立井井筒工作面预注浆

立井井筒工作面预注浆
1 适用条件及工艺特征
立井通过含水岩层厚度不大、埋藏较深；或含水层之间相距较远、中间有良好隔水层等。

井筒掘进至含水层以上10m左右停止掘进，钻超前钻孔探明水压、涌水量及含水层准确位置。

按设计要求预留止浆岩帽或浇筑混凝土止浆垫，然后从工作面钻孔注浆，形成帷幕，涌水治理后，再进行井筒掘进
2 工作面预注浆工程设计
2.1 方案选择依据
2.1.1工程、水文孔提供的工程和水文地质资料及矿井技术特征资料
工程地质：井筒检查孔岩性综合柱状图（标明井筒穿过岩层名称、岩性、层位及起止深度、分层厚度及累计厚度）；工程地质说明书（描述裂隙、断裂等的走向、倾向、倾角、裂隙密度、宽度、裂隙充填等情况）；地质勘查报告（岩层走向、倾向、倾角及各岩层硬度等）；检查孔岩心实地调查。

水文地质：工程水文孔简易水文资料（说明各含水层的起止深度、厚度，各隔水层的起止深度和厚度，各含水层间水力联系情况）；水文地质报告及计算书（工程水文孔的冲洗液漏失量，各含水层的水位标高，地下水的流向、流速等）；水文分析资料（地下水水温、化学成分及侵蚀性，渗透系数，钻孔单位涌水量，井筒排水时可能的影响半径及井筒的预计涌水量）。

矿井技术特征资料：矿井设计及图纸，施工组织设计等。

2.1.2 可供选择的施工设备情况。

2.2 方案选比
2.2.1 一段注浆：多个含水层段一次注浆完成。

要求多个含水层段层间距较小，或无良好的隔水层。

需用较大能力钻机。

2.2.2 分段注浆：井筒分多段注浆完成，注一段掘一段，然后再注一段掘一段，循环。

可用一般轻便型小钻机。

2.3 布孔方式、注浆段高确定
布孔方式、注浆段高见下表。

布孔方式
类型布孔简图
适用条件
优缺点
注浆段高
直孔
裂隙发育、连通性好；水平或缓倾斜裂隙；孔壁稳定性较好；可用较大型钻机，加大孔径。

布孔、钻孔方便；钻孔工作量小；利于孔壁维护；按钻机钻孔能力确定；
段高大于70米
时，钻具应变
径一次。

径向斜孔裂隙发育及连通性一般；径向垂直裂隙发育较差；可用轻型钻具；
注浆孔穿过裂隙多，利于提高注浆效果；钻孔工作量大；
孔口管与钻机安装复杂；孔壁维护不利注浆段高30-50m ；一般常用此法
径向、切向斜孔
裂隙发育不均、连通性差，有径向垂直裂隙；
孔壁稳定、有适合钻机；提高注浆质量；钻孔工作量大；
工艺复杂；
注浆段高30-50m 2.4 注浆参数选择
参照下表选择：
名称公 式
符号意义影响因素注浆泵压P H
P H =（2~2.5）P 静水压
P 静水压=H/100 H—静水位高度
m
经验：H---P H 100m—2~3MPa 200m—4~5 MPa 300m---5-7 MPa 400m---7-8 MPa 500m---8-10 MPa
注浆终压 P 0P 0=P H + P 静浆液压P 浆液压=浆液高度*浆液密度/100注浆孔数N
N=π*(D-2A)/L 布孔圈周长/孔距水泥类浆液孔数一般取4-12个D--井筒净径
L--注浆孔间距=(1.3-1.5)R
A--布孔圈至井筒壁距离 取0.6m 钻机尽量靠近井壁，
TXU-75/200型—A=0.5-0.6m KD100型—A=0.7-0.8m R—浆液扩散半径
浆液扩散半径R
R=2---10m
与裂隙宽度有关0.3~2mm----2~4m
渗透系数、裂隙宽度、注浆压力、注
2.5 止浆岩帽设计
为保证浆液在压力作用下沿裂隙有效扩散，并防止从工作面跑浆，采用工作面预留止浆岩帽方法。

