井筒破碎帶突水淹井分析及處理
發布時間：2010-01-14 共1頁
安徽淮北演武煤礦設計采用1對立井開拓。混合井、風井設計全深為246m和136m，凈徑分別為φ5.0m和φ3.5m，松散層底界埋深為79m和81m，基巖風化裂隙破碎帶厚度實測為40m和38m.混合井與風井凍結深度均為100m.混合井井壁結構92m以上是雙層鋼筋混凝土井壁，92～100m為混凝土單層井壁；風井92m以上為雙層鋼筋混凝土井壁，100m以下為混凝土單層井壁。
風井于1993-11-26開始凍結，1994-01-25開挖，1994-03-17掘筑至93.2m時停止，在井底砌筑混凝土止漿墊后，向上砌內壁，套壁結束后，即轉入工作面探水注漿。共鉆5個孔，注入水泥610.5t.在止漿墊基本拆完時，井底東南方向和少量出水，隨后水量漸增，并含和泥砂，涌水量達94m3/h，強行排水可能造成壁后泥砂下泄，因此停止排水，井筒被淹。
混合井于1994-01-29開始凍結，1994-04-13正式開挖。1994-06-07掘筑至井深94.1m時，在井底構筑混凝土止漿墊后，向上套壁，套壁結束即轉入工作面探水注漿。共鉆孔2個，孔深55m，鉆孔涌水量均為0.14m3/h，注入水泥21.1t.在拆除止漿墊下掘至深95.3m（破止漿墊后下掘1.2m）時，井筒東南方向風化破碎基巖片幫約20m3后出水，初始水量76m3/h，隨后迅速增至124.8m3/h，含泥砂，后停止排水，井筒被淹。
2、井筒地質、水文地質條件
煤系地層之上沉積了平均厚約81.13m第四系松散層，賦存4個含水層。其中，第4含水層為風化礫石層，含水較豐富，混合井、風井揭露厚度分別為7.6m和5.0m，是煤系地層直接補給水源。基巖含水層裂隙發育較差，常為方解石充填或半充填，富水性較弱。
井田位于肖縣背斜西翼，其中F4正斷層為主干斷裂，落差由NE向SW從30～70m漸增至于500m，傾向NW，走向18～81°，斷層傾角一般為50°左右，在淺部強烈切割地層并發育牽引構造，斷層破碎帶發育。風井揭露斷層破碎帶寬度為32.45m，風井井筒實際揭露破碎帶寬度為30m，巖石極為松散破碎，為灰白、紫紅色粉砂、泥質角礫巖。
井筒實際揭露基巖段巖石裂隙極為發育，松散破碎，充填軟泥，強度極低，工程地質條件極差。
3、突水淹井水源及原因分析
3.1突水水源
混合井、風井突水后，通過沉淀物取樣觀測，部分為灰白、淡紅色軟泥，其中含和少量細粉砂粒。突水來勢兇猛，水量。混合井突水3h后，實測風井靜水位下降了1.54m，說明兩井水力聯系密切、來源一致。取水樣分析結果，兩井水化學主要成分基本相同，又與勘探期間水樣資料及鄰區資料對比，都顯示其化學成分與松散層底部四含水基本一致。因此認定，混合井、風井突水水源為第四系松散層底部四含水，四含水通過風化裂隙帶及F4斷層破碎帶進入井內。
3.2突水淹井原因
（1）未施工井筒檢查孔。該礦混合井、風井開工前均未施工井筒檢查孔，且勘探期間井田水文地質工作程度嚴重不足，增加了井筒施工的盲目性。
（2）井筒位置選擇不盡合理。兩井筒均設計在井田主導斷層F4正斷層（H=290～350m）及F5正斷層（H=15～30m）附近，巖石破碎、圍巖強度低，致使地層富水性增強，也是造成突水淹井的原因之一。
（3）井筒凍結深度問題。兩井筒凍結深度均為100m，都終止在導水性較強的強風化裂隙帶中，不符合《礦山井巷工程施工及驗收規范》中關于“井筒的凍結深度必須深入不透水的穩定巖層10m以上。當基巖下部30m左右仍和含水層時，應延伸凍結深度……。”之規定；也不符合《煤礦安全規程》中“凍結深度應穿過風化帶進入穩定的基巖8m以上。基巖段漏水較時，應加深凍結深度”的規定。
4、風井工作面預注漿
風井工作面共鉆注5孔，注漿37次，鉆掃孔進尺1645.8m，注入水泥610.5t、水玻璃4865kg，終孔深度為53m（垂深91～144m），注漿終壓8～9MPa，鉆孔最涌水量為68m3/h，主要出水段位于井深101～119m.
