回风立井注浆堵水技术研究

回风立井注浆堵水技术研究
摘要:针对某回风立井穿过8个富含水层,涌水量达到132m3/h,严重影响壁后围岩、井壁及之后构件安全的问题,提出采用井筒壁后注浆堵水的方法。

采用先拦截后注浆,先加固后封水,先封堵小水点后封堵大水点的堵水原则对含水层上下进行注浆封水,堵水率达到94.5%。

关键字:注浆堵水回风立井壁后注浆
水患是影响矿井安全生产的重要因素[1],特别是立井井壁长期大量淋涌水,容易引起壁后围岩结构强度降低失稳、井壁遇水侵蚀、影响井壁施工等问题,给井下排水、施工带来影响[2,3]。

因此,必须对井壁长期大量淋涌水进行治理。

山西晋城某回风立井井筒共穿过8个富含水地层,总水量达到132 m3/h。

涌水量之大已严重影响井筒的安全运行。

富水地层水源补给充分,且水源补给地难以确认,通过正常疏通难以短期内疏干,必须进行封堵处理,井筒垂深较大,一般采用注浆的方法进行封堵出水点已达到堵水的目的[4]。

1 现场条件
回风井筒自上而下穿过的含水层共有8层,分别是含水层1:垂深112.68～118.28 m段中粒砂岩含水层;含水层2:垂深181.1～198.68 m 粉砂岩和中砂岩含水层;含水层3:垂深200.59～215.3 m中砂岩含水层;
含水层4:垂深233.9～247 m细砂岩含水层;含水层5:垂深292.4～300.6 m细砂岩含水层;含水层6:垂深318.8～328.1 m细砂岩含水层;含水层7:垂深371.4～382.5 m细砂岩含水层;含水层8:垂深425.6～428.8 m细砂岩含水层。

总涌水量达到132 m3/h。

2 注浆堵水方案设计
2.1 堵水原则
根据现场情况,确定遵循先拦截后注浆,先加固后封水,先封堵小水点后封堵大水点的施工顺序,首先对含水层上下10 m进行拦截注浆,封堵炮震裂隙,防止壁后水在水头压力作用下沿壁后裂隙扩散至非含水层,增大注浆难度。

然后加固含水层段的井壁接茬缝,加固时先在井壁接茬缝以上1米处打泄压导水孔,将井壁内的水导出以后,再注浆封堵。

2.2 注浆材料选择
注浆材料以常用的水泥、水玻璃浆为首选材料,根据现场注浆情况,可调整为脲醛树脂、草酸溶液化学浆。

2.3 注浆参数选择
(1)注浆孔布置。

间距1.5 m,排距2.0 m,三花状布孔方式,单孔深2 m,如图1所示。

(2)浆液扩散半径。

浆液的扩散半径是指在岩石裂隙中的扩散范围。

实际上,浆液的扩散是不规则的。

由于在注浆施工过程中,对注浆压力、注入量、浆液浓度等参数可以加以人为控制、调整,对浆液的扩散范围,可以起到一定的控制作用,根据设计要求及壁后注浆属低压注浆特点,浆液有效扩散半径按设计注浆钻孔深度1.2倍即2.4 m。

(3)注浆压力。

注浆压力是给予浆液扩散、充塞、压实的能量。

在保证不破坏井壁的情况下确定注浆终压大于静水压力0.5～1.5 MPa。

静水压力可以通过现场实测获得。

3 注浆施工工艺
注浆采用地面配浆,井下注浆的方式进行。

浆液通过管路输送到吊盘,在吊盘设置储浆罐、注浆泵、注浆管路等系统。

(1)注浆段高确定。

含水层厚度上下各加10 m作为一个含水层注浆段高,如果含水层之间相隔不大于10 m,视为一个含水层。

根据该井筒含水层赋存特征,确定注浆段高为井筒垂深100～440 m,段高340 m。

(2)注浆孔布置。

注浆孔布置应遵循每孔尽量多穿过裂隙的原则布置,根据岩层裂隙的走向确定眼孔的方向。

可以采取沿井筒径向布置,也可以成螺旋状布置。

设计注浆孔深为2 m,可根据现场随时调整。

注浆孔直径42 mm,注浆孔间距1.5 m,排距2 m。

局部出水点可以根据实际情况补打直径42 mm的注浆孔。

(3)浆液注入量。

浆液注入量可根据扩散半径及岩石裂隙率进行计算。

浆液注入量可根据扩散半径及岩石裂隙率进行粗略计算。

Q=A(πR2-πr2)Hηβ/m
式中：Q为总注入量;
R为扩散半径,取6.9 m;
r为井筒净直径,取4.0 m;
H为注浆段高,340 m;
η为岩层裂(孔)隙率,取3.0%;
β为浆液充填系数,取0.85;
m为结石率,取0.85;
A为浆液损失系数,一般A=1.2。

据此,可得全井注浆消耗浆液1214 m3。

(4)浆液配比。

注水泥浆液以水泥单液浆为主,注浆时先稀后浓,水泥单液浆水灰比为1∶1～3∶1,岩层耗浆量大时可用双液注浆,水泥浆∶水玻璃双液浆配比为1∶1。

脲醛树脂、草酸溶液化学浆液体积比1∶1～1∶0.5,现场根据注浆效果调整配比。

经过一系列注浆后,井筒的涌水量得到大幅降低,涌水量将至7.2 m3/h,堵水率达到94.5%,有效控制了井筒的大量涌水。

4 结论
(1)井筒长期大量淋水导致井筒壁后围岩、井壁和支护构件受到侵蚀,严重影响井筒的安全稳定使用。

(2)采用先拦截后注浆,先加固后封水,先封堵小水点后封堵大水点的堵水原则,进行注浆堵水参数设计。

(3)现场施工表明,经过注浆堵水,堵水率达到了94.5%,堵水效果显著。

参考文献
[1]张秋成,张银海,崔芳鹏,等.岩溶裂隙破碎带注浆堵水技术[J].中州煤炭,2003(6).
[2]刘永.龙固煤矿副井井筒堵水注浆施工工艺及方法[J].煤炭技术,2007,26(8):100-101.
[3]乔钰辉,付玉军.井筒堵水注浆技术在赵固一矿的应用[J].中州煤炭,2012(1):83-84.
[4]谷拴成,朱彬.注浆封堵在渗漏涌水治理中应用[J].矿山压力与顶板管理, 2005,22(1):99-101.。