注浆堵水

2024-10-07

注浆堵水（共7篇）

注浆堵水篇1

矿井突水一直是煤矿生产的突出问题,注浆封堵技术是通过注浆在含水层中建造地下挡水墙,人为地改变水文地质条件,改变含水层的补给水源,使被疏干含水层的动、静储量相对减少,使其得不到或得到较少的补给,减少矿井正常涌水量,是处理进水边界或导水断层的一种有效技术措施,己经在许多矿区有着广泛的应用。

1 水文地质概况

河南煤矿主要含水层有:奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层,太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层,太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层,二1煤顶板砂岩裂隙含水层。采九工作面位于-199m水平,下距奥陶系灰岩平均200m;主采煤层一1煤层上距二1煤层60m左右,下距奥陶系灰岩一般10m。

2 工作面出水情况

2008年5月14日4时50分河南某矿在施工二七盘区九采区水平巷道时发生底板突水,突水层位为奥陶系石灰岩含水层,突水水量约2500～3000m3/h(估算),因突水来势凶猛,水量大,很快将标高-100m以下地区全部淹没,致使矿井主采区东翼大部分工作面被淹,矿井生产无法正常进行。

突水后,该矿原采四突水点水量1103/h全部消失,浅部的小关煤矿和东部的新中煤矿矿井涌水量也大幅度减少。据初步调查,突水后奥灰水位发生了变化,突水点8km～10km处的新中煤矿奥灰观测孔水位下降6m～8m。据水温资料,在距突水点500m左右处,2008年6月6日测得水温38.5℃。

3 参数确定

3.1 注浆材料的确定

注浆材料是注浆堵水及加固工程成败的关键,并且材料的选择直接影响到投入成本。注浆材料的选择主要取决于堵水加固地段的水文地质条件、岩层的裂隙、岩溶发育程度、地下水的流速及化学成分等因素。理论上注浆材料最好符合下面要求:可注性好(如流动性好、粘度低、分散相颗粒小等);浆液稳定性好(析水少、颗粒沉降慢);浆液凝结时间易于调节,固化过程最好是突变的;浆液固结后,具备所需要的力学强度、抗渗透性和抗侵蚀性。

但是由于在注浆过程中需要消耗大量的注浆材料,理论上的材料价格是很高的,不符合经济要求,因此在实际中还要考虑材料的费用问题,最好是材料源广、价廉、储运方便,配置、注入工艺简单,不污染环境[1～3]。

常用注浆材料有水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、粘土浆液和化学浆液等。虽然这次突水的突水水源为奥灰水,但从突水量的大小、范围及水量变化分析,该次奥灰突水以底板裂隙分散流为主。因此,要求注浆浆液粘度要小、低析水率、稳定性好、塑性强度高、扩散半径远,应以稀浆为主,故选择水泥单浆液。

3.2 注浆压力

浆液必须克服流动阻力才可以在岩层裂隙中扩散,而注浆压力是给予浆液扩散、充塞的能量。若注浆压力大,能量大浆液就可以扩散较远,效果比较好,但是耗浆量大,造成浪费,在经济方面不合理。若注浆压力小,浆液扩散近,虽然耗浆量小,但是有可能造成封堵不严,不能成功堵水。因此正确选择注浆压力并且合理运用注浆压力,是注浆过程中的关键问题[4]。

(1)注浆压力按以下经验公式计算。

式中:

P0为注浆终压(0.1MPa);

RK为压力系数(一般取3～3.5);

H0为岩层高度,m;

γ0为水的比重,γ0=1g/cm3;

γC为浆液的比重g/cm3。

将上式进行化简就可以得到下面简单一点的经验公式:

PC为注浆泵的表压(0.1MPa)。

钻孔的注浆压力一般取受注点静水压力的1.5～2.5倍,具体压力大小应根据隔水层厚度、岩性及破碎程度、水压大小确定。

(2)采九工作面注浆压力。

注浆压力:分段注浆压力超过注浆孔口静压0.3MPa～0.5MPa;最终注浆终孔压力为孔口静压的1.5～2倍。结束标准:达到终孔压力并持续10min以上。

3.3 扩散半径

浆液在岩石裂隙中的扩散范围,称为扩散半径。我们布孔时必须要按照扩散半径来确定孔距,孔距必须小于或等于扩散半径才能使封堵密实,堵水才能成功。由于岩石裂隙发育的各向异性,浆液在岩石裂隙中扩散不规则。因此,注浆时常以充塞半径表示有效扩散范围,在此范围内浆液充塞、水化后的结石体能有效地封堵涌水。由于岩石的渗透性和裂隙发育的不均匀,致使浆液的扩散半径和充塞半径有时相差很大。所以在注浆前应进行试验,以取得布置注浆孔孔距的可靠依据。

