静水法封水施工技术

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1概况

兴跃矿主井井筒于2008年6月8日14∶00分左右，652.8m探水工作面超前探水预注浆5#孔孔深11.2m孔内发生突水，孔内高压水将孔内钻杆顶出0.3m后，瞬间由孔内喷出，数十分钟左右淹没探水工作面，预计突水量Q=130.0m3/h左右，因工作面排水能力有限，造成淹井。

2地质、水文地质

依据《兴跃煤矿兴水1号井测井说明》提供资料，K4、K3、K2为碳酸盐岩溶洞裂隙含水层，它以层状溶洞、溶孔、溶隙富集与运移地下水。钻孔突水层为K4灰岩承压含水层水，依据钻孔孔内突水特征，突水为石灰岩溶洞水。依据井筒652.8m工作面探水概况，单孔涌水量Q=20.5m3/h(探水孔孔径Φ55mm)。

3追排(封)水方案

3．1卧泵强排追水方案

选择大于工作面涌水量两倍排水能力的卧泵，强排追水到探水工作面并维持排水，拔出涌水孔内的钻具，关闭孔口阀门，进行注浆封堵孔内涌水。

3．2潜水泵强排追水方案

选择大于工作面涌水量两倍排水能力的潜水泵，强排追水到探水工作面，拔出涌水孔内的钻具，关闭孔口阀门，进行注浆封堵孔内涌水。

3．3静水法浇筑封水垫方案

待井筒内涌水上升到静止水位后，依据井筒内静止水位水头压力的大小，选用相应厚度的三乙醇胺、氯化钠为附加剂的单液水泥浆液，利用井内铺设的排水管路或压风管路，将单液水泥浆液直接浇筑在探水工作面及涌水钻孔面，使工作面涌水封堵，然后排出井筒内的积水恢复井筒探水工作面。

4追排(封)水方案优、缺点比较

4．1方案一

优点:组织大排量卧泵强排水，追水力度大。缺点:需调集大排量、高扬程卧泵，改造排水管路，增加稳车悬吊设备及动力电缆，追水频繁连接排水管路，追水速度相对较慢，安装工艺、追水工艺复杂

4．2方案二

优点:组织大排水量潜水泵强排水，追水力度大，施工工艺较为简单。缺点:需调集大排量、高扬程潜水泵，改造排水管路，增加稳车悬吊设备及动力电缆，追水频繁连接排水管路。排水时间较长，施工难度较大。

4．3方案三

优点:利用原有施工设施，不需增加任何外加排水设备及辅助电气设备，并且追水到工作面后，封堵工作面压力涌水成功率高，施工工艺简单，工期相对较短，井筒内涌水由动水状态转化为静水状态，追水时间较短，速度快。缺点:井内涌水需上升到静止止水位，封水垫需5～7天凝固时间。

5追排(封)水方案选择

经上述排追水与封水方案优、缺点比较，方案三封水成功率高，施工工艺简单，排水速度快，时间短。为此，本次选用方案三封堵工作面突水。

6封水垫参数的确定

6．1浆液性质及浆液浓度

依据工作面K4石灰岩溶洞、溶隙含水层含水类型，以及探水工作面突水量，水压大小，保证注浆液具有一定的胶凝时间，能自然流动进入涌水孔缝隙的技术要求，水泥浆液浓度选用水灰比1:1单液水泥浆液。

6．2浆液附加剂选择

为加快单液水泥浆液速凝、早强，参考有关资料，选用三乙醇胺、氯化钠作为单液水泥浆液附加剂。

6．3封水垫厚度的确定

依据探水工作面K4石灰岩岩溶、岩隙含水层水压的大小，浇筑单液水泥浆液凝固结石体不被石灰岩承压水压压破，参考有关资料，本次设计工作面涌水封水垫的厚度应为3．6m即可满足封水要求。

6．4浆液材料选择

浆液材料选择Po42.5新鲜普通硅酸盐水泥，附加剂选用三乙醇胺及氯化钠。

7封水垫浇筑工艺

7．1浇筑工艺

待井内涌水水位上升到稳定静止水位后，在井口布置两个浆液搅拌箱，搅拌箱体下部焊接出浆管，并且两个箱体下部的出浆管用三通连接后，将箱体出浆管直接插入到井筒内敷设的浆液输入管内即可，浆液通过井筒内敷设输浆管路将浆液直接输送到突水工作面，浆液凝固后完成对工作面的突水的封堵。

7．2浇筑作业

(1)上述工作完成后，井内涌水水位上升到静止水位，方可按设计浆液水灰比进行涌水工作面水泥浆液的浇筑，并按设计完成浇筑浆液的厚度。浆液附加剂必须按比例添加。

(2)浆液搅拌顺序:按设计加入每箱搅拌浆液所需的水量—加入设计定量水泥进行搅拌，浆液搅拌均匀后—加入设计定量的附加剂混合液进行搅拌均匀—放浆到浆液连接管内输入到涌水工作面。

(3)浇筑前测量井内静止水位的高度;浇筑完成后测量浇筑完成后井内水位的上升高度，并做好记录。

(4)在浇筑浆液过程中，浆液每浇筑1.5m后，需将井内输浆管路上提1.0m，避免管路在浆液内凝固。

8封水垫封水效果检查

8．1封水垫凝固时间

浇筑封水垫工作完成后，封水垫凝固时间7天，7天后进行井内试排水，检验工作面封水垫封水效果。封水垫检验方法:首次排水井内水位降深为2.0m后停止排水，然后进行水位观测，每15分钟观测一次，若观测到井内水位无明显上升变化时，可进行二次降深排水。二次排水降深为5.0m后停止排水，然后进行水位观测，每15分钟观测一次，若观测到井内水位无明显上升变化时，可进行三次降深排水。三次排水降深为10.0m后停止排水，然后进行水位观测，每15分钟观测一次，若观测到井内水位无明显上升变化时，可进行井筒内追水排水工作。每次排水时间间隔均为2h～3h。测水工作在吊盘上操作，测水位置(点)必须在同一个位置，测水必须连续进行，测水工作采用钢尺测量，测水记录必须完整。

8．2封水垫效果检验

三次降深试排水若任一一次测水水位变化较大，反映涌水工作面涌水未被封堵。此时必须停止井内排水，待综合各种因素分析后，重新采取措施进行封堵。若观测井内水位变化很小，证明涌水工作面突水已被封堵，此时可进行正常追排水工作。

9加快浇筑封水垫及工作面治水措施

为尽快实施浇筑封水垫的施工，必须使井内水位在最短时间内达到静止水位，为此采取由地面组织水源向井内灌水，加快井内水位上升，尽快使井内水位达到静止水位，从而实施突水工作面封水垫的浇筑。封水垫浇筑完成达到凝固期后，经试排水证明工作面突水已被封堵，此时可进行井筒内追排水工作。

作者：姬良雨 任付兴 单位：河南煤炭建设集团有限责任公司