王云潮

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 立井水文地质概况

1.1 矿井含水层

庙口煤矿立井经过前期地质勘探所揭示的含水层主要有3组：其中第四系和第三系的砂砾系以及砾石孔隙水共同构成了第一组含水层；煤层顶部的砂岩则构成了第二组含水层，厚度17.54～46.77 m，均厚28.18 m；太原组上部的灰岩部分是第三组，厚度大约0.28～7.78 m，均厚3.33 m。

1.2 工作面探水情况

工作面钻孔探水布置形式如图1所示。当各钻孔单液注浆压力值达到4 MPa后，各个钻孔注入的浆液较少，此时对各钻孔进行封孔，再对井筒进行施工。由于L7～L8灰岩缝隙还在发育，在此处施工时需要往裂隙中注入泥岩进行填充。工作面钻孔探水施工有关参数见表1。

表1 工作面钻孔探水施工参数

图1 工作面钻孔探水结构布置图

1.3 井底水窝突水淹井分析

L7～L8位置为灰岩，在掘砌到1段高时需要数次放炮，每次装药量都比较大，对周围岩石的震动作用也比较大。首个段高的施工结束后开始回模板，这时迎面的西南方向涌进大量水源，风井的排水能力只有50 m3/h，涌水无法及时排出淹没了井筒。一开始涌水中含有大量泥沙，为了分析涌水来源，取水样进行了水质化验。化验结果显示，Ca2+含量均超过了40 mg/L。当Ca2+含量大于30～40 mg/L时，水源一般是奥灰水，从而可以推断涌水的来源极有可能是奥灰水。

2 水窝涌水治理方案选择

根据现场实际情况，参考以往井筒突水治理经验[1-6]，制定了以下几种方案：

（1）使用商品混凝土止浆垫。通过浇筑止浆垫防治水具有强度大、施工快速的优点，但在止浆垫浇筑过程中容易出现淤泥堵塞情况，会对止浆垫浇筑的强度产生不利影响。

（2）使用水泥灰止浆垫。借助溜灰管和压风管，将2寸胶管套进管子中，把混凝土浇筑到2趟管路中。此方案的好处是方法比较简单，但效率不高。

（3）先排水后浇混凝土。止浆垫的浇筑质量比较高，强度也会增加。但这个方案需要排水量较大的泵，这样所需时间久，工期长，还要二次敷设电缆，成本也会增加。实际涌水和水源的情况了解不详细，排水所需时间也不易把握。

根据现场实际情况及上述三种防治水方案比较，确定采用浇筑水泥灰止浆垫方法对水窝涌水进行防治。

3 水窝预注浆防治水方案具体实施

3.1 止浆垫材料选择及结构确定

炉渣水泥灰产生的热度比较低，对止浆垫的浇筑质量非常有帮助，市面流通的最高标号是325#，不足以支撑水泥灰浇筑所需要的强度。高标号的硅酸盐以及一般硅酸盐水泥在凝结时产生的热度比较高，既不利于止浆垫凝固，也会损害止浆垫质量以及强度。根据以上情况，可以使用一般性质的硅酸盐水泥，规格是PO.42.5。

平底型止浆垫有效厚度计算公式如式（1）：

式中：B为止浆垫厚度；P0为注入浆液时产生的终压最大值，5 MPa；σ为混凝土在7 d状态下能够承受的强度，2.5 MPa；h为球面矢度，0.3；r为井筒半径，2.75 m。把以上参数代入公式（1）中得出B值为6.325 m，实际上取7 m。鉴于素灰止浆垫顶部部分受到井水浸泡，止浆垫末部与底部淤泥混合到一起部分按3 m深度考虑，故本次浇筑素灰止浆垫总体厚度实际值为12 m。

3.2 素灰止浆垫浇筑

为了防止下灰时冲击到止浆垫，避免对素灰沉淀及止浆垫快速凝结造成影响，可对灌注止浆垫所用胶管进一步加工。在胶管出口将3 m长的胶管制成封闭的花管样式，浇筑止浆垫时采用侧面出灰方式。搅拌容器均为容量为1 t的翻斗矿车，素灰通过铺放在翻斗矿车底端的条形花管与胶管、压风管连接后的压风作用进行搅拌，搅拌同时使用污水泵吸浆。污水泵中如果进风会导致吸浆停止，为了避免这种问题，水泥灰的搅拌工作和污水泵的吸浆工作采用不平行作业的方式。

3.3 井底水窝预注浆防治水

（1）注浆钻孔

结合现场的实际情况，一共设计了6个钻孔。探放水的钻探工作在井深160～208 m范围内进行，井底水窝位置钻孔探水施工设计参数见表2。井底水窝位置涌水混有泥浆，为了确定井筒内淤泥所处的位置，采用垂直分布的钻孔方式进行钻探，并对钻孔过程中发现的泥浆出水位置采用点对点注浆进行封堵。

表2 井底水窝钻孔探水设计参数

为了避免在含水层施工时出现突水问题，采用100 mm的高压球阀通过法兰与无缝钢管焊接的方式对注浆过程进行控制。超出商品混凝土止浆垫水平面的孔口管的长度为0.5 m。当商品混凝土止浆垫处于3 d状态，在混凝土的上面安装好相应的工作台，并布置孔口管，开始作业。刚开始时要进行试钻进，钻孔钻进速度要缓慢，当钻孔钻进一段距离后，要对孔口管进行压力试验，只有试验压力值符合要求才能进行正常钻孔作业。根据现场实际情况，此次工作面钻孔钻至10 m时开始注入清水进行压力试验，所得试验压力值为6 MPa，符合正常钻进的要求。

（2）材料及注浆量

单孔需要注入的单液浆水泥浆，经计算可得Q=69.22 m3，具体以实际为准。此次钻孔注浆所选浆液为单液浆，具体的注浆参数见表3。

表3 钻孔注浆浆液参数

（3）施工设备及次序

此次井底水窝钻孔所用钻机型号为SGZL-3B，配套使用Φ50 mm×1.5 m钻杆、直径75 mm的钻头，注浆时使用的泥浆泵为BW-250型。具体钻孔注浆施工顺序如图2所示。

图2 钻孔注浆施工次序图

对4#、6#两个位置进行作业时采用的是交替进行复钻和注浆的方式。有涌水进入就需要提钻注入浆液然后重新钻进，二次施工，出现了涌水问题的钻孔都需要重新钻孔核查注浆效果。

3.4 井底水窝防治水效果分析

此次井底水窝工作面钻孔探水施工过程出现多处涌水，对工作面出现涌水的位置均通过注浆进行封堵。工作面具体涌水位置及注浆防治水效果见表4。本次探放水作业一共施工了7处有效钻孔，总工程量达到539 m，其中钻探288 m，复钻251 m。此次工程共计消耗水泥314.6 t，施工时间将近3个月，清理水泥灰止浆垫的时候并没有涌水出现，达到了非常理想的注浆效果。

表4 涌水位置及注浆防治水效果分析表

4 结论

（2）在静水位进行水泥灰止浆垫浇筑工作，可以防止强排水时产生的排水量问题以及涌进水量不清晰问题的发生，同时避免对止浆垫进行重新浇筑。通过孔口管把混凝土止浆垫和水泥灰止浆垫进行加固，并使之成为一个整体，可以有效解决浇筑止浆垫时产生的“活塞”问题。

（3）对施工方案的选择和调整也会直接影响到探放水工程的施工效率，所以在制定施工方案时应当综合考虑各方面的因素。设计探放水方案时理应充分地分析施工地点附近的水文和地质情况，在探放水工程结束后应该对探放水进行注浆效果评价。