本次注漿雖未達到預期效果，但給淹井恢復后的短段掘筑施工打下了基礎。一是查明了風井下部風化、軟弱破碎地層厚度，摸清了地質水文條件的復雜性；二是通過注入量漿液基本堵塞了裂隙，降低了涌水量；三是對軟弱破碎地層加固起到了一定作用。
5、淹井及風化破碎帶施工處理方案
（1）兩井均采用靜水拋渣注漿封底，堵塞出水點，排干井內積水，給下步施工創造良好的作業條件；
（2）根據突水水源及通道分析結果，對突水點上部井壁實施壁后注漿，把壁后充填密實，加固圍巖，控制泥砂下泄，切斷導水通道；同時，在工作面采取邊探邊注邊掘、短段掘筑、快速強行通過的施工方法。
6、井筒注漿及掘筑施工
6.1靜水拋渣注漿封堵突水點
其工藝過程為在井筒水位近自然水位的條件下，從地面向井筒內下輸料管至井底，然后向井內拋20～40mm粒級的石渣，再注入單液濃水泥漿，養護7～10d后，即進行試排水檢查與排水，直至將井內水排凈。其原理是在高水柱壓力下，連續注單液水泥漿至下拋的石渣空隙及涌水通道中，將水擠走，自行結石，膠結骨料，并將井壁四周及出水部位充填密實，達到封水目的。
混合井、風井分別設置3路和兩路注漿管，其末端安裝和帶底錐的花管，長度分別為2m和1m.花管采用φ50mm鉆桿加工，孔眼為φ10mm，間隔30～50mm，成“五花狀”排列。注漿管分別利用溜灰管、壓風管、安全梯等空位下放。水泥漿采用水灰比0.75∶1～1∶1濃漿，加速凝劑。注漿終壓為2～3MPa.注漿泵采用日本產HFV-C型液壓泵兩臺，漿液制作采用兩臺1.2m3攪拌機。
混合井、風井拋渣厚度分別為6.5m和3.5m，注入水泥量分別為67.75t和21.5t.排水到底后，實測混合井工作面涌水量為0.34m3/h，風井為0.12m3/h，封堵水效果近100%.
6.2混合井、風井施工技術主要特點
6.2.1壁后注漿充填、加固、截水
施工時首先對兩井拋渣層斷壁后進行注漿。拋渣段垂深混合井為88.8～95.3m，風井為86.3～93.2m.采用YT-24型風錘，φ42mm釬頭，長1.2m，2.2m，3.2m釬桿。鉆孔采用同水平等距布置，與工作面夾角一般為45°，孔深一般為2.5～3.0m，上下水平間距為0.8～1m.每水平布孔數，混合井8～10個，風井5～10個不等，上下水平鉆孔成“三花狀”。漿液材料選用525號和425號普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數3.2，濃度38～42玻美度。以單液水泥漿為主，水泥-水玻璃雙液漿為輔，單液水泥漿水灰比為2∶1～0.8∶1.先注單液水泥漿，后注雙液漿封孔。注漿孔口管采用φ38mm無縫鋼管加工而成，打一孔，注一孔。
KBY-50/70型兩種。對嚴重破碎部位加強注漿，對進漿量小的采取注前壓稀水玻璃技術，提高了進漿量。兩井采用了以上方法，順利揭開了拋渣層。揭露原突出部位后觀察，漿液充填較密實，出水量較小。在井筒繼續掘筑過程中，對井幫出水點在筑壁時及時埋設導水管，養護后注漿封堵、充填，保證了掘筑工作的正常進行。
6.2.2井壁漏水的靜水拋渣注漿封堵
風井掘筑至垂深102m處，井筒涌水量上升至43.5m3/h，涌水主要集中在垂深97～99m段井壁接茬縫、麻面、蜂窩及預埋導水管處，呈噴射狀出水。施工期間，經常出現停電、停泵淹井現象，因此，對該段井壁漏水采取了拋渣注漿封堵井壁漏水的施工方法。
施工時，井內下1趟φ50mm注漿管，拋碎石83.7m3，注入單液水泥漿54.4m3.養護排水到底后，挖除拋渣層至原掘筑深度102m時，實測井內涌水量為0.75m3/h，封水效果達98.3%，觀察發現原井壁出水點被漿液充填密實，使短段掘筑工作又能繼續進行。
6.2.3取消壁座，采用單層井壁和井圈臨時支護
混合井與風井原設計在99m處設壁座，正位于風化裂隙、斷層破碎帶中，徑向需擴2m，若按原設計施工，很可能破壞注漿帷幕，再次造成片幫透水，因此，為盡快通過風化斷層破碎帶，施工中取消壁座，改為雙層鋼筋單層混凝土井壁。混合井垂深92～107m、風井92～109.8m均為雙層鋼筋單層混凝土井壁，壁厚分別為0.7m和0.6m，混凝土強度等級C40.雙層鋼筋等都與上一段鋼筋焊接，兼作井壁懸吊作用。采用18號槽鋼井圈、水泥或木背板作筑壁前的臨時支護。由于兩井筒基巖風化破碎嚴重，施工中片幫最深度曾達4m，寬2m；給施工造成極困難。為此采用先開挖中間、再刷其它方位井幫，邊刷邊架圈邊塞背板，及時支護易片幫部位方法，減少了井壁圍巖片幫出水機會，為筑壁爭取了時間。
6.2.4短段掘筑，快速施工
根據掘進后井幫圍巖來壓小和周期變化規律，確定掘筑1m段高時間不超過1.5d.施工中采用風鎬掘進，段高一般為0.8～1.0m，掘進后立即筑壁。為減少混凝土養護時間，摻加了速凝劑。刷幫時，為防止上段高的井壁下沉，采取先在井壁下掏3～4個槽塞入料石等物支撐，再面積刷幫的方法，效果較好。混合井、風井分別掘至107m和109.8m，圍巖條件轉好，恢復正常放炮掘筑施工。
7、結語
由于未施工井筒檢查孔，井筒地質及水文地質條件不清；井筒選擇在斷層破碎帶中；凍結深度不夠（僅為100m），均終止在富水性較強的強風化裂隙破碎帶中，這些違反和關規程規范的做法，是導致淹井的根本原因。對此要接受教訓。
在風化、軟弱、破碎、涌水地層中，注漿難度較，礦井開工前，必須首先探明其地質、水文地質條件，采取相應的措施，提高注漿堵水效果；對軟弱破碎的注漿段地層，掘筑中可采用分片開挖、臨時支護、短段掘筑、快速通過的施工方法，實踐證明效果較好。
