井筒破碎帶突水淹井分析及處理
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁(yè)
安徽淮北演武煤礦設(shè)計(jì)采用1對(duì)立井開(kāi)拓?；旌暇L(fēng)井設(shè)計(jì)全深為246m和136m，凈徑分別為φ5.0m和φ3.5m，松散層底界埋深為79m和81m，基巖風(fēng)化裂隙破碎帶厚度實(shí)測(cè)為40m和38m.混合井與風(fēng)井凍結(jié)深度均為100m.混合井井壁結(jié)構(gòu)92m以上是雙層鋼筋混凝土井壁，92～100m為混凝土單層井壁；風(fēng)井92m以上為雙層鋼筋混凝土井壁，100m以下為混凝土單層井壁。
風(fēng)井于1993-11-26開(kāi)始凍結(jié)，1994-01-25開(kāi)挖，1994-03-17掘筑至93.2m時(shí)停止，在井底砌筑混凝土止?jié){墊后，向上砌內(nèi)壁，套壁結(jié)束后，即轉(zhuǎn)入工作面探水注漿。共鉆5個(gè)孔，注入水泥610.5t.在止?jié){墊基本拆完時(shí)，井底東南方向和少量出水，隨后水量漸增，并含和泥砂，涌水量達(dá)94m3/h，強(qiáng)行排水可能造成壁后泥砂下泄，因此停止排水，井筒被淹。
混合井于1994-01-29開(kāi)始凍結(jié)，1994-04-13正式開(kāi)挖。1994-06-07掘筑至井深94.1m時(shí)，在井底構(gòu)筑混凝土止?jié){墊后，向上套壁，套壁結(jié)束即轉(zhuǎn)入工作面探水注漿。共鉆孔2個(gè)，孔深55m，鉆孔涌水量均為0.14m3/h，注入水泥21.1t.在拆除止?jié){墊下掘至深95.3m（破止?jié){墊后下掘1.2m）時(shí)，井筒東南方向風(fēng)化破碎基巖片幫約20m3后出水，初始水量76m3/h，隨后迅速增至124.8m3/h，含泥砂，后停止排水，井筒被淹。
2、井筒地質(zhì)、水文地質(zhì)條件
煤系地層之上沉積了平均厚約81.13m第四系松散層，賦存4個(gè)含水層。其中，第4含水層為風(fēng)化礫石層，含水較豐富，混合井、風(fēng)井揭露厚度分別為7.6m和5.0m，是煤系地層直接補(bǔ)給水源?；鶐r含水層裂隙發(fā)育較差，常為方解石充填或半充填，富水性較弱。
井田位于肖縣背斜西翼，其中F4正斷層為主干斷裂，落差由NE向SW從30～70m漸增至于500m，傾向NW，走向18～81°，斷層傾角一般為50°左右，在淺部強(qiáng)烈切割地層并發(fā)育牽引構(gòu)造，斷層破碎帶發(fā)育。風(fēng)井揭露斷層破碎帶寬度為32.45m，風(fēng)井井筒實(shí)際揭露破碎帶寬度為30m，巖石極為松散破碎，為灰白、紫紅色粉砂、泥質(zhì)角礫巖。
井筒實(shí)際揭露基巖段巖石裂隙極為發(fā)育，松散破碎，充填軟泥，強(qiáng)度極低，工程地質(zhì)條件極差。
3、突水淹井水源及原因分析
3.1突水水源
混合井、風(fēng)井突水后，通過(guò)沉淀物取樣觀測(cè)，部分為灰白、淡紅色軟泥，其中含和少量細(xì)粉砂粒。突水來(lái)勢(shì)兇猛，水量?；旌暇凰?h后，實(shí)測(cè)風(fēng)井靜水位下降了1.54m，說(shuō)明兩井水力聯(lián)系密切、來(lái)源一致。取水樣分析結(jié)果，兩井水化學(xué)主要成分基本相同，又與勘探期間水樣資料及鄰區(qū)資料對(duì)比，都顯示其化學(xué)成分與松散層底部四含水基本一致。因此認(rèn)定，混合井、風(fēng)井突水水源為第四系松散層底部四含水，四含水通過(guò)風(fēng)化裂隙帶及F4斷層破碎帶進(jìn)入井內(nèi)。
3.2突水淹井原因
（1）未施工井筒檢查孔。該礦混合井、風(fēng)井開(kāi)工前均未施工井筒檢查孔，且勘探期間井田水文地質(zhì)工作程度嚴(yán)重不足，增加了井筒施工的盲目性。
（2）井筒位置選擇不盡合理。兩井筒均設(shè)計(jì)在井田主導(dǎo)斷層F4正斷層（H=290～350m）及F5正斷層（H=15～30m）附近，巖石破碎、圍巖強(qiáng)度低，致使地層富水性增強(qiáng)，也是造成突水淹井的原因之一。
?。?）井筒凍結(jié)深度問(wèn)題。兩井筒凍結(jié)深度均為100m，都終止在導(dǎo)水性較強(qiáng)的強(qiáng)風(fēng)化裂隙帶中，不符合《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中關(guān)于“井筒的凍結(jié)深度必須深入不透水的穩(wěn)定巖層10m以上。當(dāng)基巖下部30m左右仍和含水層時(shí)，應(yīng)延伸凍結(jié)深度……?！敝?guī)定；也不符合《煤礦安全規(guī)程》中“凍結(jié)深度應(yīng)穿過(guò)風(fēng)化帶進(jìn)入穩(wěn)定的基巖8m以上?；鶐r段漏水較時(shí)，應(yīng)加深凍結(jié)深度”的規(guī)定。
4、風(fēng)井工作面預(yù)注漿
風(fēng)井工作面共鉆注5孔，注漿37次，鉆掃孔進(jìn)尺1645.8m，注入水泥610.5t、水玻璃4865kg，終孔深度為53m（垂深91～144m），注漿終壓8～9MPa，鉆孔最涌水量為68m3/h，主要出水段位于井深101～119m.