预留止浆岩帽方法及厚度如下：2.5.1 预留方法：
1）井筒掘进到预定深度后停止掘进，对预留岩帽进行钻孔和耐压试验。

当钻进至距离含水层2-3m 时，用清水进行试压，如注水达到设计终压而岩帽无跑水现象，即证明合格，如遇少量跑水，可以进行注浆不加固。

2）为防止工作面出现跑浆现象，可采取在止浆岩帽上部浇注0.5-1m 厚混凝土垫层，但须保证施工质量或将孔口管的埋设深度增加到5-6m 。

3）为扩大岩帽的使用范围，条件允许时可采取注浆加固岩帽的方法，加固范围可超出岩帽厚度5-8m 。

4）当使用注浆带充当止浆岩帽时，也必须进行耐压试验。

5）预留止浆岩帽时，孔口管（导向管）的安装采用先钻孔、后埋管的方式。

2.5.2 厚度计算
计算公式：B=P 0*D/4*[τ]
B---预留岩帽厚度m ， P 0--注浆终压Mpa, [τ]---岩石允许抗剪强度Mpa ，
2~5mm-----4~6m 一般常用5~10mm----6~10m
入时间增加—R 增加，浆液浓度、粘度增加R 减小。

浆液注入量Q
每个孔注入量 m 3/孔Q1=λπR 2Hηβ/m 每个孔负责体积*浆液损失系数*孔隙率*充填系数/结石率
注浆段总注浆量 Q Q =N*Q1 （m 3）H—注浆段高m ，
η—岩层裂隙率取0.5-3%，β—有效充填系数取0.8-0.9，R—浆液扩散半径m
λ—浆液损失系 取1.2-1.5
m—结石率与水灰比有关，（WC-m ）2.0—0.561.0—0.85
0.75—0.97 0.5--0.99
斜孔
径向倾角α
α=tg-1[（S+A ）/H]
S—终孔位置在径向超出净径距离S=E+m
E—永久井壁厚度
m—终孔位置超出荒径的距离一般取2-4m H—注浆段高m
切向布孔的切线角β
β=110-130度
D----井筒直径m。

2.6 混凝土止浆垫、滤水层设计
当井筒工作面不具备预留止浆帽条件时，则需砌筑人工止浆垫。

止浆垫应采用强度高、封水效果好并便于快速施工的材料，尽量采用C25以上高号快凝混凝土。

2.6.1 止浆垫结构形式及厚度计算
一般采用平底型止浆垫。

厚度B= P0*r/[σ]
P0--注浆终压Mpa，r—井筒荒半径m，
[σ]—混凝土允许抗压强度Mpa [σ]=R3-7/K R3-7---混凝土3天抗压强度，37% K---安全系数取2-3。

2.6.2 止浆垫滤水层
当工作面岩石破碎、裂隙发育、有涌水，需铺设滤水层，以便在维持排水条件下，保证止浆垫的施工质量。

1）滤水层：按滤水层孔隙容纳15min涌水量考虑。

2）结构：碎石滤水层、滤水木箱、砖、水泥砂浆、滤水管。

3）滤水层注浆压力：孔口静水压力的1.3-1.5倍，（1.3-1.5）P静（P静=H/100）4）止浆垫注浆压力P0：取滤水层注浆压力=（1.3-1.5）P静。

5）滤水层厚度A：滤水层体积*滤水层孔隙率=15min*井筒涌水量
A*π* r2*β=15*q
A=（15/60）*q/π* r2*β+0.25
β---碎石滤水层孔隙率取0.35-0.45 q---井筒涌水量m3/h
2.7 注浆分段及高度设计
在一个注浆段高内，对每一个注浆孔，根据岩石裂隙发育程度、孔壁的稳定性和注浆孔的出水情况等，适当划分为若干个注浆分段，进行分次打钻和分次注浆。

