摘要：为解决小康矿井筒大量涌水问题，延长井筒装备的使用寿命，小康矿与沈阳煤炭科学研究所共同攻关，采用综合注浆技术，彻底解决了井筒大量渗水问题。

1 副井水文地质概况

副井筒接茬处漏水，在井深20~50m、70~110m处，由于顶水掘进井壁质量不好导致含水层水通过井壁渗入井内。由于井壁从2m处就开始渗水，加之罐道梁的影响，使整个井筒处于淋水状态，井内设施常年被水浸淋，罐笼内淋水，升入井人员常年在淋水环境中上下罐。井内设施腐蚀严重，井筒维修环境恶劣。

2 渗水治理方案设计

井壁渗水状态是由于井壁接茬处存在缝隙，含水层段井壁质量不好造成的，要想从根本上解决问题必须采用综合治理方法解决。

2.1 注浆堵水方法

根据井下实际观察副井井筒的淋水状况，及水文地质条件，确定井筒淋水的主要原因是由于井壁接茬处漏水，注浆范围为井深0～512m，重点注浆段为0~203m，尤其对各个含水层要重点封堵，以有效地隔绝水源，防止水源扩散。本次注浆材料拟采用水泥一水玻璃双液浆为主，以非水溶性聚氨酯浆液及新研制的新型注浆加固材料为辅，通过改进注浆材料，以取得较好的注浆堵水效果。其中后2种注浆材料的可注性显著提高，注入砂层的最小粒径由1mm降低到0.1~0.03mm，渗透系数由10-2～10-3cm/s提高到10-4~10-5cm/s，尤其是聚氨酯浆液的遇水反应发泡膨胀，进行二次渗透，均匀扩散的特性，有利于提高注浆效果。

2.2 注浆顺序及注浆段高的确定

(1)注浆顺序。考虑到副井井筒的客观条件，为方便施工、提高注浆堵水效果，确定注浆顺序为下行分段，分段内采用上行式注浆方法。在注浆带为含水层时，先注下部，再注上部，最后注中间。以防止驱散水源。施工时，按井筒柱状图，由井口放尺量测注浆段位置。

(2)注浆段高。第一段：井深30.49m至地表，段高30.49m。利用井深22.49～30.49m共计8m厚的粉细砂岩、泥岩隔水层，施工一截水圈，隔绝第四纪含水层与井筒深部的水力联系。第二段：井深为30.49~54.84m，段高24.35m。井深为52.24~54.84m共计2.6m为泥岩隔水层。第三段井深为54.84~88.64m，段高33.80m。井深88.04~88.64m共计0.60m为泥岩隔水层。本段包含白垩纪上部含水段，注浆施工时，要做好截水工作，阻止含水层的水顺壁后流到下面地层。第四段：井深88.64~120.94m，段高32.26m。井深120.54~120.94m共计0.40m为泥岩隔水层。第五段：井深120.94~200.89m，段高79.95m。井深197.89~200.89m共计3.00m为泥岩隔水层。本段包含白垩纪下部含水段，下部已没有强含水层，做好该注浆段的截水工作显得尤为重要。对于井深200.89m以下部分，除侏罗纪砂岩、砂砾岩承压含水层(深度为389.16~395.28m，厚度为6.12m)外，其它部分基本可采用在漏水点直接造孔，顶水对点注浆方式。对于个别漏水较大的点，应先在附近打斜孔导水，然后再对点造孔注浆。

2.3 注浆材料的选择

水泥选用国标425#普通硅酸盐水泥。

水玻璃选用浓度为40~50Be’(波美度)，模数为2.7~2.9的水玻璃溶液。

聚氨酯类浆液选用非水溶性聚氨酯浆液。该浆液遇水反应，在存放、使用过程中需格外小心。其主要指标接近化学浆液，浆液成本为聚氨酯类加固材料成本的1/20左右。复合添加剂需保持干燥，避免受潮，否则将影响使用效果。该浆液的特点如下：

