靜水法封水施工技術(shù)
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1概況
興躍礦主井井筒于2008年6月8日14∶00分左右，652.8m探水工作面超前探水預(yù)注漿5#孔孔深11.2m孔內(nèi)發(fā)生突水，孔內(nèi)高壓水將孔內(nèi)鉆桿頂出0.3m后，瞬間由孔內(nèi)噴出，數(shù)十分鐘左右淹沒探水工作面，預(yù)計(jì)突水量Q=130.0m3/h左右，因工作面排水能力有限，造成淹井。
2地質(zhì)、水文地質(zhì)
依據(jù)《興躍煤礦興水1號井測井說明》提供資料，K4、K3、K2為碳酸鹽巖溶洞裂隙含水層，它以層狀溶洞、溶孔、溶隙富集與運(yùn)移地下水。鉆孔突水層為K4灰?guī)r承壓含水層水，依據(jù)鉆孔孔內(nèi)突水特征，突水為石灰?guī)r溶洞水。依據(jù)井筒652.8m工作面探水概況，單孔涌水量Q=20.5m3/h(探水孔孔徑Φ55mm)。
3追排(封)水方案
3．1臥泵強(qiáng)排追水方案
選擇大于工作面涌水量兩倍排水能力的臥泵，強(qiáng)排追水到探水工作面并維持排水，拔出涌水孔內(nèi)的鉆具，關(guān)閉孔口閥門，進(jìn)行注漿封堵孔內(nèi)涌水。
3．2潛水泵強(qiáng)排追水方案
選擇大于工作面涌水量兩倍排水能力的潛水泵，強(qiáng)排追水到探水工作面，拔出涌水孔內(nèi)的鉆具，關(guān)閉孔口閥門，進(jìn)行注漿封堵孔內(nèi)涌水。
3．3靜水法澆筑封水墊方案
待井筒內(nèi)涌水上升到靜止水位后，依據(jù)井筒內(nèi)靜止水位水頭壓力的大小，選用相應(yīng)厚度的三乙醇胺、氯化鈉為附加劑的單液水泥漿液，利用井內(nèi)鋪設(shè)的排水管路或壓風(fēng)管路，將單液水泥漿液直接澆筑在探水工作面及涌水鉆孔面，使工作面涌水封堵，然后排出井筒內(nèi)的積水恢復(fù)井筒探水工作面。
4追排(封)水方案優(yōu)、缺點(diǎn)比較
4．1方案一
優(yōu)點(diǎn):組織大排量臥泵強(qiáng)排水，追水力度大。缺點(diǎn):需調(diào)集大排量、高揚(yáng)程臥泵，改造排水管路，增加穩(wěn)車懸吊設(shè)備及動力電纜，追水頻繁連接排水管路，追水速度相對較慢，安裝工藝、追水工藝復(fù)雜
4．2方案二
優(yōu)點(diǎn):組織大排水量潛水泵強(qiáng)排水，追水力度大，施工工藝較為簡單。缺點(diǎn):需調(diào)集大排量、高揚(yáng)程潛水泵，改造排水管路，增加穩(wěn)車懸吊設(shè)備及動力電纜，追水頻繁連接排水管路。排水時(shí)間較長，施工難度較大。
4．3方案三
優(yōu)點(diǎn):利用原有施工設(shè)施，不需增加任何外加排水設(shè)備及輔助電氣設(shè)備，并且追水到工作面后，封堵工作面壓力涌水成功率高，施工工藝簡單，工期相對較短，井筒內(nèi)涌水由動水狀態(tài)轉(zhuǎn)化為靜水狀態(tài)，追水時(shí)間較短，速度快。缺點(diǎn):井內(nèi)涌水需上升到靜止止水位，封水墊需5～7天凝固時(shí)間。
5追排(封)水方案選擇
經(jīng)上述排追水與封水方案優(yōu)、缺點(diǎn)比較，方案三封水成功率高，施工工藝簡單，排水速度快，時(shí)間短。為此，本次選用方案三封堵工作面突水。
6封水墊參數(shù)的確定
6．1漿液性質(zhì)及漿液濃度
依據(jù)工作面K4石灰?guī)r溶洞、溶隙含水層含水類型，以及探水工作面突水量，水壓大小，保證注漿液具有一定的膠凝時(shí)間，能自然流動進(jìn)入涌水孔縫隙的技術(shù)要求，水泥漿液濃度選用水灰比1:1單液水泥漿液。
6．2漿液附加劑選擇
為加快單液水泥漿液速凝、早強(qiáng)，參考有關(guān)資料，選用三乙醇胺、氯化鈉作為單液水泥漿液附加劑。
