井筒地面预注浆

3注浆施工设计

注浆起止深度

根据地质资料尤其是含水层特征，结合注浆施工的特点，注浆起始深度暂定为50m；注浆终止深度止于巷道顶板上部约30m，暂定为385m。

需要说明的是，地面预注浆起始深度即套管深度，需要根据含水层的位置、基岩风化带的深度与特征等因素确定，套管应穿过强风化带进入完整的弱风化带或完整基岩。参考原回风立井地质资料，暂定新回风立井套管深度为50m（此处为一砂岩），施工时选择一个先期孔取芯钻进，通过判别岩芯确定套管深度。对于井筒上部的50m，将另行补充设计，计划在地面预注浆过程中，在外围用小钻机打孔注水泥-水玻璃双液浆和水泥浆进行堵水，减少井筒刷大时的施工困难。

为保护底部巷道，根据煤层顶板上岩层的含水特征（水量小、非主要含水层、有完整的隔水层），暂定注浆孔终孔深度为385m（下部岩层水量小，且隔水性能较好），在巷道顶部30m左右，确保375m 以上的注浆质量。施工时先期孔在底部进行取芯钻进，通过判定岩芯确定最终注浆深度。

注浆布孔圈径及布孔数量

考虑到注浆施工时即要减少对临近矿井、巷道的影响，又要保证在控制浆液条件下形成有效的止水帷幕，保证注浆质量，因此设计8个注浆直孔，布孔圈径为Φ，钻孔在地面均匀布置，相邻注浆孔间距约。施工时分两序进行，1、3、5、7孔为Ⅰ序，2、4、6、8孔为Ⅱ序。具体见图1。

注浆段高和注浆压力

注浆段高的划分取决于含水层的位置、厚度，岩层的岩性、裂隙发育特点、注浆泵的性能等诸多因素。根据不通的地质条件并综合井筒平行掘进的因素，段高划分遵循针对性、特殊性及一致性的原则。针对性是对已确定的含水层（段）进行注浆；特殊性是指注浆用于特殊的目的，如断层及破碎带的加固等；一致性是将具有相同地质沉积环境、相同的岩性及裂隙发育规律的一组或两组以上岩层划分为同一注浆段高。根据井筒检查孔钻孔综合柱状图、地质剖面图及相应地质报告，划分不通的注浆段高，在施工中可以依据进一步的详细资料和施工情况进行段高调整。

根据已有的地质资料，设计注浆岩帽20m岩帽以下风化带（120m 深）作为单独一段，向下的每一段都考虑了含水层的位置，且每段的下部都有能够作为止浆层位的砂岩和隔水泥岩，确保各段注浆质量，具体段高划分见表1。施工时可以根据揭露岩层的含水、破碎等实际情况，有针对性地进行段高调整，缩小或合并段高，以更有利于保证注浆质量。

受施工条件的限制，新回风立井地面预注浆下不能按照一般情况进行压力设计，施工过程中必须控制注浆压力，避

免地面跑浆和对附近原回风立井产生不利影响。因此岩帽段终压控制在静水压力倍左右，岩帽以下风化基岩段单液浆注浆压力也控制在静水压力倍左右；粘土水泥浆Ⅰ序孔注浆压力按静水压力~倍进行设计，Ⅱ序孔注浆压力按静水压力~倍进行设计，具体终压设计值见表1。注浆施工过程中将在矿方协助下派人对原回风立井井壁和底部巷道进行观察，一旦井壁或巷道出现异常情况必须立即停止注浆。

对于井筒地层中的破碎层位等特殊地层，使用不同浆液注浆时可以根据地层情况进行段高和注浆压力调整。

浆液设计

浆液选择

固管、岩帽与破碎带加固需采用单液水泥浆，水灰比一般为:1~:1；风化基岩段控制注浆时适量选用C-S双液浆；岩帽以下的普通基岩段注浆段采用粘土水泥浆；对可能存在孔隙性水的岩层采用改性脲醛树脂化学浆液

