王云潮

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 立井水文地質(zhì)概況

1.1 礦井含水層

廟口煤礦立井經(jīng)過(guò)前期地質(zhì)勘探所揭示的含水層主要有3組：其中第四系和第三系的砂礫系以及礫石孔隙水共同構(gòu)成了第一組含水層；煤層頂部的砂巖則構(gòu)成了第二組含水層，厚度17.54～46.77 m，均厚28.18 m；太原組上部的灰?guī)r部分是第三組，厚度大約0.28～7.78 m，均厚3.33 m。

1.2 工作面探水情況

工作面鉆孔探水布置形式如圖1所示。當(dāng)各鉆孔單液注漿壓力值達(dá)到4 MPa后，各個(gè)鉆孔注入的漿液較少，此時(shí)對(duì)各鉆孔進(jìn)行封孔，再對(duì)井筒進(jìn)行施工。由于L7～L8灰?guī)r縫隙還在發(fā)育，在此處施工時(shí)需要往裂隙中注入泥巖進(jìn)行填充。工作面鉆孔探水施工有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 工作面鉆孔探水施工參數(shù)

圖1 工作面鉆孔探水結(jié)構(gòu)布置圖

1.3 井底水窩突水淹井分析

L7～L8位置為灰?guī)r，在掘砌到1段高時(shí)需要數(shù)次放炮，每次裝藥量都比較大，對(duì)周?chē)鷰r石的震動(dòng)作用也比較大。首個(gè)段高的施工結(jié)束后開(kāi)始回模板，這時(shí)迎面的西南方向涌進(jìn)大量水源，風(fēng)井的排水能力只有50 m3/h，涌水無(wú)法及時(shí)排出淹沒(méi)了井筒。一開(kāi)始涌水中含有大量泥沙，為了分析涌水來(lái)源，取水樣進(jìn)行了水質(zhì)化驗(yàn)?；?yàn)結(jié)果顯示，Ca2+含量均超過(guò)了40 mg/L。當(dāng)Ca2+含量大于30～40 mg/L時(shí)，水源一般是奧灰水，從而可以推斷涌水的來(lái)源極有可能是奧灰水。

2 水窩涌水治理方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，參考以往井筒突水治理經(jīng)驗(yàn)[1-6]，制定了以下幾種方案：

（1）使用商品混凝土止?jié){墊。通過(guò)澆筑止?jié){墊防治水具有強(qiáng)度大、施工快速的優(yōu)點(diǎn)，但在止?jié){墊澆筑過(guò)程中容易出現(xiàn)淤泥堵塞情況，會(huì)對(duì)止?jié){墊澆筑的強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

（2）使用水泥灰止?jié){墊。借助溜灰管和壓風(fēng)管，將2寸膠管套進(jìn)管子中，把混凝土澆筑到2趟管路中。此方案的好處是方法比較簡(jiǎn)單，但效率不高。

（3）先排水后澆混凝土。止?jié){墊的澆筑質(zhì)量比較高，強(qiáng)度也會(huì)增加。但這個(gè)方案需要排水量較大的泵，這樣所需時(shí)間久，工期長(zhǎng)，還要二次敷設(shè)電纜，成本也會(huì)增加。實(shí)際涌水和水源的情況了解不詳細(xì)，排水所需時(shí)間也不易把握。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及上述三種防治水方案比較，確定采用澆筑水泥灰止?jié){墊方法對(duì)水窩涌水進(jìn)行防治。

3 水窩預(yù)注漿防治水方案具體實(shí)施

3.1 止?jié){墊材料選擇及結(jié)構(gòu)確定

爐渣水泥灰產(chǎn)生的熱度比較低，對(duì)止?jié){墊的澆筑質(zhì)量非常有幫助，市面流通的最高標(biāo)號(hào)是325#，不足以支撐水泥灰澆筑所需要的強(qiáng)度。高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽以及一般硅酸鹽水泥在凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生的熱度比較高，既不利于止?jié){墊凝固，也會(huì)損害止?jié){墊質(zhì)量以及強(qiáng)度。根據(jù)以上情況，可以使用一般性質(zhì)的硅酸鹽水泥，規(guī)格是PO.42.5。

平底型止?jié){墊有效厚度計(jì)算公式如式（1）：

式中：B為止?jié){墊厚度；P0為注入漿液時(shí)產(chǎn)生的終壓最大值，5 MPa；σ為混凝土在7 d狀態(tài)下能夠承受的強(qiáng)度，2.5 MPa；h為球面矢度，0.3；r為井筒半徑，2.75 m。把以上參數(shù)代入公式（1）中得出B值為6.325 m，實(shí)際上取7 m。鑒于素灰止?jié){墊頂部部分受到井水浸泡，止?jié){墊末部與底部淤泥混合到一起部分按3 m深度考慮，故本次澆筑素灰止?jié){墊總體厚度實(shí)際值為12 m。

