壁後注漿技術在深井井筒施工防治水中的應用

壁後注漿技術在深井井筒施工防治水中的應用
開拓處 張海力 王和平 仝雲高

內容提要針對壁後注漿防治水技術在十二礦北風井井筒施工中的應用，介紹了實施壁後注漿的施工方案、方法及施工工藝，並對該技術在應用中的有關問題進行了探討。
關鍵詞壁後注漿 井筒防治水 應用
十二礦北進風井井筒位於礦井工業廣場以北2.5km處，井筒 設計直徑5.5m，深度890m，井口標高+271.5m，基岩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岩含水層，湧水量不斷增加，井筒施工至540m時，井筒湧水量已經達到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後注漿。
1 水文地質特征
注漿段位於井深290~550m之間，注漿段長度260m，井筒揭露岩性主要為砂質泥岩、泥岩、砂岩，其中揭露砂岩含水層共6層，累計厚度96m。岩性以灰白色中粒砂岩為主，中厚層狀，岩層裂隙發育。地層傾向N40E，岩層傾角
12~18°。砂岩含水層厚度2~11m不等，出水形式主要為砂岩裂隙水，屬砂岩裂隙承壓含水層，單層湧水量8~20m3/h。
2 施工方案
（1）根據井筒揭露的砂岩含水層和隔水層厚度情況，采用下行式分段注漿，對隔水層厚度大於10m的含水層劃分為獨立的注漿段，對隔水層厚度小於10m的含水層合並為一個注漿段。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。注漿範圍控製在含水層及其上下2m範圍。
（2）注漿順序采用下行式注漿，從井深290m開始至550m工作麵範圍內，每段注漿時先把含水層的頂、底封好，防止水上下亂串，然後突出重點注中間，將每段湧水都消滅在本段內。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，再由上往下複注一次。
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
由於井壁接茬多，岩石裂隙發育，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岩，最後用深孔高壓注漿封水。注漿孔布置：一般岩層間排距3~4m，出水點較多的部位及厚含水層布孔間排距為2~3m。注漿孔深度控製在1~2m之間，一般岩層深孔數控製在總孔數的三分之一，厚含水層深孔數控製在總孔數的二分之一。
3.3 注漿材料
采用P.042.5級普通矽酸鹽水泥，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於注漿孔靜水壓大小，但考慮到岩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製在2m以內。
3.7 注漿量
該井筒含水層岩性以中粒砂岩為主，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—漿液損失係數，取1.3~1.5。
由於注漿段位於井筒中部，岩石受風化影響較小，砂岩含水層漿液損失係數取1.5，頂底隔水層取1.3，砂岩含水層漿液控製半徑取7.25m，頂底隔水層取6.25m，六段砂岩含水層厚度共計96m，頂底隔水層注漿總厚度取3×2×6=36m。
（1）砂岩含水層注漿量
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，砂岩含水層可使用BR—C型防水劑，加入量為水泥重量15%~20%。
4 結束語
實施壁後注漿後，該井筒內的湧水量降至3m3/h以下。實踐證明，井筒壁後注漿是一種有效的防治水方法，采用壁後注漿可以有效的將地下含水層的湧水封堵於壁後，同時還起到加固井壁的作用。但是要正確進行壁後注漿，還要注意一些問題：
（1）壁後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）壁後注漿的壓力宜比靜水壓大0.5~1.5MPa，在岩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，如果對岩層裂隙進行注漿時，注漿孔必須穿過井筒，孔深應等於或大於1~1.5倍的井壁厚度，當注漿段壁後為含水砂層時，為避免透水湧砂，則注漿孔不準穿透井壁，隻進行壁內注漿以達到封水目的。