主立井井壁注浆堵水技术应用及效果

张 宏

（山西三元煤业股份有限公司，山西 长治 046000）

1 概况

三元煤业主井井筒已服务20年，井筒提升方式采用双钩箕斗，承担矿井的煤炭提升任务。井筒存在着井壁漏水现象，漏水量较大，根据观测漏水量约10m3/h。同时主井存在提升机滚筒开裂、过放距离较短、罐道变形等问题，因此对主井井筒进行了提升系统改造，并在井筒改造前后对井壁出水区域进行注浆堵水。

根据对井筒现场观测，主井井筒淋水段长度为273m，出水点共计18处，涌水主要来源于第四系松散层和二叠系石盒子组含水层。主要出水点见表1。

2 井筒地质及工程情况

2.1 井筒穿过地质

根据主井竣工素描图，主井206.8m以上为第四系更新统，其下依次为20.2m含砾中粗砂；23.6m为二叠系下统下石盒子组，岩性为中细砂岩及泥岩、砂质泥岩、砂岩层等。

井筒227m以浅为第四系含水层，主要为粘土和砂层，经统计共有13层砂层。见表2。

表1 主井出水点统计表

2.2 井筒施工情况

主井井筒1991年12月25日开工，1993年4月25日竣工，施工时曾在23m处发生过整体下沉现象。

井筒净直径5.0m，井筒总深度为373.5m。井筒采用冻结法施工，冻结深度260.5m，冻结段为双层井壁，井壁厚度为350mm（外壁）、400mm（内壁），基岩段厚度400mm，表土及风化基岩段井壁采用双层钢筋混凝土支护，基岩段井壁采用混凝土支护。

表2 井筒227m以浅砂层分布表

3 注浆施工方法与工艺

3.1 准备工作

根据注浆施工要求，需要在井筒内新铺设风、水管（风管使用直径32mm、25mm的高压胶管，水管使用直径10mm的高压胶管）使用10#铅丝固定在梯子间上，悬挂工作需要乘坐箕斗，施工人员站在箕斗内，系好保险带后进行管线吊挂铺设。

注浆使用的风、水从地面进行连接，根据注浆位置进行延伸。

由于在井筒内作业，箕斗的升降信号由专人使用对讲机负责联系。每天八点班为主井箕斗检修时间，待检修完毕后进行注浆施工，每天注浆时间约6h。

施工期间，严格执行一个班打眼、一个班注浆。

3.2 施工方法

施工人员乘坐箕斗进行打眼注浆工作，首先对出水量大的孔进行封堵，其次自上而下对渗水区域进行注浆封堵。

根据现场实际踏勘及主井箕斗关系图进行比对，箕斗距离东西侧井壁为1.25m，距离南北侧1.3m，满足施工条件。实际情况以现场为准，若局部距离井壁较远时为保证施工安全需增加施工平台，平台使用80mm×150mm木板进行铺设，用工字钢进行固定。箕斗上平台只作为打眼及安、拆注浆管。注浆泵及水泥、水玻璃放置在箕斗内。在施工井筒东西侧时，打眼及注浆全部在箕斗内进行作业，在施工井筒南北侧时，注浆在箕斗内施工，打眼需在箕斗顶板进行作业，在施工时人员统一站立在“罐帽”下，必须佩戴安全带且固定牢固。

3.3 施工工艺

（1）设备和材料

选用YT-28型风钻打眼，钻头直径为42mm，1台风动注浆泵。注浆材料选用水泥-水玻璃浆液。

（2）注浆压力

注浆压力一般为静水压力的1.5～2倍，但是注浆压力的选择还应考虑井壁的承受能力。如果注浆压力大于井壁的承受能力，已有井壁则会被破坏。

根据《煤矿立井井筒及硐室设计规范》（GB50384-2016）中冻结法凿井井筒的井壁厚度计算公式进行反算，得到计算处作用在井壁上的载荷值。计算公式如下：

式中：

Pk-作用在井壁上的均匀载荷标准值；

υK-结构的安全系数，取1.05；

P-计算处作用在井壁上的载荷值；

t-井壁厚度，表土段内壁、基岩段均取400mm；

rn-计算处井壁内半径，表土段内层井壁、基岩段均取2.5m；

fs-井壁材料强度设计值。

经计算，等级强度不同的混凝土对应的均匀载荷标准值见表3。

表3 均匀载荷标准值计算表

（3）注浆形式

注浆孔深选择为冻结段注浆孔深度为400mm，基岩段打眼深度200～300mm，钻杆长度选择为500mm。注浆由浅至深进行，先对出水量大的地点进行注浆封堵。

（4）注浆管埋设及固定

注浆管采用4分钢管，长度600mm，在施工前用麻布在注浆管前段缠好封闭，将插管打入注浆孔300mm即可，在孔与管四周打上2～4个道钉以固定插管，插管外露300mm。

