工作面预注浆过巨厚砂岩裂隙强含水层的施工

摘要:永城矿区深层K6、K5 砂岩裂隙承压含水层为该区建井施工一大技术难点。通过对K6、K5 巨厚砂岩裂隙含水层采取工作面预注浆措施,提前封堵了涌水,取得了较好的防治水效果。
关键词:工作面预注浆;巨厚砂岩裂隙;强含水层
中图分类号: TD265148　　文献标识码: B　　文章编号: 1003 - 0506 (2005) 03 - 0034 - 01
1　工程概况
神火集团新庄煤矿北风井设计为立井开拓,设计净径4.7 m,井深683.5 m,表土采用冻结法施工,冻结深度220 m。在基岩段施工中,需要揭露K6、K5两层大的含水层组。根据抽水试验和流量测井结果, K6 砂岩段预计涌水量为119 m3 /h, K5 砂岩段预计涌水量为145 m3 /h,给施工管理和安全带来了很大的难度。在施工过程中,通过对K6、K5 巨厚砂岩裂隙含水层采取工作面预注浆措施,提前封堵了涌水,从而安全、快速、顺利地通过了K6、K5 含水层,
全井筒竣工后涌水量仅为2.43 m3 /h,治水率达到98% ,取得了较好的效果。
2　工程地质及水文地质情况
根据新庄煤矿北风井井筒检查孔资料, K6含水层组由灰色、灰白色及深灰色粉、细、中粗粒砂岩组成,埋深分别为430.7～448.8, 454.8～459.4, 470.1～485.7 m。中粗粒砂岩纵向裂隙发育,裂隙中方解石脉充填。K5 砂岩含水层组埋深分别为59611 ～605.5, 609.1～610.4, 624.5 ～638.2 m,裂隙发育,岩芯较破碎,富水性好。
3　注浆方案的选择
3.1　注浆方案
依据K6、K5 砂岩裂隙承压含水组具有分布稳定、厚度大、坚硬、纵向高角度裂隙发育,裂隙连通性差、埋藏深、富水性好、涌水量大、水压高的特点,方案最终确定为:径向角、切向角相结合斜孔布孔方式,密集多孔,高压、稀浆注浆方案。
3.2　注浆段高的划分
结合井检孔柱状将K6 砂岩分为2个注浆段高(430.7～459.4 m, 470.1 ～485.7 m) ,两注浆段含
水层的厚度分别为: 22.7, 15.6 m。K5 砂岩分为2个注浆段高( 596.1 ～605.5 m, 624.5 ～638.2 m) ,两注浆段含水层的厚度分别为: 9.4, 13.7 m。
3.3　注浆设备
采用2台型号为QZJ-100B的潜孔钻机钻孔;采用2台型号为2TGZ-60 /210的注浆泵注浆。
4　注浆参数的确定
(1)注浆压力。经计算, K6、K5 砂岩注浆段注浆终压见表1。

(2)注浆孔数。经计算注浆孔数N = 15孔。
(3)径向角、切向角的确定。因K6、K5 砂岩裂隙含水层纵向裂隙发育、连通性差,为使钻孔尽可能贯穿较多的裂隙,增加浆液的注入量,确定注浆孔的径向角、切向角、孔深、孔数如表2所示。
(4)浆液的扩散半径。浆液扩散半径与岩层渗透系数、裂隙率、注浆压力、注浆时间、浆液浓度等参数有关,依据K6、K5 砂岩裂隙含水层的特点,为形成较为理想的隔水帷幕,扩散半径定为2～4 m。

(5)浆液性质及浆液浓度。依据注浆堵水的目的,选择单液水泥浆液;依据被注岩体地质、水文地质条件(岩体的富水性、裂隙的发育程度、裂隙的性质)及注浆孔孔内涌水量的大小来选择注浆浆液的浓度,总的浆液浓度级配原则:先稀后浓再稀。浆液配比的选择范围:孔内涌水量> 5 m3 /h,水灰比1.5 ∶1～1 ∶1;涌水量在2～5 m3 /h,水灰比2 ∶1～1.5 ∶1;涌水量< 2 m3 /h,水灰比8 ∶1～2 ∶1。
(6)浆液注入量及主要材料。注浆材料选用4215号普通硅酸盐新鲜水泥,水泥量约为330.0 t。
(7)止浆岩帽与止浆垫。经计算, K6、K5 砂岩工作面超前探水注浆预留岩帽均取7.5 m; K6 砂岩裂隙含水层注浆上段止浆垫厚度1.85 m,下段注浆段止浆垫厚度1.95 m; K5 砂岩裂隙含水层注浆上段止浆垫厚度2.2 m,下段注浆段止浆垫厚度2.4 m。
5　注浆效果检查
(1)单孔注浆结束标准:注浆压力达到设计注浆终压,吸浆量达到50 L /min,且稳定15～30 min。
(2)由于是静水位以下注浆,注浆效果的检查采用放水法,通过最后一个钻孔的涌水量来推算井筒开挖时的最大涌水量。施工中经过最后一个钻孔孔内的放水量,孔内涌水量小于1 m3 /h,实际揭开各个注浆段含水层涌水量不足3 m3 /h,治水率均达到98%。注浆效果见表3。

6　结语
永城矿区深层K6、K5 砂岩裂隙承压含水层为该区建井施工的一大技术难点,通过新庄北风井井筒对封堵深部强含水层K6、K5 砂岩裂隙水施工工艺实践,解决了这一难题,积累了这方面的经验,具有积极的推广意义。
(责任编辑:郭海霞)