核桃峪煤矿副立井施工中注浆堵水工程实践

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推广使用。