矿井防治水之注浆

2017-10-19陈丹

中国科技纵横 2017年17期

关键词：矿井注浆

陈丹

摘要：矿井防治水是保障矿井安全建设和生产的重要手段。防治水方法主要有：注浆法和冻结法，这两种方法都属于井筒特殊施工法，本篇主要介绍注浆法。

关键词：矿井；防治水；注浆；矿井建设

中图分类号：TD74 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0182-02

1 注浆的定义

注浆堵水是指将注浆材料制成浆液，压人地下预定位置，使其扩张固结、硬化，起到堵水截流，加固岩层和消除水患的作用。从定义中就可以看出注浆的目的即是为了堵水，为了保障在矿井建设和生产中安全生产。

2 注浆的分类

按照注浆的流程和方式等，注浆可以分为：地面预注浆、工作面注浆、壁后注浆。采用何种方法注浆要根据水文地质、工程地质、工程工期、所采用的设备能力和经济合理性等因素决定。

2.1 地面预注浆

即在井筒建设前预先参照水文地质资料从地面布置注浆孔进行注浆，以此形成以井筒中心为半径的圆形（理想形状）隔水帷幕，达到永久堵水的目的，保障矿井建设和生产的安全。当含水层且层间距不大时，宜采用地面预注浆，但因其钻孔深度大、孔斜控制要求高、对注浆设备和技术要求高，用此法注浆时工程费用较高。

（1）当分段进行注浆时，可采用上行式注漿、下行式注浆或上行与下行混合式注浆。注浆施工一般有以下两种施工方案：1）全直孔方案：此方案以井筒中心为半径的圈径上布置注浆孔施工即可。一般不与冻结、凿井平行作业时采用此方案。直孔施工工艺相对简单，施工费用较低，风险较小，安全可靠。2）直孔—S孔方案：此方案内圈为直孔，外圈为S孔，在施工时先施工内圈直孔，施工完毕后把施工场地闲置出留给冻结和凿井单位，再施工外圈S孔。一般与冻结、凿井平行作业时，采用此方案施工。与冻结、凿井可平行作业，缩短建井工期。但S定向孔施工较复杂，技术难点多，施工费用较高，存在一定的风险。随着我国定向技术的发展，在施工中采用随钻定向、无线定向、陀螺仪定向及螺杆钻具纠斜等技术，一般均能达到定向施工要求。

（2）注浆孔的要求。1）预注浆孔的数量一般为3—8个。2）孔位距井筒荒径应大于1米，钻孔应在相同的注浆深度内呈相对均匀分布状态。3）注浆孔的深度应超过所注含水层底板以下10米，当井筒底部位于含水层时，终孔的深度应超过井筒底部10米。4）注浆钻孔每隔40米应测斜1次，钻孔的偏斜率不应大于0.5%，注浆钻孔的落点在相同的注浆深度。5）注浆孔与冻结孔的最小距离应大于6米。6）需冻结段与注浆段交叉共同封水时，其交叉段长度要大于15米。7）需直孔注浆段与S孔交叉段共同封水时，其注浆封水交叉段长度要大于10米。

（3）注浆段高的划分。

如表1。

（4）地面预注浆准备工作。1）注浆孔钻成后，应用清水冲孔，并应直至返清水为止，当裂隙小且冲孔效果不好时，应采用抽水洗孔。2）整个注浆管路系统压水试验的压力宜为注浆终压的1.2倍～1.5倍，试压的持续时间要不少于15min。3）对钻孔进行压水试验，应检查止浆塞的密封效果和测量钻孔的吸水量，并应作为确定浆液品种、配比或浓度、泵压、泵量的依据。4）正常注浆段压水时间宜为10min～20min；复注注浆段压水时间宜为20min～30min；流量应由小逐渐增大，应选择2个～3个压力值的流量，每个压力值压水时间不应少于10min。

