富含孔隙水地层壁后注浆技术

[摘 要]针对小纪汗煤矿井筒穿越地下富含孔隙裂隙水地层施工困难问题，提出采用脲醛树脂化学浆液和水泥-水玻璃双浆液分别对孔隙和裂隙水进行封堵技术，结果表明脲醛树脂化学浆液具有良好的渗透性和扩散性，其凝结速度快，对孔隙水封堵效果明显；水泥-水玻璃双浆液易渗透扩散进入裂隙内，对裂隙水封堵效果良好。该技术为解决陕北地区井筒穿越地下富含孔隙裂隙水地层施工困难问题提供借鉴。

[关键词]煤矿；小纪汗；孔隙水；注浆

中图分类号：TD265.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0193-01

1 工程概况

小纪汗井田位于国家规划的“陕北侏罗纪煤田榆横矿区”（北区）的东北部，地处榆林市城西12km，行政区划隶属于榆林市榆阳区小纪汗乡、芹河乡和岔河乡管辖。小纪汗煤矿设计生产能力为10Mt/a，其中中央进风立井设计净直径6.5m，壁厚500mm，井筒深度357.2m，基岩段支护形式为素砼砌喧，支护强度为C40，采用普通法施工。根据井田地质报告显示该井田地下水划分为两种类型：即第四系松散岩类孔隙及孔隙裂隙水、碎屑岩类裂隙水；五个含水岩层（组）：上更新统冲湖积层孔隙潜水、第四系中更新统黄土孔隙裂隙潜水、白垩系洛河砂岩孔隙裂隙潜水、侏罗系碎屑岩类风化壳裂隙水、碎屑岩类裂隙承压水。

井筒施工至垂深-12m（井口标高+1217.2m）时，进入白垩系洛河砂岩段，该段井壁淋水量较大，淋水量实测为38m？/h。根据中央进风井实际水文地质条件和涌水特点，将注浆段控制在井筒垂深-12m～-49m段内，根据地质资料及前期工作面探水数据显示，现在洛河组砂岩含水层最大出水段已经通过，出水点主要在混凝土碹接茬处，水源为壁后砂岩含水层孔隙水。为改善工作面施工条件，确保下部井筒施工质量，决定将对此段井筒进行壁后注浆。之前我矿曾采用水泥-水玻璃对壁后继续注浆，但由于该双液浆在该岩层中渗透性差，注浆期间压力上升快，注入量小，时常发生跑浆现象，堵水效果并不明显。为此必须寻求新的注浆材料。

2 注浆材料选择及其性能

2.1 孔隙水封堵材料

根据前期注浆经验，双液浆在裂隙含水层中的注浆效果明显，是裂隙含水层注浆的首选。但在孔隙水中采用双液注浆效果不明显。要想封堵孔隙水，必须采用高渗透性的注浆材料。我们通过市场调查和材料性能分析，发现脲醛树脂化学浆液具有渗透性高，结石强度高，凝结速度快等特点，适合孔隙含水层注浆堵水。

表1 脲醛树脂主要性能

表2 浆液凝胶时间表

脲醛树脂化学浆液有甲乙两组组成，甲组为液态脲醛树脂，乙组为固态粉料固化剂，甲乙组分按适当比例配合后在需要的时间内凝固成结石，发挥堵水堵漏作用。脲醛树脂化学堵水浆液材料主要性能指标见表1，浆液凝结时间见表2。

2.2 裂隙水封堵材料及其性能

对于裂隙水仍采用水泥-水玻璃双液注浆风对。水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃选用50-56Be，模数为3.2-3.4稀释至30-40Be。

3 注浆参数设计

由于壁后长期流水，井壁与岩石接触面已冲刷出较为明显的缝隙，同时岩石孔隙中不断向外流水，通过井壁接茬处不断流入工作面。针对上述情况，我们采用水泥-水玻璃双液浆、脲醛树脂化学浆壁后浅孔-中深孔综合注水方案。优先采用水泥-水玻璃双液浆对主要出水点及壁后空隙进行封堵填充，而后通过化学浆中深孔注浆，封堵孔隙流水。

