王云潮

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 立井水文地質(zhì)概況

1.1 礦井含水層

廟口煤礦立井經(jīng)過前期地質(zhì)勘探所揭示的含水層主要有3組：其中第四系和第三系的砂礫系以及礫石孔隙水共同構(gòu)成了第一組含水層；煤層頂部的砂巖則構(gòu)成了第二組含水層，厚度17.54～46.77 m，均厚28.18 m；太原組上部的灰?guī)r部分是第三組，厚度大約0.28～7.78 m，均厚3.33 m。

1.2 工作面探水情況

工作面鉆孔探水布置形式如圖1所示。當(dāng)各鉆孔單液注漿壓力值達(dá)到4 MPa后，各個鉆孔注入的漿液較少，此時對各鉆孔進行封孔，再對井筒進行施工。由于L7～L8灰?guī)r縫隙還在發(fā)育，在此處施工時需要往裂隙中注入泥巖進行填充。工作面鉆孔探水施工有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 工作面鉆孔探水施工參數(shù)

圖1 工作面鉆孔探水結(jié)構(gòu)布置圖

1.3 井底水窩突水淹井分析

L7～L8位置為灰?guī)r，在掘砌到1段高時需要數(shù)次放炮，每次裝藥量都比較大，對周圍巖石的震動作用也比較大。首個段高的施工結(jié)束后開始回模板，這時迎面的西南方向涌進大量水源，風(fēng)井的排水能力只有50 m3/h，涌水無法及時排出淹沒了井筒。一開始涌水中含有大量泥沙，為了分析涌水來源，取水樣進行了水質(zhì)化驗?；灲Y(jié)果顯示，Ca2+含量均超過了40 mg/L。當(dāng)Ca2+含量大于30～40 mg/L時，水源一般是奧灰水，從而可以推斷涌水的來源極有可能是奧灰水。

2 水窩涌水治理方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，參考以往井筒突水治理經(jīng)驗[1-6]，制定了以下幾種方案：

（1）使用商品混凝土止?jié){墊。通過澆筑止?jié){墊防治水具有強度大、施工快速的優(yōu)點，但在止?jié){墊澆筑過程中容易出現(xiàn)淤泥堵塞情況，會對止?jié){墊澆筑的強度產(chǎn)生不利影響。

（2）使用水泥灰止?jié){墊。借助溜灰管和壓風(fēng)管，將2寸膠管套進管子中，把混凝土澆筑到2趟管路中。此方案的好處是方法比較簡單，但效率不高。

（3）先排水后澆混凝土。止?jié){墊的澆筑質(zhì)量比較高，強度也會增加。但這個方案需要排水量較大的泵，這樣所需時間久，工期長，還要二次敷設(shè)電纜，成本也會增加。實際涌水和水源的情況了解不詳細(xì)，排水所需時間也不易把握。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況及上述三種防治水方案比較，確定采用澆筑水泥灰止?jié){墊方法對水窩涌水進行防治。

3 水窩預(yù)注漿防治水方案具體實施

3.1 止?jié){墊材料選擇及結(jié)構(gòu)確定

爐渣水泥灰產(chǎn)生的熱度比較低，對止?jié){墊的澆筑質(zhì)量非常有幫助，市面流通的最高標(biāo)號是325#，不足以支撐水泥灰澆筑所需要的強度。高標(biāo)號的硅酸鹽以及一般硅酸鹽水泥在凝結(jié)時產(chǎn)生的熱度比較高，既不利于止?jié){墊凝固，也會損害止?jié){墊質(zhì)量以及強度。根據(jù)以上情況，可以使用一般性質(zhì)的硅酸鹽水泥，規(guī)格是PO.42.5。

平底型止?jié){墊有效厚度計算公式如式（1）：

式中：B為止?jié){墊厚度；P0為注入漿液時產(chǎn)生的終壓最大值，5 MPa；σ為混凝土在7 d狀態(tài)下能夠承受的強度，2.5 MPa；h為球面矢度，0.3；r為井筒半徑，2.75 m。把以上參數(shù)代入公式（1）中得出B值為6.325 m，實際上取7 m。鑒于素灰止?jié){墊頂部部分受到井水浸泡，止?jié){墊末部與底部淤泥混合到一起部分按3 m深度考慮，故本次澆筑素灰止?jié){墊總體厚度實際值為12 m。