本次注漿雖未達(dá)到預(yù)期效果，但給淹井恢復(fù)后的短段掘筑施工打下了基礎(chǔ)。一是查明了風(fēng)井下部風(fēng)化、軟弱破碎地層厚度，摸清了地質(zhì)水文條件的復(fù)雜性；二是通過(guò)注入量漿液基本堵塞了裂隙，降低了涌水量；三是對(duì)軟弱破碎地層加固起到了一定作用。
5、淹井及風(fēng)化破碎帶施工處理方案
（1）兩井均采用靜水拋渣注漿封底，堵塞出水點(diǎn)，排干井內(nèi)積水，給下步施工創(chuàng)造良好的作業(yè)條件；
?。?）根據(jù)突水水源及通道分析結(jié)果，對(duì)突水點(diǎn)上部井壁實(shí)施壁后注漿，把壁后充填密實(shí)，加固圍巖，控制泥砂下泄，切斷導(dǎo)水通道；同時(shí)，在工作面采取邊探邊注邊掘、短段掘筑、快速?gòu)?qiáng)行通過(guò)的施工方法。
6、井筒注漿及掘筑施工
6.1靜水拋渣注漿封堵突水點(diǎn)
其工藝過(guò)程為在井筒水位近自然水位的條件下，從地面向井筒內(nèi)下輸料管至井底，然后向井內(nèi)拋20～40mm粒級(jí)的石渣，再注入單液濃水泥漿，養(yǎng)護(hù)7～10d后，即進(jìn)行試排水檢查與排水，直至將井內(nèi)水排凈。其原理是在高水柱壓力下，連續(xù)注單液水泥漿至下拋的石渣空隙及涌水通道中，將水?dāng)D走，自行結(jié)石，膠結(jié)骨料，并將井壁四周及出水部位充填密實(shí)，達(dá)到封水目的。
混合井、風(fēng)井分別設(shè)置3路和兩路注漿管，其末端安裝和帶底錐的花管，長(zhǎng)度分別為2m和1m.花管采用φ50mm鉆桿加工，孔眼為φ10mm，間隔30～50mm，成“五花狀”排列。注漿管分別利用溜灰管、壓風(fēng)管、安全梯等空位下放。水泥漿采用水灰比0.75∶1～1∶1濃漿，加速凝劑。注漿終壓為2～3MPa.注漿泵采用日本產(chǎn)HFV-C型液壓泵兩臺(tái)，漿液制作采用兩臺(tái)1.2m3攪拌機(jī)。
混合井、風(fēng)井拋渣厚度分別為6.5m和3.5m，注入水泥量分別為67.75t和21.5t.排水到底后，實(shí)測(cè)混合井工作面涌水量為0.34m3/h，風(fēng)井為0.12m3/h，封堵水效果近100%.