6．3封水墊厚度的確定
依據(jù)探水工作面K4石灰?guī)r巖溶、巖隙含水層水壓的大小，澆筑單液水泥漿液凝固結(jié)石體不被石灰?guī)r承壓水壓壓破，參考有關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)工作面涌水封水墊的厚度應(yīng)為3．6m即可滿足封水要求。
6．4漿液材料選擇
漿液材料選擇Po42.5新鮮普通硅酸鹽水泥，附加劑選用三乙醇胺及氯化鈉。
7封水墊澆筑工藝
7．1澆筑工藝
待井內(nèi)涌水水位上升到穩(wěn)定靜止水位后，在井口布置兩個漿液攪拌箱，攪拌箱體下部焊接出漿管，并且兩個箱體下部的出漿管用三通連接后，將箱體出漿管直接插入到井筒內(nèi)敷設(shè)的漿液輸入管內(nèi)即可，漿液通過井筒內(nèi)敷設(shè)輸漿管路將漿液直接輸送到突水工作面，漿液凝固后完成對工作面的突水的封堵。
7．2澆筑作業(yè)
(1)上述工作完成后，井內(nèi)涌水水位上升到靜止水位，方可按設(shè)計(jì)漿液水灰比進(jìn)行涌水工作面水泥漿液的澆筑，并按設(shè)計(jì)完成澆筑漿液的厚度。漿液附加劑必須按比例添加。
(2)漿液攪拌順序:按設(shè)計(jì)加入每箱攪拌漿液所需的水量—加入設(shè)計(jì)定量水泥進(jìn)行攪拌，漿液攪拌均勻后—加入設(shè)計(jì)定量的附加劑混合液進(jìn)行攪拌均勻—放漿到漿液連接管內(nèi)輸入到涌水工作面。
(3)澆筑前測量井內(nèi)靜止水位的高度;澆筑完成后測量澆筑完成后井內(nèi)水位的上升高度，并做好記錄。
(4)在澆筑漿液過程中，漿液每澆筑1.5m后，需將井內(nèi)輸漿管路上提1.0m，避免管路在漿液內(nèi)凝固。
8封水墊封水效果檢查
8．1封水墊凝固時(shí)間
澆筑封水墊工作完成后，封水墊凝固時(shí)間7天，7天后進(jìn)行井內(nèi)試排水，檢驗(yàn)工作面封水墊封水效果。封水墊檢驗(yàn)方法:首次排水井內(nèi)水位降深為2.0m后停止排水，然后進(jìn)行水位觀測，每15分鐘觀測一次，若觀測到井內(nèi)水位無明顯上升變化時(shí)，可進(jìn)行二次降深排水。二次排水降深為5.0m后停止排水，然后進(jìn)行水位觀測，每15分鐘觀測一次，若觀測到井內(nèi)水位無明顯上升變化時(shí)，可進(jìn)行三次降深排水。三次排水降深為10.0m后停止排水，然后進(jìn)行水位觀測，每15分鐘觀測一次，若觀測到井內(nèi)水位無明顯上升變化時(shí)，可進(jìn)行井筒內(nèi)追水排水工作。每次排水時(shí)間間隔均為2h～3h。測水工作在吊盤上操作，測水位置(點(diǎn))必須在同一個位置，測水必須連續(xù)進(jìn)行，測水工作采用鋼尺測量，測水記錄必須完整。
8．2封水墊效果檢驗(yàn)
三次降深試排水若任一一次測水水位變化較大，反映涌水工作面涌水未被封堵。此時(shí)必須停止井內(nèi)排水，待綜合各種因素分析后，重新采取措施進(jìn)行封堵。若觀測井內(nèi)水位變化很小，證明涌水工作面突水已被封堵，此時(shí)可進(jìn)行正常追排水工作。
9加快澆筑封水墊及工作面治水措施
為盡快實(shí)施澆筑封水墊的施工，必須使井內(nèi)水位在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到靜止水位，為此采取由地面組織水源向井內(nèi)灌水，加快井內(nèi)水位上升，盡快使井內(nèi)水位達(dá)到靜止水位，從而實(shí)施突水工作面封水墊的澆筑。封水墊澆筑完成達(dá)到凝固期后，經(jīng)試排水證明工作面突水已被封堵，此時(shí)可進(jìn)行井筒內(nèi)追排水工作。
作者：姬良雨 任付興 單位：河南煤炭建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司