化学注浆在新驿煤矿副立井防水堵漏中的应用

2011年第 3期 西部探矿工程 75 · 地质与矿业工程 · 化学注浆在新驿煤矿副立井防水堵漏中的应用 李志永 ，蔡为益 (中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏 徐州 221008) 摘 要：新驿煤矿副立井2003年建成，该井在建井过程中进行预注水泥浆封水堵漏并筒涌水，成并后 也进行水泥、水玻璃浆液井壁注浆防止渗水和漏水。时至 2009年 6月，井筒出水量达 8m3／h左右， 于是采用改性脲醛树脂化学浆材再次进行破壁注浆，将整个井筒涌水量降至 0．5m3／h以下，取得了 满意的注浆效果。 关键词：破壁注浆；脲醛树脂；防水堵漏；井壁渗水 中图分类号：TD823 文献标识码：B 文章编号：1004—5716(2O11)O3一。O75一O3 1 工程概况及其井壁渗漏情况 新驿煤矿位于山东省兖州市新驿镇，该矿井于 2003年建成，井深 520．8m，井简直径 6m，表土层厚 187m，属于深厚表土层矿区，该表土层以中粗砂、粗砂 为主。 该井筒目前出水量 8m。／h左右，在建井时和建井 后分别进行了水泥、水玻璃预注浆及其后注浆。松散层 出水以渗水为主，明水点较少；风化带及其岩层的井壁 的混凝土接茬处漏水严重，伴随的明水点较多，是主要 的出水点。 2 井筒地质条件及其水文地质条件 新驿井田位于济宁、兖州向斜的北部，汶泗向斜的 南翼，为全隐蔽石灰二叠纪煤田，其井筒周围的主要地 层由第四系和二叠系组成。 2．1 第四系(Q4) 根据其性质可以分为 3组： 上组厚 95．20~105．5m，由棕黄色、褐色砂、粘土质 砂及砂质粘土、粘土相间沉积而成，砂层松散且透水性 较好，含较稳定的砂层 7～8层，该层属于强富含孔隙水 砂层。为工农生产及生活的主要水源。 中组厚 27～52m，由灰绿色粘土、砂质粘土夹砂组 成，主要以隔水性能为主，含砂层透镜体 2～4层，能够有 效地阻止大气降水、地表水与基岩含水层的水力联系。 下组厚 39~59m，以灰绿、灰白色中、细砂夹粘土、 砂质粘土组成，含砂 2～4层。该组覆盖于各基岩含水 露头之上，是各基岩含水层的补给水源。 2．2 二叠系 2．2．1 上统上石盒子组 厚度在 178m左右，主要由灰、灰绿色中、中细砂岩 褐黄绿、灰紫等杂色泥岩与粉砂岩组成，裂隙局部发育 246．2～254．1m为正断层破碎带，该处在建井时涌水 量达 8．6m3／h左右。该层的厚层泥岩和铝质泥岩能起 到一定的隔水作用。 2．2．2 下统下石盒子组 厚度在 50m左右，由黄绿、紫灰、灰等杂色泥岩、粉 砂岩及灰绿色砂岩组成，砂岩具有较好的富水作用，泥 岩具有较好的隔水作用。 3 注浆目的及其的确定 新驿煤矿井田表土层厚达 187m，从兖州、济宁一带 的煤矿矿井井筒破坏变形的机理来看，该井筒以后也会 面临由于深部土层失水收缩导致井筒变形破坏l1 的问 题。所以本次破壁化学注浆主要解决以下问题： (1)对目前井筒的漏水、渗水进行堵漏防渗，防止漏水、 渗水腐蚀、破坏井筒，保证井筒有个干 置的工作环境。 (2)切断各含水层之间的水力联系，在一定程度上 减少以后因生产排水导致井壁增加而产生的附加应力， 从而保证井筒的安全生产。 3．1 注浆材料的选择 注浆材料的选择对注浆效果的影响起到关键的作 用，在徐淮地区、济宁一带的立井破壁注浆中，使用较多 的浆材是水泥浆材、水泥一水玻璃化学浆材、改性脲醛 树脂浆材。前者是 目前应用最早、最多的注浆材料，而 * 收稿日期：2010—05—03 第一作者简介：李志永(1972一)，男(汉族)，河南开封人，工程师，现从事工程管理工作。 76 西部探矿工程 2011年第 3期 改性脲醛树脂浆材是最近几年开始使用的纯化学浆材， 在煤矿立井注浆中是一种新的注浆材料。