地面注浆堵水在鸣山矿井筒的应用.pdf

江 西 煤 炭 科 技 2004年第3期 JIANGXI COAL SCIENCE 注浆;堵水 中图分类号TD743 文献标识码B 文章编号1006 - 2572200403 - 0011 - 02 鸣山矿主、 副立井井筒涌水已有20多年的历史,涌 水量在6～10m3/ h左右,早在90年代初,曾采用破壁直 接堵漏方法进行注浆堵水,取得一些效果。随后不久, 井筒涌水又有所恢复,且逐渐增大。据观测,主、 副井筒 涌水量已达15m3/ h和10m3/ h左右,井筒淋水严重影响 了井筒生产环境和安全,不但工人上下班一身湿,对整 个井筒的排水管、 电缆影响很大,而且增加了排水费用。 所以,彻底治理井筒淋水对改善生产环境和安全生产状 况十分必要。 1 工程概况 1.1 井筒概况 鸣山矿主、 副井筒始建于1958年,井深130m ,井壁 采用双层砼制块砌碹,壁厚1m。主井净径4.5m ,副井净 径5m ,主、 副井中心距30m。主、 副井均为罐笼提升,副 井筒内辅设了排水管路及供电电缆。 2.2 水文地质条件及涌水特征 从井筒综合柱状剖面可以看出,上部第四系为红黄 色粘土,含冲积砾石。主井该层层厚为4. 7m ,副井该层 层厚为7.5m ,第四系下为二叠系的长兴灰岩,井筒剖面 长兴灰岩层厚主井18.4m ,副井22.8m。该层为黄色细 晶质灰岩,溶洞发育,为含水层。在主、 副井井筒对应位 置有涌水点分布。在长兴灰岩的下部为细砂岩和砂质 页岩,在主井井深37m和副井井深36m的细砂岩层部 位,均有漏水。井筒淋水主要集中在细砂岩以上。因 此,长兴灰岩为井筒淋水的主要水源,加上砂岩层渗水, 汇集成井筒大量淋水。 2 注浆方案的确定 井筒注浆方案有两种一种是井筒内打钻注浆,另 一种是地面打钻注浆。井筒打钻注浆影响生产,以前也 采用过此种方案,结果不理想,所以,选择了地面打钻注 浆方案。该方案是在立主、 副井筒周围一定范围的圆周 内,布置一定的钻孔,通过钻孔由上而下向地层中注入 浆液,在井筒周围形成一定宽度的隔水帷幕,从而达到 封堵井壁漏水的目的。 3 注浆堵水方案实施 3.1 注浆参数确定 注浆孔数按下列公式确定 N 2πR D r L ≈ 8 个 式中N 注浆孔个数个 ; R 井筒井径 m ; D 注浆孔至井筒外壁距离; r 井壁厚度,为1m ; L 注浆孔孔心距,取1. 8dm ,d按静压浆液扩 散半径2.5m考虑。 根据以上计算确定8个注浆孔。 3.2 注浆钻孔的布置 注浆孔的布置应保证浆液能在井筒周围形成均匀 的隔水帐幕。所以注浆钻孔的布置原则上应以井筒中 心为圆心等距离均匀排列布孔见图 1 。 图1 主、 副井筒注浆钻孔布置示意图 11 Ξ收稿日期2004 - 03 - 15 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3.3 注浆材料及浆液配比 采用水泥加复合速凝剂的单液浆为主,根据地质条 件,钻孔可能遇到岩溶,在保证质量前提下,为防止浆液 大量流失,适时采用水泥 水玻璃双液浆。 选用425 普通硅酸盐水泥,水玻璃选用模数2. 8 ～3.1 ,波美度为35～45Be。 3.4 浆液预计注入总量 根据注浆孔的布置形式,注浆结束将在受注层内形 成多个圆截面相交柱状体,主、 副井柱状体积分别为按 灰岩层数3925m3和5512m3。 浆液注入量依据下式预计 Q VNB/M 式中Q为浆液量 m 3 ; V为浆液固结体体积; N为灰岩溶度,取2 ; B为浆液充填系数,取0.8 ; M为结石率,取95 。 则Q主 39252 0.8/ 95 661m3 ; Q副 55122 0.8/ 95 928m3。 