(1)扩散半径影响因素。

浆液的扩散半径随岩层渗透系数、注浆压力、注入时间的增加而增加,随浆液浓度和粘度的增加而减少。在施工中,可通过调节浆液浓度、注浆压力、注入量等参数,取得既能满足工程需要,又能降低浆液消耗量的合理扩散半径。

(2)采九工作面扩散半径的确定。

本次堵水采用的是水泥单浆液,属于牛顿流体型,在注浆压力下,浆液在孔下部呈现柱形扩散时,采用下面的理论计算公式:

t为注浆时间,s;

r1为浆液扩散渗透半径,cm;

β为浆液粘度对水的粘度比;

n为被注载体的孔隙率;

k为被注载体的渗透系数,cm/s;

h1为注浆压力(厘米水头),cm;

r0为注浆管半径,cm。

在这个公式中,我们可以看到在公式的右边也含有r1,因此要采用试算迭代的方法,在计算机中使用牛顿迭代的方法就可以计算出它的解析解。计算出的扩散半径要与本矿区的经验值作出比较,在注浆开始前要做试验确定出扩散半径。

3.4 注浆量的预算

注浆呈柱状扩散,因此注浆孔浆液预算注入量可用下列计算公式:

式中:

V为注浆孔浆液预算注入量m3;

A为浆液消耗系数,一般A=1.2～1.5;

H为注浆段高,m;

R为浆液的有效扩散半径m,一般按20m计算;

N为岩石裂隙率%,一般根据取芯和抽压水试验来确定。在砂岩、砂质页岩含水层n=1-3%:断层破碎带或岩溶发育的地层n最大10%。

β为注浆在裂隙内的有效充填系数(一般取0.3～0.9)。

4 注浆工艺

(1)按稀到浓原则,开始时注稀浆来充填小的裂隙,视其吸浆程度再提高浓浆来充填大的裂隙,最后再以稀浆来充填微裂隙并起加固作用。

(2)注浆时当注浆压力保持不变,而吸浆量有均匀减少或当前吸浆量不变,而压力有均匀升高时,进行连续注浆。

(3)分段注浆,逐步升压,封堵通道,加固底板。因煤层底板破坏严重,含水层导升裂隙加大,注浆终孔压力稍微掌握不好,就可能造成底板鼓开。因此,施工中钻孔见水超过30m3/h时,停止注浆,进行量水测压,连通试验,注浆堵水,分段注浆终孔压力为:超过注浆孔口静压0.3MPa～0.5MPa。

(4)注浆前,根据联通试验,确定水泥浆比重;注浆过程中,根据出水点的串浆情况,调整水泥浆比重;分段注浆终孔时,降低水泥浆比重。

5 堵水效果评价

本次注浆项对奥陶系灰岩岩溶裂隙共注浆25次,奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水位由炭煤矿二七盘区采九工作面突水后的标高-25m(堵水前)逐步恢复至标高-35.56m(堵水后)的正常奥灰水位,与区域奥灰水位相吻合。2010年12月3日井下排水58m3后压力值由0.12MPa降至0.00MPa,24h后压力升至0.10MPa的情况,算得流量为2.42m3/h,与2008年5月2500～3000m3/h的突水水量相比,井下已基本无水,堵水率达到90%以上。本次注浆项目达到了封堵炭煤矿二七盘区采九工作面突水点的治源目的。

6 结语

注浆堵水是一种重要的防治水方法,在注浆堵水过程中必须结合出水工作面所处的构造特征以及水文特征,分析出水的通道及出水含水层的特点,并确定出水水源和来水方向,为堵水做好必要的准备工作。在注浆过程中注浆参数可以通过注浆理论确定,但是理论上的注浆参数与实际施工中可能存在误差,因此在施工中注浆参数要通过实际情况不断的进行修正。

参考文献

[1]刘志刚.特大型灰岩突水动水注浆封堵技术研究[D].山东:山东科技大学,2003.

[2]孙纪正.常用灌浆材料性能试验研究[D].山东:山东大学,2005.