3.2 素灰止?jié){墊澆筑

為了防止下灰時沖擊到止?jié){墊，避免對素灰沉淀及止?jié){墊快速凝結(jié)造成影響，可對灌注止?jié){墊所用膠管進一步加工。在膠管出口將3 m長的膠管制成封閉的花管樣式，澆筑止?jié){墊時采用側(cè)面出灰方式。攪拌容器均為容量為1 t的翻斗礦車，素灰通過鋪放在翻斗礦車底端的條形花管與膠管、壓風(fēng)管連接后的壓風(fēng)作用進行攪拌，攪拌同時使用污水泵吸漿。污水泵中如果進風(fēng)會導(dǎo)致吸漿停止，為了避免這種問題，水泥灰的攪拌工作和污水泵的吸漿工作采用不平行作業(yè)的方式。

3.3 井底水窩預(yù)注漿防治水

（1）注漿鉆孔

結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，一共設(shè)計了6個鉆孔。探放水的鉆探工作在井深160～208 m范圍內(nèi)進行，井底水窩位置鉆孔探水施工設(shè)計參數(shù)見表2。井底水窩位置涌水混有泥漿，為了確定井筒內(nèi)淤泥所處的位置，采用垂直分布的鉆孔方式進行鉆探，并對鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)的泥漿出水位置采用點對點注漿進行封堵。

表2 井底水窩鉆孔探水設(shè)計參數(shù)

為了避免在含水層施工時出現(xiàn)突水問題，采用100 mm的高壓球閥通過法蘭與無縫鋼管焊接的方式對注漿過程進行控制。超出商品混凝土止?jié){墊水平面的孔口管的長度為0.5 m。當(dāng)商品混凝土止?jié){墊處于3 d狀態(tài)，在混凝土的上面安裝好相應(yīng)的工作臺，并布置孔口管，開始作業(yè)。剛開始時要進行試鉆進，鉆孔鉆進速度要緩慢，當(dāng)鉆孔鉆進一段距離后，要對孔口管進行壓力試驗，只有試驗壓力值符合要求才能進行正常鉆孔作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，此次工作面鉆孔鉆至10 m時開始注入清水進行壓力試驗，所得試驗壓力值為6 MPa，符合正常鉆進的要求。

（2）材料及注漿量

單孔需要注入的單液漿水泥漿，經(jīng)計算可得Q=69.22 m3，具體以實際為準(zhǔn)。此次鉆孔注漿所選漿液為單液漿，具體的注漿參數(shù)見表3。

表3 鉆孔注漿漿液參數(shù)

（3）施工設(shè)備及次序

此次井底水窩鉆孔所用鉆機型號為SGZL-3B，配套使用Φ50 mm×1.5 m鉆桿、直徑75 mm的鉆頭，注漿時使用的泥漿泵為BW-250型。具體鉆孔注漿施工順序如圖2所示。

圖2 鉆孔注漿施工次序圖

對4#、6#兩個位置進行作業(yè)時采用的是交替進行復(fù)鉆和注漿的方式。有涌水進入就需要提鉆注入漿液然后重新鉆進，二次施工，出現(xiàn)了涌水問題的鉆孔都需要重新鉆孔核查注漿效果。

3.4 井底水窩防治水效果分析

此次井底水窩工作面鉆孔探水施工過程出現(xiàn)多處涌水，對工作面出現(xiàn)涌水的位置均通過注漿進行封堵。工作面具體涌水位置及注漿防治水效果見表4。本次探放水作業(yè)一共施工了7處有效鉆孔，總工程量達(dá)到539 m，其中鉆探288 m，復(fù)鉆251 m。此次工程共計消耗水泥314.6 t，施工時間將近3個月，清理水泥灰止?jié){墊的時候并沒有涌水出現(xiàn)，達(dá)到了非常理想的注漿效果。

表4 涌水位置及注漿防治水效果分析表

4 結(jié)論

（2）在靜水位進行水泥灰止?jié){墊澆筑工作，可以防止強排水時產(chǎn)生的排水量問題以及涌進水量不清晰問題的發(fā)生，同時避免對止?jié){墊進行重新澆筑。通過孔口管把混凝土止?jié){墊和水泥灰止?jié){墊進行加固，并使之成為一個整體，可以有效解決澆筑止?jié){墊時產(chǎn)生的“活塞”問題。

（3）對施工方案的選擇和調(diào)整也會直接影響到探放水工程的施工效率，所以在制定施工方案時應(yīng)當(dāng)綜合考慮各方面的因素。設(shè)計探放水方案時理應(yīng)充分地分析施工地點附近的水文和地質(zhì)情況，在探放水工程結(jié)束后應(yīng)該對探放水進行注漿效果評價。