(1)浆液的凝胶时间可以根据工程需要准确控制在几秒至几十分钟范围内。

(2)结石体的抗压强度超过10 MP丑。

(3)浆液的结石率为100%。

(4)浆液能够注入到中细砂层。

(5)浆液无毒，对地下水和环境无污染；材料来源丰富，价格比较低廉。

水泥浆的水灰比为0.5：1～1：1，吃浆量大时适当加大浓度。

双液浆的水玻璃加水稀释到25～30 Be’(波美度)，水泥浆的水灰比为0.5：1~1：1，水泥浆和水玻璃浆液的体积比分别为3：1、2：1、1：1三种。开始注浆时，先注稀浆，并且要控制水玻璃的上浆量，最后封孔时，水泥浆与水玻璃浆的体积比要达到1：1。

聚氨酯浆液的配比(重量比)为：甲苯二异氰酸酯3，丙二醇聚醚(N-202)1，丙三醇聚醚(N303)l，邻苯二甲酸二丁酯1，丙酮1发泡灵(占总体系重量)0.1%～0.5%，三乙胺(占总体系重量)0.1%~0.5%。其中，甲苯二异氰酸酯、丙二醇聚醚、丙三醇聚醚预先按比例制成预聚体，注浆时再与其它成份按比例混合制成浆液。新型注浆加固材料中水玻璃的浓度为30～50 Be’，模数为2.7～2.9，复合添加剂•的水灰比为0.5：1～1：1，水玻璃和复合添加剂的体积比为1：1。通过调整添加剂的成份控制浆液的凝结时间。

2.4 注浆设备的选择及布置

本次注浆除聚氨酯浆液选用手压泵外，其它浆液均选用辽宁葫芦岛注浆泵厂生产的2TGZ-60/210型双液调速高压注浆泵。用2台改装后的7655型风钻打注浆孔，注浆管选用32mm钢管，长度为350～400mm。

2.5 注浆孔的布置及参数的确定

副井注浆段的注浆孔分截水孔和壁内、壁后注浆孔。截水孔布置在每段泥岩或粉砂岩的顶、底界面，尽量密布孔。每一截水圈布置：2圈眼，其间排距均为1.0～1.5m，孔深1.2～2.0m，呈三花布置。

段内注浆孔为壁后、壁内注浆孔。壁后注浆孔的深度以超过井壁厚度100～200mm为宜。在井壁质量不好、且井壁接茬涌水时，采用均匀布孔，三花眼布置，注浆孔间排距为1.0~1.5m(根据涌水状况确定)；如果井壁质量好，就在接茬的上、下布孔；如果上接茬和下接茬之间有出水点，除在接茬处注浆外，还需在出水点处打孔注浆(3～5个孔)；如果出水点不是水源出水，可在出永点处打浅孔，进行壁内注浆。

副井井壁接茬之间高度按2 m计算，注浆段每圈截水孔设计打22个孔，分为5个注浆段，则副井截水孔总数为220个孔。

副井注浆范围为井深0/512m，重点注浆段为0～203m匀布孔注浆；在其它区域约有1/4区域需要均匀布孔注浆。注浆孔间排距均按2.5m考虑，设计壁后注浆孔数约为643个孔。副井注浆孔总计863个。

2.6 注浆压力及浆液量

注浆压力根据副井实际条件，注浆终压以不破坏井壁为般控制在3～4MPa。正常条件下，最大注浆压力不超过6MPa

副井壁后注浆浆液注入量经计算：注浆材料消耗量：配制1m3水泥一水玻璃浆液需425#普通硅酸盐水泥475kg，45Be’的水玻璃53kg。另外为取得更好的注浆堵水效果，还需要准备聚氨酯浆液4t和新型超细注浆材料1t。

