壁后注漿技術在深井井筒施工防治水中的應用
發布時間：2011-09-30 共1頁
內容提要 針對壁后注漿防治水技術在十二礦北風井井筒施工中的應用，介紹了實施壁后注漿的施工方案、方法及施工工藝，并對該技術在應用中的有關問題進行了探討。
關鍵詞 壁后注漿 井筒防治水 應用
十二礦北進風井井筒位于礦井工業廣場以北2.5km處，井筒設計直徑5.5m，深度890m，井口標高+271.5m，基巖段支護形式為素混凝土支護。隨著井筒的不斷延深及穿越多層砂巖含水層，涌水量不斷增加，井筒施工至540m時，井筒涌水量已經達到56m3/h，對施工安全造成了較大威脅，為保證施工安全、工程質量和提高施工速度，決定在井筒內實施壁后注漿。
1 水文地質特征
注漿段位于井深290~550m之間，注漿段長度260m，井筒揭露巖性主要為砂質泥巖、泥巖、砂巖，其中揭露砂巖含水層共6層，累計厚度96m。巖性以灰白色中粒砂巖為主，中厚層狀，巖層裂隙發育。地層傾向N40E，巖層傾角
12~18°。砂巖含水層厚度2~11m不等，出水形式主要為砂巖裂隙水，屬砂巖裂隙承壓含水層，單層涌水量8~20m3/h。
2 施工方案
（1）根據井筒揭露的砂巖含水層和隔水層厚度情況，采用下行式分段注漿，對隔水層厚度大于10m的含水層劃分為獨立的注漿段，對隔水層厚度小于10m的含水層合并為一個注漿段。本次注漿共6段：第一段290~360m，第二段355~366m，第三段375~386m，第四段405~442m，第五段470~501m，第六段512~550m。注漿范圍控制在含水層及其上下2m范圍。
（2）注漿順序采用下行式注漿，從井深290m開始至550m工作面范圍內，每段注漿時先把含水層的頂、底封好，防止水上下亂串，然后突出重點注中間，將每段涌水都消滅在本段內。對較長的漏水段，采取由上往下進行，每個分段內先由下往上注漿，再由上往下復注一次。
3 施工方法
3.1 注漿設備選擇
選用錦西產2TGZ—60/210型雙液調速高壓注漿泵。
3.2 注漿孔布置及要求
由于井壁接茬多，巖石裂隙發育，淋水嚴重而沒有大的出水點，故采用密孔法，“五花”式深淺孔配合布孔法，依次開孔，先用深孔放水泄壓，再用淺孔低壓注漿以加固井壁及圍巖，最后用深孔高壓注漿封水。注漿孔布置：一般巖層間排距3~4m，出水點較多的部位及厚含水層布孔間排距為2~3m。注漿孔深度控制在1~2m之間，一般巖層深孔數控制在總孔數的三分之一，厚含水層深孔數控制在總孔數的二分之一。
3.3 注漿材料
采用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，模數為2.4~2.8，波美度40be’的中性水玻璃。根據注漿情況，漿液中加入15%~20%的BR—C型防水劑。
3.4 注漿參數
采用水泥、水玻璃雙液注漿法。
3.4.1 漿液配比
開注水泥漿液水灰比為1：1；封孔水泥漿液水灰比為0.8：1；開注水泥漿與水玻璃之比為1：0.6；封孔水泥漿與水玻璃之比為1：0.8。BR—C型防水劑為水泥用量的15%~20%。
3.4.2 水玻璃漿液
每孔開孔時使用15~20Be’的水玻璃，中間過程中加濃到25~30Be’，終孔時加濃到35Be’。
3.5 注漿壓力
注漿壓力大小主要取決于注漿孔靜水壓大小，但考慮到巖層的裂隙發育程度及井壁抗壓強度，本次注漿壓力淺孔選擇3~5MPa，深孔選擇5~8MPa。
3.6 擴散半徑
為縮短施工工期，保證注漿質量，本次注漿擴散半徑控制在2m以內。
3.7 注漿量
該井筒含水層巖性以中粒砂巖為主，裂隙發育，漿液能均勻擴散，注漿量按下式計算：Q=V•n•a