[3]杨秀竹.静动力作用下浆液扩散理论与试验研究[D].中南大学,2005.

[4]王志荣,李铁强,陈玲霞.注浆封堵断裂构造的施工参数确定方法[J].北京:水文地质工程地质,2007,2(2):113～116.

浅析煤矿井下注浆堵水技术篇2

1井下水灾成因及实施水下注浆堵水的必要性

井下水灾现象是井下较为常见的灾害之一, 导致水害最主要的原因是治水失误引起, 在钻孔时没有及时处理好后续工作, 另一方面是随着地质活动和开采的不断深入, 加上煤矿企业对相应的防止措施不够重视, 导致发生水害。

在煤矿作业中, 矿井下的巷道是相互连通的, 当出现突水问题的突水点通过采用净水注浆工作量大、费用高且效果较小, 而实施井下注浆堵水方式一方面可以降低或减少煤炭损失, 另一方面采用井下注浆技术较为灵活, 工作量小且命中率高、效果显著且费用成本低;当井下出现大面积突水问题时, 会因为突水问题放弃回采工作, 造成煤炭储量的浪费, 在应用井下注浆技术后, 可不断进行矿井下回采工作, 合理利用报损资源, 减少资源的浪费。

2井下注浆堵水技术的实施

实施矿井下注浆堵水技术不仅提高了井下的排水能力和抵抗水灾的能力, 也可以及时应对随时突变的大量涌水。大量的涌水会导致巷道淹没, 采煤工作中开采资源难以输出, 因此根据地质情况对注浆堵水技术进行分类。

2.1堵漏技术

为防止发生水害, 矿井下作业应提前掌握井下具体情况和勘察工作, 勘察时需要注意井下作业区域内的含水层、冲击层和隔水层的具体位置、厚度和分布情况等信息, 分析水防治的关键之处, 查明地表水的供给分布和矿井不同范围的气候条件等数据资料, 全面把握这些情况更加利于制定相应的治水方案。煤矿开采为预防漏水可采取超前钻探技术, 探明水源深度、位置与煤层的间距等, 从源头上预测可能发生的隐患, 提前采取措施防治水灾。但在巷道掘进作业中发生漏水或涌水现象时, 通过出水巷道和爆裂的水层缝隙直接快速凝结材料或水泥封堵注浆进行封堵, 具有时间短、封堵效果显著等有点, 因此该技术在井下巷道注浆堵水技术中得到广泛应用。

2.2大水封堵注浆技术

在矿井下开采时由于面临勘探技术的限制和复杂地质等情况, 很难把握部分区域内水害的发生, 此时需要及时明确地了解不同水源的具体位置, 采取相应的疏放水措施, 将影响矿井下安全的水源疏放后从根本上防止水害的发生, 而根据这一状况, 在水通道周围进行钻孔, 并使用堵水材料进行充填, 从源头上切断水源的产生, 可以准确的对井下的出水进行排泄, 将排水和注浆相结合, 此技术为动力水注浆技术;当矿井下出现此情况的出水时, 通过巷道里构建闸墙让动水变静, 动水进入净水水位后, 通过封堵过水通道, 对源头进行封堵, 并及时将静水排出井下, 提高了井下作业安全的指数, 提高工作效率。

2.3截水技术

截水技术是根据矿区采煤的实际情况进行设计的, 不适用于动力水注浆技术, 为避免大量涌水源流入矿井下, 可采用截水技术进行隔离, 主要是通过设置防水墙、防水闸门或简易永久截水设施, 从而防止大水流的涌入, 并同时预防火灾的发生。但建立永久性截水设施, 在出现后壁空洞情况后仍然导致排水困难和施工困难的情况, 因此需要实施堵水加固, 应用巷道井筒处理、井壁加固等方式提高工作成效。

2.4注浆堵水和地面堵水技术

注浆堵水技术为堵住涌水道, 在注浆堵水作业施工时, 采用钻孔将堵水材料压入断层或底层裂隙中, 由于注浆堵水本身特有的材料特性, 可以填充孔洞和空隙, 预防水害的发生, 此方法由于在具体操作中取得的良好效果, 因此应用较为广泛。