3.2 素灰止?jié){墊澆筑

為了防止下灰時(shí)沖擊到止?jié){墊，避免對(duì)素灰沉淀及止?jié){墊快速凝結(jié)造成影響，可對(duì)灌注止?jié){墊所用膠管進(jìn)一步加工。在膠管出口將3 m長(zhǎng)的膠管制成封閉的花管樣式，澆筑止?jié){墊時(shí)采用側(cè)面出灰方式。攪拌容器均為容量為1 t的翻斗礦車(chē)，素灰通過(guò)鋪放在翻斗礦車(chē)底端的條形花管與膠管、壓風(fēng)管連接后的壓風(fēng)作用進(jìn)行攪拌，攪拌同時(shí)使用污水泵吸漿。污水泵中如果進(jìn)風(fēng)會(huì)導(dǎo)致吸漿停止，為了避免這種問(wèn)題，水泥灰的攪拌工作和污水泵的吸漿工作采用不平行作業(yè)的方式。

3.3 井底水窩預(yù)注漿防治水

（1）注漿鉆孔

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，一共設(shè)計(jì)了6個(gè)鉆孔。探放水的鉆探工作在井深160～208 m范圍內(nèi)進(jìn)行，井底水窩位置鉆孔探水施工設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。井底水窩位置涌水混有泥漿，為了確定井筒內(nèi)淤泥所處的位置，采用垂直分布的鉆孔方式進(jìn)行鉆探，并對(duì)鉆孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的泥漿出水位置采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)注漿進(jìn)行封堵。

表2 井底水窩鉆孔探水設(shè)計(jì)參數(shù)

為了避免在含水層施工時(shí)出現(xiàn)突水問(wèn)題，采用100 mm的高壓球閥通過(guò)法蘭與無(wú)縫鋼管焊接的方式對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行控制。超出商品混凝土止?jié){墊水平面的孔口管的長(zhǎng)度為0.5 m。當(dāng)商品混凝土止?jié){墊處于3 d狀態(tài)，在混凝土的上面安裝好相應(yīng)的工作臺(tái)，并布置孔口管，開(kāi)始作業(yè)。剛開(kāi)始時(shí)要進(jìn)行試鉆進(jìn)，鉆孔鉆進(jìn)速度要緩慢，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)一段距離后，要對(duì)孔口管進(jìn)行壓力試驗(yàn)，只有試驗(yàn)壓力值符合要求才能進(jìn)行正常鉆孔作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，此次工作面鉆孔鉆至10 m時(shí)開(kāi)始注入清水進(jìn)行壓力試驗(yàn)，所得試驗(yàn)壓力值為6 MPa，符合正常鉆進(jìn)的要求。

（2）材料及注漿量

單孔需要注入的單液漿水泥漿，經(jīng)計(jì)算可得Q=69.22 m3，具體以實(shí)際為準(zhǔn)。此次鉆孔注漿所選漿液為單液漿，具體的注漿參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 鉆孔注漿漿液參數(shù)

（3）施工設(shè)備及次序

此次井底水窩鉆孔所用鉆機(jī)型號(hào)為SGZL-3B，配套使用Φ50 mm×1.5 m鉆桿、直徑75 mm的鉆頭，注漿時(shí)使用的泥漿泵為BW-250型。具體鉆孔注漿施工順序如圖2所示。

圖2 鉆孔注漿施工次序圖

對(duì)4#、6#兩個(gè)位置進(jìn)行作業(yè)時(shí)采用的是交替進(jìn)行復(fù)鉆和注漿的方式。有涌水進(jìn)入就需要提鉆注入漿液然后重新鉆進(jìn)，二次施工，出現(xiàn)了涌水問(wèn)題的鉆孔都需要重新鉆孔核查注漿效果。

3.4 井底水窩防治水效果分析

此次井底水窩工作面鉆孔探水施工過(guò)程出現(xiàn)多處涌水，對(duì)工作面出現(xiàn)涌水的位置均通過(guò)注漿進(jìn)行封堵。工作面具體涌水位置及注漿防治水效果見(jiàn)表4。本次探放水作業(yè)一共施工了7處有效鉆孔，總工程量達(dá)到539 m，其中鉆探288 m，復(fù)鉆251 m。此次工程共計(jì)消耗水泥314.6 t，施工時(shí)間將近3個(gè)月，清理水泥灰止?jié){墊的時(shí)候并沒(méi)有涌水出現(xiàn)，達(dá)到了非常理想的注漿效果。

表4 涌水位置及注漿防治水效果分析表

4 結(jié)論

（2）在靜水位進(jìn)行水泥灰止?jié){墊澆筑工作，可以防止強(qiáng)排水時(shí)產(chǎn)生的排水量問(wèn)題以及涌進(jìn)水量不清晰問(wèn)題的發(fā)生，同時(shí)避免對(duì)止?jié){墊進(jìn)行重新澆筑。通過(guò)孔口管把混凝土止?jié){墊和水泥灰止?jié){墊進(jìn)行加固，并使之成為一個(gè)整體，可以有效解決澆筑止?jié){墊時(shí)產(chǎn)生的“活塞”問(wèn)題。

（3）對(duì)施工方案的選擇和調(diào)整也會(huì)直接影響到探放水工程的施工效率，所以在制定施工方案時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面的因素。設(shè)計(jì)探放水方案時(shí)理應(yīng)充分地分析施工地點(diǎn)附近的水文和地質(zhì)情況，在探放水工程結(jié)束后應(yīng)該對(duì)探放水進(jìn)行注漿效果評(píng)價(jià)。