6.2混合井、風(fēng)井施工技術(shù)主要特點(diǎn)
6.2.1壁后注漿充填、加固、截水
施工時(shí)首先對(duì)兩井拋渣層斷壁后進(jìn)行注漿。拋渣段垂深混合井為88.8～95.3m，風(fēng)井為86.3～93.2m.采用YT-24型風(fēng)錘，φ42mm釬頭，長(zhǎng)1.2m，2.2m，3.2m釬桿。鉆孔采用同水平等距布置，與工作面夾角一般為45°，孔深一般為2.5～3.0m，上下水平間距為0.8～1m.每水平布孔數(shù)，混合井8～10個(gè)，風(fēng)井5～10個(gè)不等，上下水平鉆孔成“三花狀”。漿液材料選用525號(hào)和425號(hào)普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)3.2，濃度38～42玻美度。以單液水泥漿為主，水泥-水玻璃雙液漿為輔，單液水泥漿水灰比為2∶1～0.8∶1.先注單液水泥漿，后注雙液漿封孔。注漿孔口管采用φ38mm無(wú)縫鋼管加工而成，打一孔，注一孔。
KBY-50/70型兩種。對(duì)嚴(yán)重破碎部位加強(qiáng)注漿，對(duì)進(jìn)漿量小的采取注前壓稀水玻璃技術(shù)，提高了進(jìn)漿量。兩井采用了以上方法，順利揭開(kāi)了拋渣層。揭露原突出部位后觀察，漿液充填較密實(shí)，出水量較小。在井筒繼續(xù)掘筑過(guò)程中，對(duì)井幫出水點(diǎn)在筑壁時(shí)及時(shí)埋設(shè)導(dǎo)水管，養(yǎng)護(hù)后注漿封堵、充填，保證了掘筑工作的正常進(jìn)行。
6.2.2井壁漏水的靜水拋渣注漿封堵
風(fēng)井掘筑至垂深102m處，井筒涌水量上升至43.5m3/h，涌水主要集中在垂深97～99m段井壁接茬縫、麻面、蜂窩及預(yù)埋導(dǎo)水管處，呈噴射狀出水。施工期間，經(jīng)常出現(xiàn)停電、停泵淹井現(xiàn)象，因此，對(duì)該段井壁漏水采取了拋渣注漿封堵井壁漏水的施工方法。
施工時(shí)，井內(nèi)下1趟φ50mm注漿管，拋碎石83.7m3，注入單液水泥漿54.4m3.養(yǎng)護(hù)排水到底后，挖除拋渣層至原掘筑深度102m時(shí)，實(shí)測(cè)井內(nèi)涌水量為0.75m3/h，封水效果達(dá)98.3%，觀察發(fā)現(xiàn)原井壁出水點(diǎn)被漿液充填密實(shí)，使短段掘筑工作又能繼續(xù)進(jìn)行。
6.2.3取消壁座，采用單層井壁和井圈臨時(shí)支護(hù)
混合井與風(fēng)井原設(shè)計(jì)在99m處設(shè)壁座，正位于風(fēng)化裂隙、斷層破碎帶中，徑向需擴(kuò)2m，若按原設(shè)計(jì)施工，很可能破壞注漿帷幕，再次造成片幫透水，因此，為盡快通過(guò)風(fēng)化斷層破碎帶，施工中取消壁座，改為雙層鋼筋單層混凝土井壁?；旌暇股?2～107m、風(fēng)井92～109.8m均為雙層鋼筋單層混凝土井壁，壁厚分別為0.7m和0.6m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40.雙層鋼筋等都與上一段鋼筋焊接，兼作井壁懸吊作用。采用18號(hào)槽鋼井圈、水泥或木背板作筑壁前的臨時(shí)支護(hù)。由于兩井筒基巖風(fēng)化破碎嚴(yán)重，施工中片幫最深度曾達(dá)4m，寬2m；給施工造成極困難。為此采用先開(kāi)挖中間、再刷其它方位井幫，邊刷邊架圈邊塞背板，及時(shí)支護(hù)易片幫部位方法，減少了井壁圍巖片幫出水機(jī)會(huì)，為筑壁爭(zhēng)取了時(shí)間。
6.2.4短段掘筑，快速施工
根據(jù)掘進(jìn)后井幫圍巖來(lái)壓小和周期變化規(guī)律，確定掘筑1m段高時(shí)間不超過(guò)1.5d.施工中采用風(fēng)鎬掘進(jìn)，段高一般為0.8～1.0m，掘進(jìn)后立即筑壁。為減少混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，摻加了速凝劑。刷幫時(shí)，為防止上段高的井壁下沉，采取先在井壁下掏3～4個(gè)槽塞入料石等物支撐，再面積刷幫的方法，效果較好?；旌暇?、風(fēng)井分別掘至107m和109.8m，圍巖條件轉(zhuǎn)好，恢復(fù)正常放炮掘筑施工。
7、結(jié)語(yǔ)
由于未施工井筒檢查孔，井筒地質(zhì)及水文地質(zhì)條件不清；井筒選擇在斷層破碎帶中；凍結(jié)深度不夠（僅為100m），均終止在富水性較強(qiáng)的強(qiáng)風(fēng)化裂隙破碎帶中，這些違反和關(guān)規(guī)程規(guī)范的做法，是導(dǎo)致淹井的根本原因。對(duì)此要接受教訓(xùn)。
在風(fēng)化、軟弱、破碎、涌水地層中，注漿難度較，礦井開(kāi)工前，必須首先探明其地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的措施，提高注漿堵水效果；對(duì)軟弱破碎的注漿段地層，掘筑中可采用分片開(kāi)挖、臨時(shí)支護(hù)、短段掘筑、快速通過(guò)的施工方法，實(shí)踐證明效果較好。
