壁后注浆技术在深井井筒施工防治水中的应用

　　内容提要 针对壁后注浆防治水技术在十二矿北风井井筒施工中的应用，介绍了实施壁后注浆的施工方案、方法及施工工艺，并对该技术在应用中的有关问题进行了探讨。
　　关键词 壁后注浆 井筒防治水 应用
　　十二矿北进风井井筒位于矿井工业广场以北2.5km处，井筒设计直径5.5m，深度890m，井口标高+271.5m，基岩段支护形式为素混凝土支护。随着井筒的不断延深及穿越多层砂岩含水层，涌水量不断增加，井筒施工至540m时，井筒涌水量已经达到56m3/h，对施工安全造成了较大威胁，为保证施工安全、工程质量和提高施工速度，决定在井筒内实施壁后注浆。
　　1 水文地质特征
　　注浆段位于井深290~550m之间，注浆段长度260m，井筒揭露岩性主要为砂质泥岩、泥岩、砂岩，其中揭露砂岩含水层共6层，累计厚度96m。岩性以灰白色中粒砂岩为主，中厚层状，岩层裂隙发育。地层倾向N40E，岩层倾角
　　12~18°。砂岩含水层厚度2~11m不等，出水形式主要为砂岩裂隙水，属砂岩裂隙承压含水层，单层涌水量8~20m3/h。
　　2 施工方案
　　（1）根据井筒揭露的砂岩含水层和隔水层厚度情况，采用下行式分段注浆，对隔水层厚度大于10m的含水层划分为独立的注浆段，对隔水层厚度小于10m的含水层合并为一个注浆段。本次注浆共6段：第一段290~360m，第二段355~366m，第三段375~386m，第四段405~442m，第五段470~501m，第六段512~550m。注浆范围控制在含水层及其上下2m范围。
　　（2）注浆顺序采用下行式注浆，从井深290m开始至550m工作面范围内，每段注浆时先把含水层的顶、底封好，防止水上下乱串，然后突出重点注中间，将每段涌水都消灭在本段内。对较长的漏水段，采取由上往下进行，每个分段内先由下往上注浆，再由上往下复注一次。
　　3 施工方法
　　3.1 注浆设备选择
　　选用锦西产2TGZ—60/210型双液调速高压注浆泵。把安全工程师站点加入收藏夹
　　3.2 注浆孔布置及要求
　　由于井壁接茬多，岩石裂隙发育，淋水严重而没有大的出水点，故采用密孔法，“五花”式深浅孔配合布孔法，依次开孔，先用深孔放水泄压，再用浅孔低压注浆以加固井壁及围岩，最后用深孔高压注浆封水。注浆孔布置：一般岩层间排距3~4m，出水点较多的部位及厚含水层布孔间排距为2~3m。注浆孔深度控制在1~2m之间，一般岩层深孔数控制在总孔数的三分之一，厚含水层深孔数控制在总孔数的二分之一。
　　3.3 注浆材料
　　采用P.042.5级普通硅酸盐水泥，模数为2.4~2.8，波美度40be’的中性水玻璃。根据注浆情况，浆液中加入15%~20%的BR—C型防水剂。
　　3.4 注浆参数
　　采用水泥、水玻璃双液注浆法。
　　3.4.1 浆液配比
　　开注水泥浆液水灰比为1：1；封孔水泥浆液水灰比为0.8：1；开注水泥浆与水玻璃之比为1：0.6；封孔水泥浆与水玻璃之比为1：0.8。BR—C型防水剂为水泥用量的15%~20%。
　　3.4.2 水玻璃浆液
　　每孔开孔时使用15~20Be’的水玻璃，中间过程中加浓到25~30Be’，终孔时加浓到35Be’。
　　3.5 注浆压力
　　注浆压力大小主要取决于注浆孔静水压大小，但考虑到岩层的裂隙发育程度及井壁抗压强度，本次注浆压力浅孔选择3~5MPa，深孔选择5~8MPa。
　　3.6 扩散半径
　　为缩短施工工期，保证注浆质量，本次注浆扩散半径控制在2m以内。
　　3.7 注浆量
　　该井筒含水层岩性以中粒砂岩为主，裂隙发育，浆液能均匀扩散，注浆量按下式计算：Q=V•n•a
　　式中V—注浆加固体积，m3；
　　n—空隙率，取0.04；
　　a—浆液损失系数，取1.3~1.5。
　　由于注浆段位于井筒中部，岩石受风化影响较小，砂岩含水层浆液损失系数取1.5，顶底隔水层取1.3，砂岩含水层浆液控制半径取7.25m，顶底隔水层取6.25m，六段砂岩含水层厚度共计96m，顶底隔水层注浆总厚度取3×2×6=36m。
　　（1）砂岩含水层注浆量
　　Qs=（7.252-2.752）π×96×0.04×1.5=814（m3）
　　（2）顶底隔水层注浆量
　　Qg=（6.252-2.752）π×36×0.04×1.3=185（m3）
　　（3）注浆总量
　　Q=Qs+Qg=999（m3）
　　水玻璃取浆液体积的三分之一，故水玻璃用量为999×1/3×1.4=466（t）
　　水泥取浆液体积的三分之一，故水泥用量为999×1/3×3.15=1049（t）
　　根据注浆情况，砂岩含水层可使用BR—C型防水剂，加入量为水泥重量15%~20%。
　　4 结束语
　　实施壁后注浆后，该井筒内的涌水量降至3m3/h以下。实践证明，井筒壁后注浆是一种有效的防治水方法，采用壁后注浆可以有效的将地下含水层的涌水封堵于壁后，同时还起到加固井壁的作用。但是要正确进行壁后注浆，还要注意一些问题：
　　（1）壁后注浆的施工顺序应根据含水层的厚度分段进行，对漏水段较长的井筒，应由下而上逐段进行。
　　（2）注浆孔的数量根据堵水需要确定，各注浆孔的有效扩散半径应相交，注浆孔一般应错开排列，均匀布置。
　　（3）壁后注浆的压力宜比静水压大0.5~1.5MPa，在岩石裂隙中的注浆压力可适当提高。
　　（4）注浆孔深度应根据不同注浆对象而定，如果对岩层裂隙进行注浆时，注浆孔必须穿过井筒，孔深应等于或大于1~1.5倍的井壁厚度，当注浆段壁后为含水砂层时，为避免透水涌砂，则注浆孔不准穿透井壁，只进行壁内注浆以达到封水目的。