新上海一號(hào)礦井副井井筒注漿堵水施工
新上海一號(hào)礦井副井井筒注漿堵水施工
杜志龍1，楊猛1，王國慶2，郝大學(xué)2（1. 杭州國電大壩安全工程有限公司，杭州，310030）
（2. 江蘇省沛縣大屯礦區(qū)中大注漿工程有限公司，沛縣，221618）
摘要：介紹了新上海一號(hào)礦井井筒的涌水治理情況，根據(jù)井筒條件，合理選擇了注漿堵水的施工工藝和注漿參數(shù)，選用了新型聚合產(chǎn)品HK-9101化學(xué)灌漿材料作為堵水材料，采取嚴(yán)格的安全措施，快速、安全、高效地治理了井筒水患。關(guān)鍵詞：新型聚合產(chǎn)品；注漿堵水；井筒
1.工程概況
1.1井筒概況
新上海一號(hào)煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為400萬噸/年，立井開拓，在工業(yè)廣場內(nèi)布置主、副、風(fēng)三個(gè)井筒，采用全深凍結(jié)法施工。副井井筒井口設(shè)計(jì)標(biāo)高+1317.05m，設(shè)計(jì)凈直徑為8.0m，井筒深度為547m。井壁均采用雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
1.2水文及地質(zhì)情況
該井田水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，其主要的特點(diǎn)是含水層較多、隔水層隔水能力差、含水層強(qiáng)度低。從井筒掘進(jìn)實(shí)際揭露來看，地表以下540m范圍內(nèi)含水層多達(dá)十一層，各含水層以孔隙水為主，多數(shù)含水層間的隔水層厚度較薄，隔水性能相對(duì)較差，含水層容易導(dǎo)通。各含水層為砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度差，揭露后呈松軟、膨脹狀態(tài)。
2009 年3月14日停止凍結(jié)，至出水時(shí)各井筒已基本解凍，且出水位置有不同程度的支護(hù)變形開裂，由于如上分析的水文地質(zhì)條件，加之鹽水管解凍后各含水層間直接構(gòu)成水力聯(lián)系，具備了井筒或馬頭門涌水的條件。同年夏由于井筒涌水量超過70m3/h，最大涌水量達(dá)到131m3/h，單層含水層最大涌水量達(dá)到23.9m3/h，必須進(jìn)行注漿堵水施工。首次注漿采用水泥－水玻璃注漿，共注入水泥200t，水玻璃70t。注漿后井筒涌水量仍超過15 m3/h，須進(jìn)行二次注漿。
2.井筒注漿堵水設(shè)計(jì)
根據(jù)新上海一號(hào)礦井副井井筒條件和注漿水文地質(zhì)條件，本次注漿工程的特點(diǎn)是(1)涌水段范圍大，水壓高，最大達(dá)到5MPa。(2) 各含水層為砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度差，揭露后呈松軟、膨脹狀態(tài)。針對(duì)這一工程特點(diǎn)，此次注漿方案選擇高低壓結(jié)合、深淺孔并用、采用化學(xué)注漿直接堵水的方式。
2.1注漿范圍
根據(jù)副井水文地質(zhì)條件及現(xiàn)出水段分布情況,副井井筒注漿范圍為井深137m至井深437m。
具體段高劃分為：
第一注漿段高213m（井深137~350m）；
第二注漿段高50m（井深350～400m）；
第三注漿段高37m（井深400-～437m）
2.2注漿方式
首先采用上行式注漿方式，對(duì)1、3注漿段高范圍的明顯出水點(diǎn)進(jìn)行壁間注漿直接堵水;對(duì)2注漿段高進(jìn)行壁后注漿封水、然后再采用上行式注漿方式，對(duì)1～3注漿段高進(jìn)行壁間復(fù)注封水。
2.3注漿參數(shù)
2.3.1注漿壓力
注漿壓力的確定取決于以下兩個(gè)方面的因素：
A：注漿壓力應(yīng)能滿足漿液克服水壓而進(jìn)入待注巖層體中，一般取靜水壓力的 1.5～2倍，即2～8MPa。
