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发布日期:2019-11-30  浏览次数:96
 摘 要:核桃峪矿副立井井筒净直径大,在掘砌至80米时井壁出现涌水。由于涌水量很大、井壁质量差,采用传统的水泥、水玻璃浅孔注浆、中深孔注浆均不可行。经研究,该矿采用高分子聚合物注浆堵水为主,水泥一水玻璃浆液注浆堵水为辅的治理措施,取得了很好的效果。

关键词:副立井施工;高分子聚合物注浆堵水;施工 
1.工程背景
华能甘肃能源开发有限公司核桃峪矿区位于正宁县南部,地理坐标范围为东经107°58’05”~108°07’00”,北纬35°14’30”一35°22’30”。东西长约15.429km,南北宽约12.399km。面积191.30km2,煤炭资源量2116.09Mt。
核桃峪煤矿副立井井筒净直径大,为7.0米,井筒在掘砌至80米时井壁出现涌水。副立井是永久工程,同时承担着回风任务,工程质量必须保证。但是,施工过程中由于涌水量过大,井壁质量较差,井壁质量差又造成壁后注浆不能取得理想效果,如此恶性循环,施工进行得异常艰难。井壁涌水量为84 m3/h,淋水主要集中在井深120一142 m段。井壁涌水问题如得不到及时治理,就有可能造成井壁坍塌、井筒扭曲变形等,这将严重威胁矿井安全。
2.注浆堵水方法分析
由于涌水量很大、井壁质量差,采用传统的水泥、水玻璃浅孔注浆已经不可行。而水泥、水玻璃中深孔(2.0一3.0 m)注浆存在以下问题:①由于该段井壁质量较差,单纯采用水泥一水玻璃浆液容易产生多处漏浆,注浆效果难以保证。②前期的水泥浆使裂隙的渗透性降低,如继续采用传统的颗粒性注浆材料,则水泥浆液不易渗透到微裂隙内,不容易达到良好的治水效果。③由于围岩破碎,塌孔严重,不易成孔,且经常出现夹钻现象,给造孔、安装注浆管等带来很多困难。④低压注浆可实现注浆锚杆加固井壁及围岩,但无法实现浆液扩散治水;高压注浆需要固管,且注浆压力又不能作用在井壁上。因此要求止浆塞和固管位置尽可能远离井壁。这样注浆管的安装也很困难,且浆液扩散远离井壁可以加同围岩,但对井壁的加固效果不明显。
为解决矿回风立井涌水较大问题,工程技术人员认真查阅了国内外大量有关技术资料,经过调研,提出了采用目前国内外较为先进的新技术、新工艺——高分子聚合物注浆堵水。高分子聚合物具有较强的粘合力和较高的渗透性,抵抗岩层变形能力强,在压力作用下可渗透到微裂隙中,遇水凝固,形成致密的隔水层,从而起到堵水作用。该材料以其良好的堵水性能在防治水方面得到了广泛应用。
3.施工过程
该出水段主要为砂岩裂隙涌水,曾进行过水泥、水玻璃注浆。目前特征:形成分散式淋水,水泥注浆使得连通性本来就差的裂隙不规则分割,裂隙的连续性被破坏。此次注浆加固堵水需要解决的问题主要有2个:①加固井壁和围岩,提高井筒的服务年限;②封堵井壁淋水,降低矿井排水费用及水处理费用。
此次注浆拟采用以高分子聚合物浆液为主、水泥一水玻璃浆液为辅、多点分层注浆技术。在井壁800 mm范围内,低压注射化学浆,形成致密的加固层,达到80%的堵水率要求;而后,打2 m深的锚注钻孔并注水泥浆,堵水率达到90%,并起到加固深部围岩的作用。井筒注浆孔布置如图l所示。

该出水段井壁淋水量大且井壁施工质量差,为更好地达到注浆堵水效果,在施工过程中分2个阶段进行。第l阶段,采用化学注浆堵水,将井壁0.8m以内深度较大的出水点进行封堵,较大的出水点被封堵以后,会暴露出其他的小型出水点,然后对小型出水点进行封堵,之后再对井壁800 mm范围内自下而上低压注射化学浆,形成致密的加固层,争取达到控制井壁出水量的要求,当达到或接近预期效果时,停止化学注浆;第2阶段,打深部钻孔进行深部围岩加固注浆。
因为水泥注浆已将出水裂隙不规则分割,裂隙的连续性被破坏,在进行二次注浆时,浆液的渗透性受到影响,这样就必须多点布置注浆管,多点注浆。井壁表层裂隙发育,注浆压力高时容易跑浆,因此扩散半径不宜过大。故确定化学注浆孔间排距均为lm,深O.8 m;水泥注浆孔间排距均为l m,深2.0 m,孔径均为42 mm,施工时视注浆效果而定。化学注浆3 d,120一142 m处共4处出水量在12一15 m3/h的出水点被封堵,水量由原来的84m3/h下降为62 m3/h,效果明显。随着注浆面积的增大,出水量逐步降至5l m3/h,但水位逐步上升,上部井壁出水。按第l阶段施工方案对井壁800mm范围内自下而上低压注射化学浆,形成致密的加固层。第l阶段结束后,采取对井壁打2 m锚注钻孔注水泥浆的措施加固深部围岩。
4.堵水效果
按照施工方案,化学注浆后,效果明显。井壁自下而上形成致密的加固层,涌水量下降至19 m3/h,达到理想效果。第2阶段进行深部加固,涌水量下降至14 m3/h,堵水效果不太理想。注浆前与注浆后涌水量相比较,水量减小70m3/h,涌水量下降明显。以此计算,每年可节约排水费用约l20万元;注浆后,井壁围岩裂隙被封堵,井壁形成致密加固层,井筒质量得到保证,避免淹井、井筒坍塌事故的发生,安全效果突出。
5.结束语
针对副立井涌水量较大问题,新型化学浆的采用及施工方案的择优是工程施工取得成功的前提。注浆工程的成功实施,为核桃峪矿顺利生产提供了重要的基础和保障,并能明显提高企业的经济效益。同时,该技术还可在水文地质条件相似的矿井中使用。

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