在注浆插管安装完成后，并将4分高压阀门安装在已经缠好的注浆插管上，阀门必须完好，阀门必须拧紧牢固后，方可使用大锤打击插管的焊接钢筋将插管打入注浆孔内，见图1、图2。

图1 插管示意图

图2 插管安设示意图

（5）注浆

注浆前，人员将注浆材料水泥、玻璃水壶放入箕斗内，注浆泵由人员抬入箕斗。作业时，箕斗内人员主要作业为搅拌浆液，以及开动注浆泵，箕斗顶层人员主要作业为打眼、埋设插管、注浆观察井壁。注浆完毕时，注浆泵及剩余注浆材料抬出箕斗。

水泥浆液水灰比为1:1～1.5:1之间，双液浆中水泥浆液与水玻璃体积比为1:0.6～1:1。使用容器桶由人工进行搅拌制浆，浆液水灰比为1:1。

待插管埋好后，即可在插管外露端拧上4分高压阀门，阀门连接注浆泵。开始注浆前，先注入清水，冲刷空隙，然后注入双液浆即可。

在施工注浆时，由注浆人员随时了解浆液的稠稀和注浆压力的大小，逐步控制浆液由稀到稠，压力由小到大。

（6）跑浆处理

在注浆过程中发现跑浆时，采用：① 间歇注浆，停注，换孔注；② 注双液浆，双液比按1:0.2～1:0.5调节；③ 直接封堵，可用棉纱、竹皮或木楔直接封堵。

（7）注浆结束标准

注浆达到终压的情况下，注浆孔注不进去，井壁裂隙已被封堵，漏水点不再涌水，可结束本孔注浆。

4 注浆注意事项

（1）注浆中必须有专人负责观察井壁和机械运转情况，发现问题，及时报矿调度，相关科室研究后，进行处理后再注。

（2）每个注浆孔注浆，结束必须冲洗注浆管路，以防堵塞。

（3）剩余浆液及时回收，不得倒入井底。

（4）设备和工具放置安全可靠，水管、阀门必须拧紧、上牢。

（5）注浆中插管正前方严禁站人，双液浆尚未凝固或有渗水应进行二次封孔。

（6）注浆前应对注浆管路进行耐压试验。

（7）每孔注浆时先进行压水试验，根据吸水量大小调整浆液水灰比。

（8）准备工作就绪，管线铺设完毕，设备准备齐备并保证性能良好，相关熟练注浆、信号人员配备到位后，才能开工。

（9）在注浆前，要在冻结段双层井壁和基岩段单层井壁分界位置做好标记，并结合原始井筒岩性资料，指导本次注浆工作。

5 注浆效果

本次注浆分为三个阶段：

第一阶段为主井装备改造前。为不影响改造、安装施工质量，提前进行注浆堵水，每天利用检修时间进行注浆，注浆后井壁出水点减少，且出水量同时也变小，不影响改造工作。此次注浆由18处出水点减少为5处出水点，出水量为3m³/h，主要出水点仅有壁座锚杆处。

第二阶段为主井装备改造后。每天利用检修时间进行注浆，对上次未注浆的5处出水区域和更换罐笼后新增的3处出水点（分别在50m、180m、230m）进行继续注浆封堵。经注浆后，井筒主要出水点已全部堵水完毕，仅有个别点有渗水现象。

第三阶段为加固注浆。利用回采工作面搬家期间每天8点班注浆，本次对注浆后出现的个别新增出水点进行加固注浆。通过注浆后井筒已无大的出水点，仅井筒壁座和接缝处有渗水现象。

经过三次全面的注浆堵水工作后，井筒涌水量降为0.5m³/h，注浆效果良好。经现场观察井壁已无大的出水现象，仅有个别渗水现象，达到了预期的注浆堵水效果，为今后生产过程提供更加安全有力的环境。