针对井下有较大出水点的水害情况, 为达到堵水效果, 在附近布置钻孔并将注入配置好的浆液, 此技术需要借助多台钻机和大型注浆设备, 工作周期较短, 与其他堵水技术相比成本较高, 因此不适合在450m以下的层面作业。若煤矿巷道掘进工作导致的水断层和破碎带等导致出水的情况时需要暂时停工, 在工作面进行钻孔和注浆, 对含水裂隙部分进行封堵, 相对其他技术来讲, 此技术有布孔准确, 结合岩石缝隙处和通道方向进行封堵, 且具有工作量小的特点;若受到施工条件差和施工尺寸受限时, 要求较高的安全防护, 此时应采用工作面预注浆方法进行注浆工作。

3防水实施效果

煤矿矿井下为达到预期的防治水的效果, 在采取技术措施的同时还应注意做好施工工作, 提高施工水平保障井下安全。

(1) 设置相应的组织机构, 为了有效防止水灾, 应明确相关工作人员职责并配备专业的工作人员参与日常防止水灾的工作, 可以随时根据水灾的具体类型, 建立相应的应急机制、抢险组、救援组和专业技术组等部门, 明确各个部门相关人员的职责, 发生水灾时及时作出反应并查找事故原因, 以便及时采取相应措施, 降低突发事故带来的影响, 成立应急处理机制, 可以将防治水害工作落实到位, 在发生水灾事故时, 第一时间组织工作人员撤出事故现场, 并根据现场情况和水灾具体表现查明导致水害的原因, 专业工作人员通过分析水灾成因, 针对性的制定相应的处理措施, 通过过水通道, 找到突水水源位置, 采取有效对策, 最小范围的控制水灾的危害范围。

(2) 井下施工时必须要严格遵守井下施工工作流程, 做好施工的每一步, 通过施工前对施工人员的专业培训、落实施工现场制度, 对存在安全隐患的区域进行及时排查并加强检查巡视, 提前采取预防措施, 只有施工人员熟练掌握工作流程遵守以及各项操作规定, 杜绝违规操作, 避免操作不当引起的安全事故。矿井中通过实施封堵改善生产条件, 合理开采受到水灾威胁的矿产资源, 减少资源浪费提高了资源回收率, 增加了井下抗灾排水的能力;在井下封堵突水点时, 充填浆液中含有大量骨料注入, 充填含水层的裂缝, 及时补给通过改善水流畅度, 减少矿井排水和费用, 并节约了资源, 在改善井下生产环境的同时建设高效高产提供了安全保障, 取得显著的经济效益。

4结束语

综上所述, 煤矿突发水灾时采取相应的防治水灾技术措施是十分重要的一项工作, 实施注浆堵水技术能实现理想堵水效果, 根据开采的实际情况, 制定相应措施, 降低了地下水流量, 有效防治水害, 保障煤矿开采的作业安全, 从而提高整个煤矿的经济效益。

摘要：煤矿井下存在水害, 其严重危害着井下职工的安全, 在井下实施注浆堵水技术是非常必要和可行的。本文主要阐述井下探水技术、疏放水技术、防治水技术等技术, 详细介绍注浆堵水作业在井下的技术关键点, 并介绍了应急工作程序, 为实施矿井对水害的防治工作打好基础, 减少井下淋水改善工作环境并, 提高井下员工作业安全和工作效率。

关键词：煤矿井下,注浆堵水,水害,技术

参考文献

[1]郑保川, 周长根.井下动水注浆堵水技术研究[J].中州煤炭, 2005 (5) .

[2]何义萍.煤矿井下防治水技术与施工研究[J].科技创新与应用, 2014 (23) .

论岩溶帷幕注浆堵水技术篇3

1 帷幕注浆堵水技术特点

岩溶充水矿床由于地质条件复杂, 其具有防渗帷幕深度大、钻探工程量大、注浆材料消耗多、施工难度大, 周期长、注浆帷幕造价高等特点。同时, 帷幕建造时应坚持幕址的详细水文地质、工程地质勘查和岩层注浆的试验工作, 以确定幕长、幕深和含水层的可注性;这已为大多数建设方所接受, 而因工程规模大, 一次性投资多, 在矿产资源开发中应考虑成本效益, 这也是帷幕注浆堵水工程又一大特点。

2 注浆孔注浆方式

堵水帷幕注浆孔注浆方式关系到帷幕堵水效果和经济效益, 历来受到施工部门的高度重视。

2.1 全孔分段注浆法

根据钻孔各段的钻进和注浆的相互顺序, 分以下几种方法:

(1) 自上而下分段注浆:就是自上而下逐段钻进, 随段位安设注浆塞, 逐段注浆的——种施工方法。这种方法在下述情况下适宜采用:

①岩石破碎、孔壁不稳固、孔径不均匀;

②竖向节理、裂隙发育;

③渗漏情况严重。

施工程序一般是:钻进 (一段) →冲洗→简易压水试验→注浆→待凝→钻进 (下一段) 。

此法注浆优点是:

①由于注浆塞安设在已注段的底部, 易于堵塞严密, 不致产生绕塞返浆;

②随着注浆段位深度的增加, 能逐段加大注浆压力;

③压水试验成果准确;

④计算注入的干料量准确;

⑤注浆质量比较好。

此法注浆缺点是:

①每段注浆后常需要待凝一定时间;

②钻孔与注浆两个工序交替进行, 互相等待, 费时较多。

(2) 自下而上分段注浆:将钻孔一直钻到设计孔深, 然后自下而上逐段注浆。

此法适宜采用的条件下:岩石比较坚硬完整, 裂隙不很发育, 渗透性不大。

自下而上注浆优点是:

①工序简化, 钻进、注浆两个工序各自连续施工;

②无需待凝, 节省时间, 工效较高。

自下而上注浆的缺点是:

①注浆压力的增高, 受到一定程序的限制;

②压水试验成果和单位注入量数值不准确;

③孔段裂隙在钻进过程中易受岩粉堵塞, 影响注浆质量, 段位愈上, 影响愈大;

④在竖向裂隙发育或孔径不均的孔段, 常因注浆塞难以塞堵严密, 会使浆液绕塞上流, 容易造成埋塞事故, 如果绕塞返浆严重形成孔口冒浆, 则上部待注的注浆质量也将受到影响;

⑤由于岩石破碎或孔径不均等原因, 致使注浆塞堵不严, 常需上下移动注浆塞位置, 操作不便, 且多次提塞, 致使注浆段过长, 影响注浆质量。

(3) 综合分段注浆法:即白上而下与自下而上相结合的分段注浆法。

在上部岩层裂隙多, 又比较破碎, 地质条件差的部位先采用自上而下分段注浆法, 其后再采用自下而上分段注浆法。

(4) 小口径钻孔、孔口封闭、无栓塞、自上而下分段注浆法。

把注浆塞设置在孔口, 自上而下分段钻进, 逐段注浆并不待凝的一种分段注浆法。

优点:全部孔段均能自行复注, 工艺简单, 免去起下塞工序和塞堵不严的麻烦;不需要待凝, 节省时间;发生孔内事故可能性较小。

缺点:全孔多次复注, 孔内占用水泥量较多;各段压水试验成果和单位注入量值的准确性稍差。

采用此法注浆应注意:①孔口管埋入岩石中的深度不得小于2 m;②可采用较小的口径钻孔;③适用于采用较高的注浆压力条件;④对结束标准要求严格;⑤在地面应设置一定厚度的混凝土盖层。

3 关于帷幕厚度等参数的设计

在帷幕注浆设计中, 厚度计算是一个十分重要的环节, 所设计的帷幕厚度值要求能够在长期高水头作用下保持良好的阻水效果。一般是依据灌浆材料所容许的渗透比降J0和帷幕所承受的最大水头H来确定:

T=H/J0

式中:H——灌浆帷幕可能承受的最大水头差 (m) ;

J0——灌浆材料容许的渗透比降;

T——灌浆帷幕厚度 (m) 。

试验表明:“对于普通水泥而言, Ca (OH) 2结晶溶出1%, 强度降低1%, 溶出16%时, 强度损失20%, 当石灰溶出50%时, 强度丧失殆尽。可想而知, 随着帷幕中结石的不断被侵蚀, 透水性增加, 结石与岩面之间的缝隙亦随着增大, 渗水相应加大, 渗水增多又会加剧结石的溶蚀。如此破坏性循环, 必然会使帷幕逐渐丧失阻水功能, 最终导致帷幕失效。

4 注浆结束标准

严格的注浆结束标准是保证注浆质量的重要条件, 现将实际注浆工程中执行标准提供如下:

从注浆过程分析, 吸浆量会随着注浆时间的延长而逐渐减少, 但减少到什么程度才认为可以, 目前尚无统一标准。我们认为, 吸浆量小于50 L/min, 可以初步确定为注浆结束标准, 但延续时间岩溶裂隙含水体与溶洞含水体应有所区别, 溶洞含水体应大于岩溶裂隙含水体。但最后进行压水检查时, 其单位吸水率应小于0.05 L/min·m, 方可结束注浆。