通过在兴隆 庄煤矿的东、西风井，太平煤矿的主井，邱集煤矿的主 井，杨庄煤矿副井等立井松散层破壁注浆和在山西的赵 庄煤矿4个立井、西南城煤矿 2个立井、山东古山主井 等井筒岩层的裂隙注浆取得了满意的效果，在前两次水 泥、水泥水玻璃浆材未取得预期的效果的基础上，同时 通过反复的比较论证，选用改性脲醛树脂作为本次的注 浆材料。对水泥水玻璃、改性树脂化学浆材的特点对比 如表 I所示[}引。 表 1 对水泥水玻璃、改性树脂特点对比 3．2 注浆 3．2．1 注浆孔的布置 对于 135~187m松散层段，有少量的渗水，进行梅 花排孔注浆，每排 4个孔，共 11排孔，以切断松散层与 基岩的水力联系，同时在井壁形成一定厚度的注浆帷 幕，减少因排水造成对井壁的附加应力。风化基岩段和 断层破碎带明水点多，接茬缝质量差，该段是本次注浆 堵水的重点和关键。即在 188~256m原基础设计的每 排 4个孔的基础上加密到 6个孔，并对个别的大出水点 进行顶水注浆。在 256m以下部分，属于单层井壁，进 行水点顶水有效注浆，壁后空隙和壁间裂缝，待其固结 后再由浅人深地向含水层中压浆。同时，为了防止充填 井壁裂缝中的浆液被挤出，注浆过程的注浆压力也采取 由浅人深逐步加大的方式进行控制，形成了流动、凝胶、 劈裂、充填的浆液固结方式。确保井壁无水即可。采用 下行式注浆。 3．2．2 注浆施工工艺 由于注浆泵体积大，井筒断面小，故采用井上注浆， 即注浆泵放在井上，通过注浆管将浆液输送到设计位 置。工艺流程如图 1所示。 对于冻结段井壁内外双层井壁，破壁时先选用 j2『43mm的钻头打眼，钻完内层井壁后停止打眼，安装 注浆管和高压阀、回浆阀，以防止喷砂事故发生，同时防 止水砂顺注浆管回流。然后用 30mm的钻头套孔打 穿外层井壁。注浆前应进行注水试验，注水试验可以润 滑通道、保证浆液有足够的扩散距离，测定注浆孔的吸 水量，进一步核实松散层的渗透性。注浆压力一般控制 在 3~5MPa。 3．3 注浆情况及其过程控制 图 I 破壁注浆工艺流程示意图 1一甲液池；2一清水池；3一乙液池；4一调节阀门；5一压力 表；6一注浆泵；7一输浆管；8一混凝土井壁；9一注浆管；1O一 三通管；11一高压阀 3．3．1 浆液的配比 本次注浆是双液注浆，以脲醛树脂做主材，作为甲 液，草酸溶液作为交联剂，为乙液，并把增塑、缓凝、增强 的添加剂搅拌在甲液中。添加剂的主要作用是防止浆 液凝固过快而出现固结过程析水收缩问题，同时增加其 强度和韧性。同时也可以通过草酸的浓度调节浆液的 凝固时间，淋水集中的情况下，可以采用先水泥浆壁后 充填，后化学浆固砂止水的注浆方式，这一注浆措施充 分发挥了水泥浆液和化学浆液的各自优势。通过现场 实验确定，确定草酸浓度、比例与凝固时间关系如图2 所示。 3．3．2 跑浆的处理 (下转第 79页) 201i年第 3期 西部探矿工程 79 Z ——单灾种的危险性指数； ni——单灾种的权重。 3．2 危险性区划 将地质灾害的综合危险性指数按照由高到低的顺 序排列，成为一条曲线，根据曲线的分布规律来评定地 质灾害的综合危险性等级，根据该标准划分为 5个 等级：重度灾害(A)、中度灾害(B)、轻度灾害(C)、微度 灾害(D)、基本无灾害(E)。 4 结束语 地质灾害危险性区划是地质灾害调查的重要内容， 采用正确的做好地质灾害危险性区划工作是管理 部门风险管理及减灾管理的基础，也为管理部门制定相 应减灾对策、部署实施有效的减灾工程提供了科学依 据。 参考文献： 1-12 秦皇岛市地质灾害风险区划报告I-R]．河北省地矿局秦皇 岛矿产水文工程地质大队，2009． (上接第 76页) 一 一 基 絮 囤 图2 化学浆液浓度配比 I一草酸浓度 6 ；2一草酸浓度 8％；3一草酸浓度 12 跑浆在一定程度上反映了浆液的扩散距离和浆液 的行走路径，但是跑浆量过大的话，容易造成浆材的浪 费。所以在注浆过程中发现跑浆时采取了以下措施进 行处理 ： (1)对于跑浆量大的孔隙和破裂裂隙，在条件 的情况下应用纱布或木楔进行堵塞。 (2)采用间歇式、停注式、以浆顶水的方法给浆液充 足的凝胶时间。同时可以调节浆液的凝胶时间，加快浆 液的凝胶速度。 4 注浆效果评价 注浆结束后，整个井筒涌水量由原来的 9m。／h降 到 0．5m。／h以下达到了设计的要求，取得了满意的效 果。同时在流砂层钻孔取样，取样结果显示，在壁后形 成 1．5m左右厚度的脲醛树脂帷幕，起到了防水固砂的 作用，当外部地层沉降时，注浆地层将起到楔子的作用， 减少地层压缩沉降量，从而保护井筒的安全。 5 结论 (1)在井壁破坏严重，淋水集中的情况下，可以采用 先水泥浆壁后充填，后化学浆固砂止水的注浆方式。这 一 注浆措施不但充分发挥了水泥浆液和化学浆液的各 自优势，也降低了注浆费用。 (2)通过三次注浆的比较，脲醛树脂化学浆液在处 理流砂层和微裂隙井筒渗水方面优于水泥水玻璃。 (3)通过化学浆的固砂止水作用，当其外部地层沉 降时，注浆地层将起楔子作用，减少地层压缩沉降量，从 而减小井筒所受的竖向附加力，保证井筒的安全使用。 参考文献 ： [1] 王档良，姜振泉．在建矿井井壁渗漏地质成因分析及化学 注浆治理[J]．建井技术，2009(1)：24—28． Eel 王档良，隋旺华．岩体灌浆压力变化规律实验研究[J]．金 属矿山，2008(1)：53—55． [3] 王档良，童培国，武善元．化学灌浆治理巨厚表土层立井井 壁漏水口]．水文地质与工程地质，2007(5)：20—23． [42 王档良，鞠远江．杨庄煤矿副井破裂井壁多次治理效果对 比分析D]．煤炭科学技术，2009(I)：35—38． [5] 倪兴华，隋旺华，关云章，王档 良，杜永．煤矿立井破裂井壁 防治技术研究[MI．徐州：中国矿业大学出版社，2005． [6] 熊厚金，等．岩土工程化学[M]．科学技术出版社，2000． The Application of Chemical Slurry lnjection on Waterproof and Leak-blocking in Vice Coal Well in XinYi Coal M ine L1 Zhbyong，CAI We yi (New Technology of Geotechnical Engineering Development Ltd．，CUMT，Xuzhou Jiangsu 221008，China) Abstract：The vice well of XinYi coal mine was established in 2003，which had been grouted with cement paste before estah— lished in order to prevent leakage of water foYITI the coal wel1． Established，water-glass also had been used，but result was not bad．When to June，2009，the total floating water add up to 8 m3／h．Then taking the injection of urea-fornlaldehyde has made the satisfactory progress，wi th the amount of mine inflow de— elined to the 0．5m0／h below． Key words：breaking the wal1 of coal wel1 and slurry injection；u— rea-formaldehyde resin；waterproof and preventing 1eakage；wa— ter infiltration into shaft-wal1