当水灰比P为1 1时,水泥重量为 Wc dcVg/ 1 dc p 式中dc 水泥比重,取3 ; Vg 水泥浆体积,主井取661m3,副井取928m3; p 水灰比,取1。 则Wc主 3661/ 1 31 496t Wc副 3928/ 1 31 696t 水玻璃用量,按水泥2 计算,主井为10t ,副井为 13.9t。 3.5 注浆压力 注浆压力作为浆液的扩散能量,其压力大小一般是 注浆受注点的静水压力决定的,注浆终压取最大静水压 力的3倍,则 P0 3HP/ 10 345/ 10 13.5 式中 P0 注浆终压,即受注点结束时的注浆压力 10kg/ cm2 ; H 受注点补给水源静水位高度 ≥45m; P 水的密度取1kg/ m3。 3.6 浆液扩散半径 浆液在灰岩溶洞中呈堆积方式,难以判断和控制其 浆液扩散半径,浆液注入量及扩散距离取决于岩溶率和 溶洞的大小,在裂隙中还与注浆压力、 浆液浓度和凝胶 速度有很大关系。根据本工程需要和钻孔设计,浆流扩 散半径拟取经验值2.5m ,则最终在井筒周围形成宽2. 5 ～5m的注浆帷幕。 3.7 注浆段高的划分 一般注浆段高的划分原则是一次有效注浆所能达 到的高度,本次注浆总长不大,首先可根据水文地质特 征从总体上区分为三大段高,即第四系冲积层段,长兴 灰岩段和砂质页岩段。 第一段首先在孔口一定深度埋设孔口管,结合冲 积层漏浆量的具体情况,划分次注浆段,其目的有二个 一是充填冲积层的漏水通道,二是达到注浆固孔目的, 以便更有效地进入长兴灰岩段。 第二注浆段的注浆次数及次注浆段的划分,主要是 根据钻探过程中孔内漏水情况,一旦漏水严重即进行注 浆。 第三段是预备注浆段,若钻孔揭露表明,该面不是 井筒淋水源赋存段,上一注浆段的钻孔只应进入该地层 0. 5～1m即可。若实际揭露表明,该段亦为井筒水源 段,则需根据实际情况确定注浆段高。 3.8 钻孔施工工艺 根据注浆钻孔设计,搭好工作台固定安装钻机后, 每个注浆钻孔首先用直径127mm开孔,穿过第四系长 兴灰岩上部,即孔深5m停止钻进。下直径108mm套 管,下入套管长度为5. 2m ,然后接好阀门进行注浆,使 套管与孔壁的环状间隙封堵抱死,作为孔口锁口,候凝 48小时后,改用直径75mm钻头钻进。若孔内漏水严 重,应停止钻进,提出钻杆开始注浆。第一次注浆后候 凝12小时,按此重复进行至设计孔深。根据井筒综合 柱状及井筒漏水调查,长兴灰岩为主井筒漏水的唯一水 源层,则主井钻孔设计孔深为25m ,钻孔进尺总数量为 200m ,副井钻孔设计孔深35m ,钻孔总进尺为280m ,钻孔 偏斜率要求不超过10‰。 3.9 注浆施工工艺 注浆工艺流程是指浆液制备开始到浆液注入含水 层,封堵漏水通道的全过程,分造浆系统,泵压系统和输 出浆系统。 下好套管固定后进行钻进,一旦发现孔内漏水,立 即停止钻进,提出钻具,开始进行注浆。注浆施工工艺 采用高压注浆法,每个钻孔均采用钻 注 钻 注重复 注浆,以单液浆为主,如发现进浆量较大或无压力,以及 井壁出现漏浆现象,改为双液注浆或间歇注浆。 注浆工艺如下 第一次注浆钻进至孔深5m ,下好套管开始注浆, 固定套管。 第二次注浆钻进至长兴灰岩,如发现孔内漏水等 情况进行注浆。 第三次注浆钻至设计孔深25m和35m进行注浆。 钻孔钻进中,发现孔内漏水,都要停钻进行注浆,根 据施工情况,有些钻孔可能需要扫孔后再注浆。 4 注浆效果 按以上方案,从2001年11月～2002年4月注浆堵 水后,主、 副井井筒涌水量均降至3m3/ h以下,效果良 好。编辑 郭正义 叶忠群 21 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.