（5）地面预注浆终压值。1）岩帽段注浆终压值应大于静水压力值的1.5倍。2）注浆段水泥和水泥-水玻璃浆液的注浆终压值应为静水压力值的2倍-4倍。3）注浆段黏土-水泥浆注浆终压值：对孔深小于或等于400m的注浆段终压值，应为静水压力值的2.5倍～3倍；对孔深大于400m的注浆段终压值，应为静水压力值的2倍～2.5倍。

（6）地面预注浆结束标准。1）单液水泥浆：当终量为50L/min～100L/min及注浆压力达到终压时，继续以同样压力注入较稀的浆液20～30min后，即可结束该段的注浆工作。2）粘土-水泥浆：当终量小于250L/min及注浆压力达到终压时，经稳定20～30min后，即可结束该段的注浆工作。3）水泥-水玻璃浆：当终量为100L/min～120L/min及注浆压力达到终压时，经稳定20～30min后，即可结束该段的注浆工作。

2.2 工作面注浆

一般指掌子面注浆，即对开挖面前方土体进行注浆加固。当井筒穿过的基岩含水层赋存较深，或含水层间距较大，中间又良好隔水层，宜采用工作面注浆法施工。此注浆法较为节省钻孔工程量和工程工期。工作面注浆可分为工作面预注浆或工作面直接堵漏两种方法。

2.2.1 注浆控制要点

（1）工作面预注浆的段高一般为30m～50m.

（2）直接堵漏注浆孔的深度应始终超前掘进进尺2m以上。

（3）工作面预注浆的深度大于700m时，其注浆段黏土-水泥浆液终压值应为静水压力值的1.5倍～2倍，其他时候的终压值与地面预注浆相同。

（4）直接堵漏注浆终压值宜大于或等于静水压力的2倍～4倍。

2.2.2 工作面注浆的结束标准

（1）工作面预注浆的注浆孔的注浆压力达到终压且注入量应小于30L/min～40L/min。

（2）直接堵漏注浆时，各钻孔的涌水已封堵、无喷水，且涌水量应小于施工设计规定。

2.3 壁后注浆

指衬砌施工完毕后对衬砌和围岩、初支和二衬之间的空隙进行补充注浆，填充之间的空隙。当井筒深度小于600m，涌水量超过6m3/h 、井筒深度大约600m，涌水量超过10m3/h 时宜采用壁后注浆。

2.3.1 壁后注浆控制要点

（1）注浆段壁后为冲击层时，注浆孔的深度应小于井壁厚度200mm；双层井壁，注浆孔应穿过内层井壁进入外层井壁，进入外层井壁深度不应大于100mm。endprint

（2）漏水的井壁段壁后为含水岩层时，注浆孔宜进入岩层1m以上。

（3）壁后注浆的压力值应大于静水压力0.5Mpa～1.5 Mpa，在巖石裂隙中的注浆压力可适当提高。

（4）井筒进行钻孔注浆作业时，作业点下方不得有人。

2.3.2 壁后注浆的结束标准

（1）注浆孔的注浆压力达到终压。

（2）各钻孔的涌水已封堵、无喷水，且涌水量应小于施工设计规定。

3 注浆材料

（1）主要注浆材料选择黏土、水泥、水玻璃，辅助添加剂选择三乙醇胺、工业盐等。注浆应采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5；水玻璃模数应为2.4～3.4，密度1.368×103kg/m3～1.465×103kg/m3；黏土塑性指数不应小于10，粒径不小于0.005mm的粘粒含量不应低于25%，含砂量不应大于5%，有机物含量不应大于3%。

（2）注浆浆液分类：注浆浆液可分为单液水泥浆、水泥—水玻璃浆、黏土水泥浆、化学浆液，实际操作时应根据不同的地质资料、水文资料以及实际施工情况来选择浆液品种。

4 浆液注入量及注浆材料计算：

4.1 计算公式

Q=Aπ（R+r）2HnB/m

式中：Q— 浆液注入量（m3）；

A—浆液消耗系数（取1.2～1.5）；

R—浆液有效扩散距离（m）；

r—注浆孔布置圈半径（m）；

H—注浆段高（m）；

n—岩层平均裂隙率（%）；

B—浆液充填系数（取0.9～0.95）；

m--浆液结石率（取0.5～0.85）