式中V—注漿加固體積，m3；
n—空隙率，取0.04；
a—漿液損失系數，取1.3~1.5。
由于注漿段位于井筒中部，巖石受風化影響較小，砂巖含水層漿液損失系數取1.5，頂底隔水層取1.3，砂巖含水層漿液控制半徑取7.25m，頂底隔水層取6.25m，六段砂巖含水層厚度共計96m，頂底隔水層注漿總厚度取3×2×6=36m。
（1）砂巖含水層注漿量
Qs=（7.252-2.752）π×96×0.04×1.5=814（m3）
（2）頂底隔水層注漿量
Qg=（6.252-2.752）π×36×0.04×1.3=185（m3）
（3）注漿總量
Q=Qs+Qg=999（m3）
水玻璃取漿液體積的三分之一，故水玻璃用量為999×1/3×1.4=466（t）
水泥取漿液體積的三分之一，故水泥用量為999×1/3×3.15=1049（t）
根據注漿情況，砂巖含水層可使用BR—C型防水劑，加入量為水泥重量15%~20%。
4 結束語
實施壁后注漿后，該井筒內的涌水量降至3m3/h以下。實踐證明，井筒壁后注漿是一種有效的防治水方法，采用壁后注漿可以有效的將地下含水層的涌水封堵于壁后，同時還起到加固井壁的作用。但是要正確進行壁后注漿，還要注意一些問題：
（1）壁后注漿的施工順序應根據含水層的厚度分段進行，對漏水段較長的井筒，應由下而上逐段進行。
（2）注漿孔的數量根據堵水需要確定，各注漿孔的有效擴散半徑應相交，注漿孔一般應錯開排列，均勻布置。
（3）壁后注漿的壓力宜比靜水壓大0.5~1.5MPa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當提高。
（4）注漿孔深度應根據不同注漿對象而定，如果對巖層裂隙進行注漿時，注漿孔必須穿過井筒，孔深應等于或大于1~1.5倍的井壁厚度，當注漿段壁后為含水砂層時，為避免透水涌砂，則注漿孔不準穿透井壁，只進行壁內注漿以達到封水目的。
關鍵詞 壁后注漿 井筒防治水 應用
十二礦北進風井井筒位于礦井工業廣場以北2.5km處，井筒設計直徑5.5m，深度890m，井口標高+271.5m，基巖段支護形式為素混凝土支護。隨著井筒的不斷延深及穿越多層砂巖含水層，涌水量不斷增加，井筒施工至540m時，井筒涌水量已經達到56m3/h，對施工安全造成了較大威脅，為保證施工安全、工程質量和提高施工速度，決定在井筒內實施壁后注漿。
1 水文地質特征
注漿段位于井深290~550m之間，注漿段長度260m，井筒揭露巖性主要為砂質泥巖、泥巖、砂巖，其中揭露砂巖含水層共6層，累計厚度96m。巖性以灰白色中粒砂巖為主，中厚層狀，巖層裂隙發育。地層傾向N40E，巖層傾角
12~18°。砂巖含水層厚度2~11m不等，出水形式主要為砂巖裂隙水，屬砂巖裂隙承壓含水層，單層涌水量8~20m3/h。
2 施工方案
（1）根據井筒揭露的砂巖含水層和隔水層厚度情況，采用下行式分段注漿，對隔水層厚度大于10m的含水層劃分為獨立的注漿段，對隔水層厚度小于10m的含水層合并為一個注漿段。本次注漿共6段：第一段290~360m，第二段355~366m，第三段375~386m，第四段405~442m，第五段470~501m，第六段512~550m。注漿范圍控制在含水層及其上下2m范圍。
（2）注漿順序采用下行式注漿，從井深290m開始至550m工作面范圍內，每段注漿時先把含水層的頂、底封好，防止水上下亂串，然后突出重點注中間，將每段涌水都消滅在本段內。對較長的漏水段，采取由上往下進行，每個分段內先由下往上注漿，再由上往下復注一次。
3 施工方法
3.1 注漿設備選擇