注浆分段划分方法及高度见下表。

岩石裂隙产状含水层厚度注浆分段划分常用注浆分段高度m
裂隙发育均匀单一较薄含水层
含水层总厚小于
钻机钻孔能力全段高一次打钻
注浆
分段高小于钻机钻孔能力
裂隙发育较均匀含水层厚度大于
钻机有效钻孔深注浆分段高可按
钻机有效钻孔能
细裂隙
中裂隙
40-50
30-40
度力确定大裂隙20-30
裂隙发育不均匀含水层厚度较大尽量将裂隙相近
的岩层划分在同
一个注浆分段极破碎岩层
破碎岩层
裂隙岩层
重复注浆
5-10
10-15
15-30
30-50
裂隙发育不均、有突水危险各种厚度当注浆孔大量喷水、水压顶钻或出现塌忆喷碴无法钻进
进，即可停钻、注浆。

2.8注浆孔布置及作用
所有注浆孔分为两组----奇数孔（1、3、5---）、偶数组（2、4、6---）。

第一组奇数孔主要解决较大裂隙的封堵，每二组偶数孔主要解决细小裂隙封堵。

奇数孔选先于相邻的偶数孔施工，偶数孔后于相邻奇数孔施工。

先施工的孔兼做注前水量检查孔，后施工的孔作为注浆质量初检孔。

第一组奇数孔兼做注浆质量中检孔和终检孔。

3 注浆作业
3.1 方案设计
3.2 准备工作
1）设备选型：孔深小于100m，可选用红旗150型钻机；孔深小于70m可选用红旗手-100型或KD-10型；孔深小于40m可选用TXU-75型钻机。

根据工作面大
小选用设备数量，尽量采用多台钻机同时作业。

2）钻具选型：常用钻孔规格60、75、91、110mm，对应钻头
ф58.5、73、89、108mm，钻杆选用ф42、50mm。

3）钻超前探水孔（长探）测定含水层准确位置、水量、水压等。

4）预留止浆岩帽或浇筑混凝土止浆垫：止浆垫工艺包括---井壁淋水、渗漏水
处理、垫底成型、工作面出水点处理、孔口管备制（孔口管预埋）、埋设安装、止
浆垫砼浇筑等。

A、孔口管埋设方法：预埋式（先安装孔口管后浇止浆垫）、后埋式（钻孔埋管）。

B、止浆垫砼浇筑：
无水条件下---不设置滤水层，个别出水点经预埋导水管导水，垫底成型并冲洗
泥渣后进行砼浇筑；
有水条件下---垫底成型冲洗泥渣，铺设滤水层，浇筑止水垫砼、止浆垫与滤水层一起注浆加固；
5）钻机就位安装：包括内容---钻机工作平台安装、孔口密封装置、钻具提升滑轮设置等。

3.3 注浆孔钻进
1）岩层内注浆孔钻进技术要求：采用清水冲洗液；孔底岩粉沉淀不得超过
1m；注浆孔钻进根据要求采取无芯或取芯钻进；采用慢速钻进，以保证注浆孔的完整性；注浆孔偏斜率控制在0.5%以内；
2）注浆孔钻进的防斜与纠偏措施：
3.4 注浆作业
1）钻孔冲洗
2）测定钻孔水压与水量：孔口注浆管上安装压力表及阀门，测流量及水压；
3）压水试验及确定冻液浓度：注浆泵压清水，压水试验10-20min，破碎或大裂隙岩层中取小值；复注压水时间取20-30min；
根据压水试验资料，计算单位钻孔吸水量，并据此决定注入单液或双液浆的起始浓度，q =Q/H （L/min.m）
Q—压水最大压力时的流量L/min；H—注浆段高m
压水方法：先用一台注浆泵压水，其流量由小逐渐增大。

当耗水量大但泵的压力低时，采用二台注浆泵压水，控制压力比注浆终压高0.5MPa。

4）注浆压力调整：注浆压力分为三个阶段---初压、正常压、终压，靠人为方法控制泵量，调整浆液浓度及凝胶时间，使泵压力达到初压、正常压及终压。

5）浆液调配：
A、初压下，吸浆量为吸水量的80%时，视为正常，否则调浓或调稀一级；
B、压力不变，连续注入30min后吸浆量不变，可调浓一级；、
C、压力缓缓上升，吸浆量逐渐减少为正常，一直达到终压时，按结束标准结束注浆。

6）注浆结束标准：见P1350
7）结束注浆：压注清水清洗管路及设备。

3.5 注浆效果检查
采用放水或压水方法。

3.6 水泥浆制作。