3 注浆施工

依据方案设计，对每一注浆段，较大的涌水点采取直接钻孔注浆。对接茬部位针对涌水、渗水情况采用在接茬上下间距500mm，打2圈截水圈进行封堵，然后对接茬进行注浆处理由于井壁经过几次注浆后，壁后孔隙、缝隙连通条件引起改变，注浆时观察注浆压力和注浆量的变化，以免由于注浆压力过大造成井壁破坏。

3.1 井壁接茬注浆

由于井筒掘进采用短段掘砌方法施工，接茬多而且接茬处漏水较严重．占井筒漏水量的50%，是本次注浆的重点。

(1)截水圈施工。在接茬上下500mm范围按间距2m进行打孔注浆，注浆孔深度以超过井壁150～200mm为宜。钎头采用35mm钎头，注浆孔口管采用32mm铁管，1高压阀门，19mm高压注浆管。注浆前先用清水清洗注浆孔，然后注入注浆材料，浆液浓度及配合比按设计要求严格控制，密切观察注浆压力变化，根据注浆情况随时调节注浆材料配比以达到最好的堵水效果。

(2)井壁漏水点施工。针对不同的井壁漏水点采取不同的方法进行施工。对于井壁漏水点较大的部位采取直接对漏水点打孔注浆。注浆方法与截水圈施工方法一致。

对于井壁漏水点不太明显，而且漏水点多的情况采用三花或五花眼布孔注浆。注浆后根据情况采用聚胺脂类浆液、水玻璃一氯化钙，及其它水玻璃类浆液进行复注，以达到最佳堵水效果。

(3)接茬处理。接茬处理是本次工作的一个重点，接茬施工中首先在接茬部位间隔1.5～2m打孔注浆，然后再根据漏水情况局部进行壁内注浆处理，最后采用化学浆液进行封堵残余水量。

(4)壁后流砂层处理。由于井筒在20～30m范围内有一流砂层，流砂层施工中井壁质量差，不仅接茬处漏水，而且砼井壁渗水已很严重，针对这种情况，首先对砂层进行固结。注浆孔打透井壁1.0~1.5m，下长孔口管采取间歇定量注浆方法加固岩层。浆液采用水泥一水玻璃浆液，水玻璃类浆液为主。根据情况适当配合聚胺脂类浆液，通过处理既加固了流砂层又起到了增加井壁厚度减少漏水的目的。

(5)井壁渗水处理。在接茬和直接涌水点封堵后，对砂层加固使井筒涌水量井壁渗水段采用三花眼布置注浆孔，主要以聚胺脂和水玻璃类浆液为主进行封堵井壁渗水。施工中采取由下至上的方法，层层加固，根据情况采取多次复注的方式，封堵井壁渗水。

总之通过对井壁接茬涌水点砂层加固及井壁渗水的处理，施工中采用多种浆液联合封堵措施，使井筒涌水量降低90%以上，原来的7.68m3/h下降到0.5m3/h，取到了很好的注浆封水效果。

4 经济社会效益

通过综合注浆技术的应用实施，使副井井筒涌水量由原来的7.68m3/h降到0.5m3/h综合堵水效率90%以上。既改善了工人的作业环境又大大延长了井简装备的使用寿命，同时减少了地下水的流失。每年为企业减少了大量的电费开支，取得了良好的经济、社会效益。

5 结论

(1)针对小康矿副井涌水量大的难题，充分调查原施工情况，井壁渗漏水情况及井筒井检钻资料和施工地质素描，在此基础上总结前几次注浆效果差的经验教训。有针对性的提出技术上最有效、经济上最合理的综合治理技术，取得了较好的封水效果。

(2)采用综合治理技术封堵小康矿副井涌水是行之有效的，堵水效率达90%以上，节省了大量的电费，减少了地下水的流失，延长了井简装备服务年限，经济、社会效益显著。

(3)施工中采用的注浆工艺流程合理，所选参数适宜，依据现场情况确定的注浆材料配比、浆液配比合理，应用效果好，降低了材料成本。

(4)采用综合治理技术在小康矿副井的成功应用，为类似矿井涌水的治理提供了可以借鉴的成功经验。