B：注漿壓力不能大于井壁的承受能力。一般井壁強(qiáng)度能夠承受的壓力范圍可用以下公式[1]確定：
Pb=3.596λ0.6523R0.6459MPa
式中 λ－壁厚與井筒外半徑的比值
R－砼的立方體單軸抗壓強(qiáng)度（MPa）
注漿壓力的大小是注漿工程成敗的關(guān)鍵因素之一，壓力太小，漿液擴(kuò)散半徑小，易產(chǎn)生注漿盲區(qū)，影響注漿效果；壓力太大則可能破壞井壁，綜合考慮將注漿壓力取值如下：
第一注漿段高正常注漿壓力3.5 MPa、 終壓4.5 MPa。
第二注漿段高正常注漿壓力4MPa、 終壓5MPa。
第三注漿段高正常注漿壓力5 MPa、 終壓6MPa。
2.3.2漿液擴(kuò)散半徑及注漿孔布置
由于漿液擴(kuò)散半徑受裂隙孔隙影響極大[2]，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按漿液擴(kuò)散半徑4m來確定注漿孔距。按此漿液擴(kuò)散半徑，初步確定孔間距范圍8 m。副井井筒凈直徑Φ8.0m，第一注漿段高：排距8m，每排3孔，上下排孔位、孔深交錯(cuò)布置，共布置26排，計(jì)78孔；第二、三注漿段高：排距8m， 每排4孔，上下排孔位、孔深交錯(cuò)布置，共布置11排，計(jì)44個(gè)孔。
2.3.3注漿孔結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)孔深：壁間注漿孔深為0.55～0.85m ，孔徑42 m m；壁后注漿孔深為1.3m～2.0m ，孔徑42 mm。注漿孔結(jié)構(gòu)為孔口管（Φ42×500--1000）。
2.4注漿材料選擇
注漿材料選擇次序：水泥漿>水泥～水玻璃>化學(xué)漿,本工程已采用水泥－水玻璃進(jìn)行首次注漿，并使井筒涌水量從70m3/h（最大為131m3/h）減少到15m3/h。決定采用由杭州國電大壩安全公司生產(chǎn)的HK-9101聚氨酯化學(xué)灌漿材料。
該漿液在物理性能(粘度、膠凝時(shí)間、聚合特點(diǎn)等)、強(qiáng)度性能(粘結(jié)強(qiáng)度、固砂強(qiáng)度)及高滲透性等方面均可以滿足該項(xiàng)工程固結(jié)防滲的要求。另一方面，漿液具有穩(wěn)定性較好、無溶劑等特點(diǎn)，在煤礦井下可以安全使用。
不同條件下的試驗(yàn)結(jié)果表明，HK-9101聚氨酯化學(xué)灌漿材料的滲透性、膠凝時(shí)間可以通過改變漿液濃度進(jìn)行有效控制，在對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度和抗?jié)B性能不產(chǎn)生較大影響情況下，這樣使?jié){液的應(yīng)用范圍具有很大的擴(kuò)展性，井下應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)具體地質(zhì)條件和工程應(yīng)用目的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)膠凝時(shí)間。表1為HK-9101化學(xué)灌漿材料的主要性能指標(biāo)。
表1 HK-9101化學(xué)灌漿材料性能指標(biāo)
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注漿堵水施工 3.1施工工藝流程工作人員乘罐籠→至注漿位置并固定臨時(shí)工作盤→接通風(fēng)、水、電→檢查設(shè)備及設(shè)施→注漿施工（注漿工藝流程）→施工結(jié)束后斷開風(fēng)、水、電→對(duì)講聯(lián)系后升井。 3.2注漿工藝流程壁間注漿： 風(fēng)錘開孔至孔深0.55～-0.85m時(shí)→安裝孔口管→安裝高壓閥門→關(guān)閉閥并連接好注漿設(shè)施→一打開閥門→開啟注漿泵注入漿液→停注→關(guān)閉閥門→換孔。 3.3 注漿系統(tǒng) 3.3.1注漿泵的選型選用2TGZ—60/210型雙液注漿泵。 3.3.2注漿系統(tǒng)設(shè)備布置 
