立井井筒砂岩含水層工作面預注漿設計與施工
洪黎明許偉（河南神火煤電股份****河南永城 476600）
摘要：薛湖礦主、副井井筒k6、k5砂岩含水層採用工作面預注漿法進行施工，通過提高混凝土止漿墊強度等級，合理選擇鑽注順序和漿液濃度，提高注漿壓力，調整注漿段高劃分等措施，節約了注漿工期，確保了注漿效果。
關鍵詞：工作面預注漿設計施工
一、 井筒特徵
薛湖礦井位於永城市北23km，設計生產能力1.2mt/a，採用立井單水平上下山開拓，設主、副、風三個井筒，其中主、副井筒位於工業廣場內，表土段和風化基岩段採用凍結法施工。井筒主要技術特徵見表1。
表 1：
主、副井井筒主要技術特徵表
二、井筒水文地質條件
1、主要含水層的劃分
根據井檢孔及區域水文地質資料，自上而下分為四個含水層組。分述如下：
1）第三、第四系孔隙水含水層組
由粉、細、中、粗砂層組成，各含水層之間均有較穩定的粘性土相隔，多為含水結構。含水層具有上部顆粒細下部逐漸變粗的特徵；為潛水、孔隙承壓含水層。富水性較強。
2）基岩風化帶裂隙承壓含水層
主井基岩風化帶厚29.57m，副井厚26.99m，由灰黃、黃褐色泥岩、砂質泥岩及薄層粉砂岩、細、中粒砂岩組成，為二疊系下石盒子組岩層。富水性弱。
3）k6砂岩裂隙承壓含水層
由灰、灰白、青灰色中、粗粒砂岩間夾泥岩及砂質泥岩組成。主井埋深513.0～537.
25m，厚24.25m；副井埋深525.61～590.
23m，厚64.62m。裂隙發育，主井流量測井成果顯示：
在524.5～535.0m處，表現為吸水狀態，吸水量為0.
1875l/s，其滲透係數為0.08m/d，水位標高20.41m。
4）k5砂岩裂隙承壓含水層
為淺灰白色中粒砂岩，主井埋深622.52～652.65m，厚30.13m；副井埋深619.88～665.54m，厚45.66m，富水性弱於k6 砂岩含水層。
2、井筒防治水方案
井筒表土段和風化基岩段採用凍結法施工，可以有效封堵第
三、第四系孔隙水含水層和基岩風化帶裂隙承壓含水層。由於k6砂岩和k5砂岩含水層埋藏深，厚度小，設計採用工作面預注漿施工。井檢孔報告計算井筒湧水量見表2。
表2：含水層預算引數、位置及預計井筒湧水量表
三、注漿設計
1、注漿段高劃分
設計將主井k6、k5砂岩含水層及斷層破碎帶共劃分為3個注漿段。即：第一注漿段（503～553m），段高50m、第二注漿段（543～608m），段高65m、第三注漿段（612～662m），段高50m。
副井劃分為2個注漿段。即：第一注漿段（515～600m），段高85m、第二注漿段（610～682m），段高72m。
2、注漿引數設計
1）注漿孔數
根據含水層的水文地質條件、井筒特徵,按照下式計算含水層的注漿孔數：
n=π(d-2a)/l
式中：d—井筒淨徑
a—注漿孔與井壁距離
l—注漿孔間距
主、副井各注漿段均取8個注漿孔。
2）鑽孔傾角
採用徑向斜孔，鑽孔傾角按照下式計算：
α=tg-1（s + a）/h
式中：α—鑽孔在徑向上與豎直軸線的夾角
s—終孔位置在徑向上超出淨徑的距離，取3.0m
a—注漿孔與井壁距離，為0.5m
h—注漿段高
計算得：主井α1=α3=4°,α2=3.1°；副井α1=2.36°,α2=2.78°
表3：注漿參數列
3）止漿墊設計
設計採用單級平底型混凝土止漿墊，止漿墊厚度計算如下：
bn=p0r/[δ]+0.3r
計算得：主井bn1=bn2=2.5m，bn3=3m。副井bn1 =2.96m，bn3=3.20m。
4）孔口管
孔口管規格採用φ108×5mm、長度5.4m的無縫鋼管，上部焊接法蘭連線注漿閥，並安設φ100mm高壓球閥，以防鑽進時含水層突水造成事故。孔口管高出混凝土止漿墊0.5m。
5）注漿材料
注漿選用以單液水泥漿為主，採用p0.32.5r普通矽酸鹽水泥，另摻入水泥重量0.
5%的食鹽和0.05%的三乙醇胺作為外加劑，外加劑起速凝早強作用。根據鑽注情況確定後期是否採用化學漿液。
6）設計工期
主井三次鑽注總工期預計92天。副井兩個注漿段共72天。
四、注漿設施
注漿站布置在井口附近，安裝2臺hfv-c型液壓注漿幫浦，並設定清水池、水泥漿攪拌系統。利用井壁施工用js1500型攪拌機作為一級攪拌池，在地面緊鄰一級攪拌系統旁砌築4m3的二級攪拌池，採用普通φ108彈簧管將一級攪拌池內漿液放入二級攪拌池。上料利用原有散裝水泥罐直接上料。
注漿利用供水管（φ50×5.0mm無縫鋼管）作輸漿管路。輸漿管路與注漿幫浦和孔口管之間用2〞高壓膠管連線。
注漿鑽孔採用2臺mz120-ⅱ型潛孔鑽機（其中一台備用），φ60mm鑽桿， dhd3.5衝擊器，φ90mm鑽頭，用清水作迴圈液。
五、注漿施工
1、注漿段高調整
實際施工中，根據揭露岩層含水情況，通過對礦井水文地質資料深入分析，主井將注漿段由三個段高調整為二個段高，實際第一注漿段（垂深500.5～592.5m）有效注漿段高92m，第二注漿段（垂深594.
