；L為注漿孔間距，取1 728 mm。

經(jīng)計算，注漿孔數(shù)N＝10。將注漿孔分為奇數(shù)組和偶數(shù)組，奇數(shù)組主要封堵較大裂隙，偶數(shù)組主要封堵細小裂隙，奇數(shù)孔先于相鄰的偶數(shù)孔施工。先施工的孔兼作注漿前水量檢查孔，后施工的孔兼作注漿質量初檢孔，奇數(shù)孔兼做注漿質量中檢孔和終檢孔。

3.鉆孔深度。鉆孔設計深度為35 m，實際深度以現(xiàn)場穿過該含水層進入泥巖2 m為準。

4.注漿壓力。設計注漿終壓為靜水壓力的2.5 ～ 3.0倍。

5.漿液有效擴散半徑。漿液有效擴散半徑R＝3 m。

6.漿液注入量。漿液注入量計算公式如下：

式（3）中，N為注漿孔數(shù)，為10；λ為漿液損失系數(shù)，取1.2；R為單孔漿液擴散半徑，為3 m；H為注漿段高，為37 m；η為巖石裂隙率，取2%；β為漿液在裂隙內的有效充填系數(shù)，取0.8；m為漿液結石率，取0.75。

經(jīng)計算，漿液注入量V＝268 m3。按漿液水灰比1∶1計算，水泥用量＝268×0.75＝201 t。

7.注漿方式。采用下行壓入式注漿，根據(jù)逐序掃孔情況進行掃孔復注。

8.鉆探注漿機具。采用Φ50 mm×6 mm地質鉆桿、Φ55 mm PDC復合片無芯鉆頭和SGZ–Ⅲ型液壓鉆機鉆進；采用HFV–C型注漿泵注漿。從地面到工作面的輸漿管路為1條用傘鉆繩捆扎的Φ25 mm高壓膠管，清水管可兼做第2條注漿管路，管路的耐壓強度不低于25 MPa。

9.工藝流程。漿液從攪拌桶經(jīng)注漿泵、輸漿管、控制閥、孔口管進入巖層裂隙。

10.注漿結束標準。單孔注漿的結束標準為每一個孔段都必須達到終壓、終量和注入量的設計要求。注漿壓力達到設計終壓后，泵量在30 L/min左右時穩(wěn)定20 ～ 30 min，即可結束該孔段注漿。確定工作面探水注漿是否結束時，應在各單孔均達到單孔注漿結束標準后，再抽檢4個檢查孔和中心孔，在4個檢查孔聯(lián)合放水總涌水量＜10 m3/h、中心孔水壓≤2 MPa時，注漿即可結束。若總涌水量＞10 m3/h或中心孔水壓較大，可采用打分支定向孔的方法補充注漿，確認達到工作面探水注漿結束標準后方可鑿井。

三、注漿實施情況

此次注漿從2010年6月11日開始，至7月16日結束，平均單孔打孔各1次，掃孔各2次，總注漿量為200.4 t，單孔初始涌水量由21 m3/h降至3 m3/h，中心孔水壓為2 MPa，4孔聯(lián)合放水＜10 m3/h，達到了最初制定的各項指標。

四、施工注意事項

為避免發(fā)生探放水突水淹井事故，鉆孔時應使用小直徑鉆具揭露含水層，降低單孔涌水量。如涌水量較大，可在封注后再以較大直徑的鉆具進行掃孔，然后進行二次封注。施工中，應注意反壓防噴裝置的可使用性和堅固性，發(fā)現(xiàn)水量較大時，應立即關閉反壓防噴裝置；可適當提高鉆探工作臺高度（最好≥5 m），并加長防噴裝置，利用排水泵排水，緩沖提取鉆桿時間。

在注漿過程中，如出現(xiàn)進漿量差的現(xiàn)象，可采用以下方法解決：如果鉆孔涌水中含有大量碎巖等雜物，對該孔應進行≥8 h的放水；注漿前，先壓清水沖洗含水層裂隙充填物，壓水時間≥30 min；注漿時，采取比重由小至大（1.3 ～ 1.5）、循序漸進的方法；孔口管埋深至6 ～ 8 m時，利用預留圍巖巖帽補充止?jié){墊承受壓力的能力，根據(jù)現(xiàn)場情況適當提高注漿壓力；壓力超過15 MPa時，根據(jù)進漿量，考慮交替使用超細水泥注漿與普通水泥。如遇裂隙不發(fā)育但水量較大，可在鉆孔孔底進行爆破松動，使豎向裂隙導通，進而增加進漿量。

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