地面预注粘土水泥浆及化学浆技术

地面预注粘土水泥浆及化学浆技术

基建矿井针对井筒基岩段含水层多，涌水量大的问题，井筒施工时，一般都采用地面预注浆或工作面预注浆的方法，在井筒周围形成封水帷幕，以利于井筒的掘砌施工。具体到某一个井筒是采用地面预注浆，还是工作面预注浆，要根据井筒检查孔的水文地质资料确定。当含水层较多、层位分散，预计涌水量较大时，宜采用地面预注浆；当含水层较少，预计涌水量也不大时，则可采用工作面预注浆，以保证注浆效果，尽量缩短建井工期。

赵官矿井地处黄河北煤田，矿井地质储量3.2亿吨，设计能力90万t/a，采用一对立井开拓（主井直径5m,副井直径6m），是黄河北煤田开发建设的第四个矿井，水文地质条件比较复杂。根据井筒检查孔的水文地质资料表明，在二叠系山西组、石炭系太原组234m 厚的地层内，主井有三层含水，

预计井筒涌水量45.82m 3/h；副井有七层含水，预计井筒涌水量1353.74m 3/h。因此，主井采用工作面

超前探水预注浆的方法施工；而副井采用地面预注浆的方法施工。下面就副井地面预注粘土水泥浆及化学浆的设计及施工工艺，做一简要论述。

1 水文地质条件

根据井检孔资料，二叠系山西组底界深度334.2m，层厚66.2m，主要以中、细砂岩为主，其次为粉砂岩、粘土岩。石炭系太原组深度502m,厚度167.8m，主要以灰黑色泥岩、粉砂岩为主，次为砂岩、石灰岩，为井田主要含煤地层，本组地层中岩浆岩活动较为强烈。地层倾角较小，一般在7～9º，未发现大的断层和褶曲。

根据副井检查孔地质报告，副井基岩段裂隙发育，水量丰富，七个含水层合计涌水量1353.74m 3/h。

各含水层情况如下表1。

表1 副井井筒含水层情况

2注浆设计 井筒表土段采用冻结法施工，冻结深度设计为

312m。根据各含水层分布、冻结深度及井筒深度，设

计注浆起止深度，并划分个注浆段高。

2.1注浆起止深度

注浆起止深度为302m～512m，注浆段总长210m。

其中302m～312m 为岩帽注浆段，采用单液水泥浆；

312m～512m 为基岩注浆段，主要是粘土水泥浆。火成

岩含水层在注完粘土水泥浆之后，再复注化学浆。 2.2注浆段高

注浆段高的划分取决于含水层的位置、厚度以及注浆泵的性能等诸多因素。根据不同的地质条件，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、破碎带的加固以及特殊地层的处理等；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的岩层划为同一注浆段高。

根据副井检查孔地质资料及以上原则，划分不同的注浆段高（见表2）。对于359.1m～361.9m 的火成岩注入特种化学浆时，采用5～10m 的小段高单独注入。

表2 副井注浆段高划分表

含水层

名称 深度 （m） 厚度 （m） 涌水量 M 3/h 风化带 267.9～288.8 20.9 9.27 火成岩 359.1～361.9 2.8 8.84 二灰 432.5～436.9 4.4 41.16 砂岩 452.3～455.1 2.8 104.28 四灰 489.0～490.8 1.8 42.17 五灰 496.5～497.6 1.1 278.91 火成岩 497.6～502.0 4.4 869.11 合计涌水量（M 3/h） 1353.74

2.3注浆孔布置 采用直孔+分叉孔的注浆设计方案，注浆段8个注浆孔，其中4个直孔、4个分叉孔。地面4个直孔布孔圈径为Φ10.6m，待直孔注浆结束后，再从套管下施工4个分叉孔，分叉孔落点视4个直孔的实际分布情况而定，原则上分布在相邻两个直孔中间2/3的区域。

2.4注浆压力

岩帽段终压为静水压力1.5～2.0倍，岩帽以下基岩注浆段终压为静水压力的2.5～3.0倍，注浆过程中可根据实际情况进行必要的调整。各注浆段设计终压见表2中内容。

2.5注浆有效扩散半径

规范要求单液水泥浆浆液的有效扩散半径为6～8m，粘土水泥浆一般取8～10m，本次注浆浆液的有效扩散半径取8.5m。

3 注浆方式及工艺流程

3.1注浆方式

注浆方式采取分段下行注浆，每一段当一次注浆不能达到设计要求时则进行复注。复注时扫孔时间不少于注后12h，复注时间不少于注后24h。

3.2注浆造孔

3.2.1套管施工及止浆

套管段开孔直径Φ190～220mm，深度为302m；套管以下岩帽及基岩注浆段孔径Φ120mm。套管段施工时，钻孔钻至预定深度后，改用Φ118mm 钻头继续钻进1～1.5m，以沉积孔内的岩粉。然后下Φ168mm 套管，确定套管下至预定深度后，在套管内下止浆塞止水。止浆塞一般下在距底部3～4m 处，先用注浆泵压清水，检查止浆效果，若孔内有返水现象，则起塞重下，直至不返水为止。压水过程中套管外缘孔壁将发生返水现象，待返水澄清后，用纯水泥浆加外加剂注浆，待套管外缘返出浆液后，停止注浆并定量压入清水。1～3h 后起塞，养护不低于24h，扫孔至原深，进行压水试验，若套管外缘返水，则继续固管，直至合格为止。

3.2.2钻孔防斜

4个直孔，固管段终孔偏斜不大于3‰，注浆段终孔偏斜不大于5‰，另4个分叉孔为定向钻进的斜孔，根据实际情况调整偏斜。

钻孔偏斜采用陀螺仪侧斜，每10m 或20m 一个测点，必要时加密测点，并把数据及时填绘到钻孔偏斜平面图上，以便根据钻孔偏斜情况及时采取相应措施。

3.3注浆工艺流程

采用皮带上料机输送粘土，FU-50型粘土制浆机制浆，制浆机产出的粘土浆直接进入原浆池，原浆池内设沉淀池，用以沉淀粘土中的沙河等粗颗粒，原浆池内安设一台污水泵，将原浆池内的泥浆送到储浆池内备用。

储浆池内设置一台泥浆泵，进行二次造浆以保持所造浆液不沉析。另设一台泵，向一次搅拌池供给原浆。

设置一次搅拌池2个，原浆的加水稀释和水泥的加入都在该池中完成。二次搅拌池2个，经一次搅拌池配制的浆液送到该池中加入水玻璃再次搅拌，制成成品浆液。

成品浆液经注浆泵输送，注浆管路引至孔口逆止阀，通过钻杆注入到受注岩层段，达到一定数量和压力后完成注浆。

4 化学浆注入

段序起止深度(m) 段高（m） 终压（Mpa）

岩帽302～312 10 4.6～6.2 1 312～355 43 8.9～10.6 2 355～403 52 10.0～12.03 403～460 57 11.5～13.84 460～512 52 12.8～15.3