4～657.4m）有效注漿段高63m。注漿段地層發育情況見圖1。
副井注漿段高調整為：第一注漿段（垂深614.1～531.
5m）有效注漿段高82.6m，第二注漿段（垂深510.5～671.
0m）有效注漿段高60.5m。
2、注漿方式
主、副井注漿鑽孔均採用無芯鑽進，注前做壓水試驗，根據試驗情況決定注漿壓力和漿液配比。主要採用全段高一次注漿方式注漿，水量大的注漿孔採用分段鑽注方式注漿。
3、注漿孔施工順序
注漿孔8個，1#在正北方向，順時針編號，均勻布置，平面布置見圖2。單數孔為第一組，先行施工，目的是封堵大的裂隙，雙數孔為第二組，以封堵細小裂隙為主，並兼作質量檢查孔。
3、止漿墊
為提高混凝土抗壓能力和早期強度，加快工程進度，施工均採用強度等級為c60的高強度混凝土，並加水泥重量4%的j851早強減水劑。
4、漿液濃度
由於注漿前的壓水試驗中，鑽孔單位吸水率不大，選擇注漿漿液配比大部分採用濃度較小的稀漿，常用的漿液配比有：3：1～1.25：1，一般為2：1。
5、注漿壓力
注漿壓力為工作面表壓力，前期封堵大裂隙，注漿取低值，後期針對小裂隙注漿取高值。一般注漿終壓取地下水壓力的2～2.5倍。
從注漿過程中壓力變化情況看，壓力上公升一般較快, 主井k6砂岩含水層注漿單孔用時為90～300min，一般在200 min以內終壓即達到125～140kg/cm2。k5砂岩含水層注漿用時為180～840min，一般在450 min以內終壓即達到176.4～185kg/cm2，超過設計終注壓力。
6、鑽注工程量
主井第一注漿段共鑽注13孔次，打鑽進尺913m，全部採用單液水泥漿，共注入單液水泥漿334.8m3，水泥173.65t，食鹽870.
8kg，三乙醇胺80.1kg，鑽注平均臺月效率1826m/臺月，有效注漿段高92公尺，平均每公尺井筒注入量3.71m3/m，水泥1.
93t/m。第二注漿段共鑽注19孔次，打鑽總工程量1197m，共注入單液水泥漿1406m3（其中化學漿液16m3），水泥751.77t，食鹽3826.
2kg，三乙醇胺382.6kg，鑽注平均臺月效率1436.4m/臺月，有效注漿段高63m，平均每公尺井筒注入量22.
3 m3/m，水泥11.9t/m。
副井第一注漿段共鑽注17孔次，打鑽進尺1952m，共注入單液水泥漿1089m3，化學漿135m3，水泥619.65t，食鹽3135.9kg，三乙醇胺313.
6kg。鑽注平均臺月效率2342.4m/臺月，有效注漿段高82.
6m，平均每公尺井筒注入量14.82m3/m，水泥7.5t/m。
第二注漿段完成打鑽工程量484.0m，共注入單液水泥漿376m3，水泥207.0t，食鹽1053.
8kg，三乙醇胺105.4kg，鑽注平均臺月效率1116.9m/臺月，有效注漿段高60.
5m，平均每公尺井筒注入量6.21 m3/m，水泥3.42t/m。
7、工期
主井第一注漿段從2023年7月3日開始施工準備，8日開始打鑽注漿，到17日全部鑽注結束，歷時15天，第二注漿段從8月10日開始施工準備，14日開始打鑽注漿，到9月4日全部鑽注結束，歷時25天。主井注漿總用時40天，比計畫提前52天。
副井第一注漿段從2023年8月1日開始施工準備，4日打鑽注漿，到25日鑽注結束，歷時25天；第二注漿段從9月12日開始施工準備，16日開始打鑽注漿，到24日全部鑽注結束，歷時13天。總用時38天，比計畫提前34天。
8、注漿效果
實際主、副井k6砂岩含水層井筒湧水量達到76m3/h、85.8m3/h，k5砂岩含水層達到35m3/h，17.4m3/h。井筒施工過程中湧水量為零，注漿效果達到100%。
五、經驗教訓
1、主井原設計第一注漿段砂層佔整個注漿段總厚的59.5%，且各砂層相連或接近，成為乙個含水層組，劃作乙個注漿段是合理的；設計第二注漿段地層主要為厚層狀的泥岩與薄層砂岩互層組成，砂層僅佔整個注漿段總厚的19.5%，各砂岩含水層富水性弱，互不聯絡，若採用短段探注掘方式進行注漿效果會更好。
實際在第一注漿段施工時，在預定層位注漿目的已經達到的情況下，將注漿段高向下延伸，從而減少了乙個注漿段，節省了整個注漿工期。
2、副井原設計第二注漿段主要為厚層狀的泥岩與薄層砂岩互層組成，各砂岩含水層富水性弱，互不聯絡，若採用短段探注掘方式進行注漿效果會更好。
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