上世纪90年代以前，国内立井井筒地面预注浆基本上以单液水泥浆为主，由于单液水泥浆浆液性能与之配套的注浆设备的性能限制，其小泵量，小段高，浆液扩散距离小，浆液结实率低、施工工期长、效率低等特点不能满足不断发展井筒基岩治水和井筒建设的要求。综合多年以来的注浆技术经验，北京建井研究所在上世纪90 年代初，研究成功了以粘土水泥浆为主要浆液的立井井筒地面综合注浆法工艺。经过十多年的发展，配合设备性能和工艺的提高，粘土水泥浆以其结石率高、塑性强度好。可注性强、实现高压大泵量、大段高、

施工效率高、成本低等优势在国内百余个井筒得到应用，克服了单液水泥浆用于堵水的缺点，取得了良好的效果。因此，在井筒基岩风化带以下的普通注浆段采用粘土水泥浆为主要注浆材料。

岩帽和上部部分注浆段处于风化基岩中，裂隙发育，甚至破碎，因此，要结合单液水泥浆进行加固堵水；为防止地面跑浆，根据情况适当改用C-S双液浆进行控制注浆；底部基岩中的破碎层位在实现堵水的同时也应通过注浆改善其性状以减少井筒开凿风险，因此一般单独设计一部分单液浆进行加固。

从附近原回风立井井筒掘砌过程中的岩层水文描述来看，井筒在275~321m工作面预注浆后在301m仍发生打眼出水，水量³/h施工该段后经多次壁后注浆在325m测井总涌水量仍有³/h；井筒304~334m 段、332~367m段分别进行壁后注浆施工和工作面预注浆后淋水量仍较大，达到³/h。从岩性分析，造成这几段水量较大的原因很可能是~的中粒砂岩（层厚）和~的细粒砂岩(层厚中含有空隙性水，而孔隙性水是不能通过颗粒型材料（水泥浆、粘土水泥浆等）注浆解决的，因此在Ⅱ序注浆孔上行复注封孔前对这两个层位设计化学注浆，浆液选用改性脲醛树脂。

材料要求

粘土水泥浆以水泥、粘土、结构添加剂（水玻璃）为主要原材料。水泥选用级普硅酸盐水泥；对粘土要求塑性指数10~25，含砂量小于5%（质量）；要求水玻璃模数~之间，浓度38~40波美度。粘土水泥浆水泥加入量为100~300kg/ m³，粘土浆比重为~，水玻璃加入量为10~50L/ m³。施工用浆液需要根据现场的原材料进行配方试验确

定的参数进行配制。

单液水泥浆一般也采用普硅酸盐水泥，加入食盐及三乙醇胺作为早强剂，参量分别为水泥用量的5‰及‰，同时为提高单液水泥浆性能，浆液中加入BR增强添加剂，掺量为水泥用量的8~12%。

C-S水泥水玻璃双液浆双液配合比为1:1，水泥浆水灰比为:1~:1，加入BR添加剂（掺量为水泥用量8~12%）；水玻璃模数一般为~，波美度一般为30~45Be’。

浆液注入量与材料用量

浆液注入量根据浆液有效径向扩散距离和注浆段平均裂隙率等条件，应用下列公式进行计算：

Q=

m

/

i

i

2

i

n

1

i

i

β

η

πH

R

A

=

∑

式中：Q-浆液注入量（m³）；

A-浆液超扩散消耗系数，取；

R-距井中心的浆液有效扩散半径（m），R=r+L;

r-注浆孔布孔半径（m），设计；

L-浆液沿径向方向的最小有效扩散距离，取；

H-注浆总段高：岩帽段取20m；岩帽下风化段50m；之下基岩段砂岩118m；其他97m，合计335m

m-浆液结石率，取，

β-浆液充填系数，取，

n-岩层平均裂隙率，岩帽与风化带取5%，砂岩（细、中、粗砂）取5%，其它层取4%。

固管段按每个孔2m³单液浆进行计算，岩帽单液浆量按（a）式