由于该井壁出水源为洛河组砂岩孔隙水，出水点基本为混凝土碹水平接茬处出水，采用双液注浆时，采用密集布孔法，沿着接茬“三花式”一次开孔注浆封水。即首先在出水点上方0.3m～0.5m打孔，钻孔水平间距为2m～3m左右。如在出水点上方的钻孔打不出水，就在其下方打孔。总之，必须找到出水点的导水通道，以便注浆封堵。双液注浆结束后，便采用化学浆液在仍有较明显出水点周围直接进行钻孔堵水。

注浆将采用YT-27型风钻打孔，2TGZ-60/210型双液注浆泵注浆。采用直径Ф42mm一字型钻头，与1.2寸（直径Ф32.4mm）孔口管配套。钻孔与该点井壁切线垂直。双液注浆时，设计钻孔深度打透井壁即可。化学注浆时，钻孔深度控制在1.5-2m之间。为保证井壁安全，根据相关理论公式计算和施工经验，设计注浆终压为4MPa。

1）浆液配比

水泥-水玻璃浆液配比：水泥浆液浓度先稀后浓，浆液水灰比为2：1---1.5：1---1.25：1---1：1---0.8：1---0.6：1。

采用甲、乙双液化学浆注浆，其中甲液直接使用，乙液在井下配制。双液配比根据浆液可灌入量、注浆压力等情况调整。

2）总注浆量及材料消耗量

（1）采用双液注浆时，由于本段注浆层为洛河组砂岩，水源为砂岩孔隙水，浆液扩散半径和浆液注入量很小，仅能充填壁后裂隙和固结井壁。

双液浆扩散半径按0.5m计算，浆液注入量根据公式：

V=AhπR2n （1）

其中：V为本段浆液计算注入量，m3；A为浆液消耗系数，取1.3；H为注浆段总厚度，33m；R是浆液有效扩散半径，0.5m；n为岩层平均裂隙率，取0.14。则V为75.5m3

（2）化学浆液扩散范围按2m计算，保证在井壁形成2m的浆液封闭圈。浆液注入量根据公式：

V=AhπR2nB/M （2）

其中：V为本段浆液计算注入量，m3；A为浆液消耗系数，取1.2；H为注浆段总厚度，33m；R为浆液有效扩散半径，2m；n为岩层平均裂隙率，取0.1；B为浆液充填系数，0.7～0.85；M为浆液结石率，为0.8～0.9。则本段含水层注浆量V约为166m3。尿醛树脂用量：166×2÷3×1.19≈132吨；草酸用量：132÷2×1÷21≈3.2吨。

4 注浆效果

2011年1月21日，进风立井开始进行水泥-水玻璃双液注浆，截止到26日，共用去水泥23吨，水玻璃15吨。浆液主要填充了壁后的空隙和加固井壁，涌水量并未减少。随后，从26日下午，进风立井改换脲醛树脂化学注浆对孔隙水进行封堵，截止2月15日，共用脲醛树脂52吨。涌水量由原来的37.7m3/h降至目前的3.9m3/h。注浆效果非常明显。

5 结论

由于陕北地区表土段为流沙层，基岩段涌水量较大，周边矿井均采用冻结法施工。冻结法虽可有效封堵涌水，但同时存在着施工造价高昂的不足。针对陕北地区孔隙裂隙含水层地层特点，我们提出裂隙水采用水泥-水玻璃双浆液注浆材料进行封堵；孔隙水采用脲醛树脂化学浆液进行封堵，二者的结合可以有效的封堵井筒涌水，达到良好的注浆效果，这使得普通掘进法在该地区施工同样可行，可为建设单位节省大量资金，可为今后陕北地区立井施工提供借鉴。

参考文献

[1] 岩土注浆理论与工程实例[M].北京：科学出版社.2001.4

[2] 郭建平.注浆技术简介及其发展[J]. 山西交通科技.2003.10

[3] 王杰，杜嘉鸿.岩土注浆技术的理论探讨[J].长江科学院院报.2000.12

[4] 霍凯成.注浆机理及应用[J].武汉理工大学学报.2002.2

[5] 彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].武汉：中国地质大学出版社.1997.8

作者简介

谢良仓，男，1979年出生，2003年毕业于山东科技大学，本科学历，工程师，在中煤三十一处从事技术管理工作。