選用錦西產2TGZ—60/210型雙液調速高壓注漿泵。
3.2 注漿孔布置及要求
由于井壁接茬多，巖石裂隙發育，淋水嚴重而沒有大的出水點，故采用密孔法，“五花”式深淺孔配合布孔法，依次開孔，先用深孔放水泄壓，再用淺孔低壓注漿以加固井壁及圍巖，最后用深孔高壓注漿封水。注漿孔布置：一般巖層間排距3~4m，出水點較多的部位及厚含水層布孔間排距為2~3m。注漿孔深度控制在1~2m之間，一般巖層深孔數控制在總孔數的三分之一，厚含水層深孔數控制在總孔數的二分之一。
3.3 注漿材料
采用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，模數為2.4~2.8，波美度40be’的中性水玻璃。根據注漿情況，漿液中加入15%~20%的BR—C型防水劑。
3.4 注漿參數
采用水泥、水玻璃雙液注漿法。
3.4.1 漿液配比
開注水泥漿液水灰比為1：1；封孔水泥漿液水灰比為0.8：1；開注水泥漿與水玻璃之比為1：0.6；封孔水泥漿與水玻璃之比為1：0.8。BR—C型防水劑為水泥用量的15%~20%。
3.4.2 水玻璃漿液
每孔開孔時使用15~20Be’的水玻璃，中間過程中加濃到25~30Be’，終孔時加濃到35Be’。
3.5 注漿壓力
注漿壓力大小主要取決于注漿孔靜水壓大小，但考慮到巖層的裂隙發育程度及井壁抗壓強度，本次注漿壓力淺孔選擇3~5MPa，深孔選擇5~8MPa。
3.6 擴散半徑
為縮短施工工期，保證注漿質量，本次注漿擴散半徑控制在2m以內。
3.7 注漿量
該井筒含水層巖性以中粒砂巖為主，裂隙發育，漿液能均勻擴散，注漿量按下式計算：Q=V•n•a
式中V—注漿加固體積，m3；
n—空隙率，取0.04；
a—漿液損失系數，取1.3~1.5。
由于注漿段位于井筒中部，巖石受風化影響較小，砂巖含水層漿液損失系數取1.5，頂底隔水層取1.3，砂巖含水層漿液控制半徑取7.25m，頂底隔水層取6.25m，六段砂巖含水層厚度共計96m，頂底隔水層注漿總厚度取3×2×6=36m。
（1）砂巖含水層注漿量
Qs=（7.252-2.752）π×96×0.04×1.5=814（m3）
（2）頂底隔水層注漿量
Qg=（6.252-2.752）π×36×0.04×1.3=185（m3）
（3）注漿總量
Q=Qs+Qg=999（m3）
水玻璃取漿液體積的三分之一，故水玻璃用量為999×1/3×1.4=466（t）
水泥取漿液體積的三分之一，故水泥用量為999×1/3×3.15=1049（t）
根據注漿情況，砂巖含水層可使用BR—C型防水劑，加入量為水泥重量15%~20%。
4 結束語
實施壁后注漿后，該井筒內的涌水量降至3m3/h以下。實踐證明，井筒壁后注漿是一種有效的防治水方法，采用壁后注漿可以有效的將地下含水層的涌水封堵于壁后，同時還起到加固井壁的作用。但是要正確進行壁后注漿，還要注意一些問題：
（1）壁后注漿的施工順序應根據含水層的厚度分段進行，對漏水段較長的井筒，應由下而上逐段進行。
（2）注漿孔的數量根據堵水需要確定，各注漿孔的有效擴散半徑應相交，注漿孔一般應錯開排列，均勻布置。
（3）壁后注漿的壓力宜比靜水壓大0.5~1.5MPa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當提高。
（4）注漿孔深度應根據不同注漿對象而定，如果對巖層裂隙進行注漿時，注漿孔必須穿過井筒，孔深應等于或大于1~1.5倍的井壁厚度，當注漿段壁后為含水砂層時，為避免透水涌砂，則注漿孔不準穿透井壁，只進行壁內注漿以達到封水目的。