5 防渗标准设计

防渗标准是指对地层经注浆处理后应达到的防渗要求, 是工程为了减少渗透流量、避免渗透破坏、降低渗透压力提出的对地层的渗透性要求。它直接影响工程量、工程进度、工程造价等。由于工程性质、注浆目的和要求、处理对象的条件各不相同, 同时又受到检测手段的局限, 所选用的防渗标准是否能够满足工程需要, 也是一个难以量化的过程。

(1) 根据水文地质数值法电算结果, 在帷幕厚度为10 m时, 要达到堵水率80%的设计要求, 帷幕体设计的渗透系数为0.08 m/d (考虑到工程的重要性和复杂性, 结合本工程实际, 为满足堵水80%的要求, 设计单位吸水率不大于6 Lu) 。

防渗帷幕设计标准, 也要根据建幕目的所有区别。用于保护水资源的帷幕, 要求高些, 而用于防止地面塌陷, 要求可以低些。

6 保证帷幕钻孔施工质量技术措施

由于目前注浆钻孔设计深度已超过700 m, 钻孔的倾斜精度要求较高, 为确保钻孔施工质量, 使钻孔弯曲不超过设计的规定, 成为钻探施工上一大难题。为实现一步到位、一次成孔, 从而为压水、注浆创造良好的条件, 据此, 我们提出以预防为主, 纠斜为辅的方针。

6.1 预防钻孔弯曲措施

(1) 严把安装关:

根据以往施工经验, 导致钻孔弯曲的主要因素是安装、开孔、换径、扩孔钻进参数的使用等。首先, 钻机、钻塔必须安装在坚实的地基上, 安装要牢固水平, 并保证天车、立轴、孔口中心三点在同一直线上。

(2) 开孔关:

开孔时钻具要直, 选用锋利的钻头, 主动钻杆要直不能有偏摆, 同时使用钻机上下卡盘夹持, 钻进参数要适当调整, 压力要均匀, 随钻孔的加深及时逐步加长岩心管, 孔口管要上正下牢。

(3) 换径、扩孔关:

换径和扩孔时, 必须使用带导向的粗径钻具, 导向部分必须与粗径钻具同心, 换径带外导向, 扩孔带内导向 (引向) , 换径前孔内不得有脱落的残留岩心。

(4) 钻进工艺:

开孔及表土层采用合金钻进, 其余岩层均选用金刚石绳索取心钻进方法。

(5) 合理选择钻进参数:

转速应根据钻孔口径、岩层完整情况合理选择。完整性好的地层, 可用较高转速、较低钻压、润滑性能良好的冲洗液钻进;松软破碎地层, 泵量要减少, 及时用优质泥浆护壁, 以免冲垮孔壁, 防止超径等。

(6) 增强钻具的导正性和稳定性:

选用长、刚、直、粗的防斜钻具, 可减少粗径钻具与孔壁的间隙, 使轴线不能倾斜或倾斜角度尽可能小, 采用ϕ71 mm的绳索取心钻杆, 粗径长度4 m～5 m。另外, 为减少钻杆的波浪式弯曲, 可在钻杆上加稳定器等, 以增加钻具回转时的稳定性。

(7) 使用数字化测斜仪 (防磁) :

每进尺10 m～20 m测斜一次, 掌握钻孔实际弯曲与设计值的偏离情况, 及时采取纠斜措施。

(8) 加强管理, 健全规章制度:

进场施工前, 组织施工人员进行专门技术培训, 提高施工人员的整体技术水平。根据不同地层条件, 制定具体的防斜措施, 做好技术交底工作, 提高钻孔工程质量。

6.2 纠斜措施

通过测斜, 发现钻孔弯曲超差、立即停钻、分析原因, 用连续纠斜器或螺杆钻具纠斜, 纠斜钻具结构应是短、重、细、柔, 使钻具轴线方向容易发生变化。纠治孔斜过程中, 要及时加密测斜, 指导施工。

7 帷幕注浆效果检查

帷幕注浆效果最直接的检查方法是通过抽 (放) 水试验, 得出坑内水量变化数值, 计算出堵水率;通过幕内外观测孔水位测量, 求得两侧水位差。堵水率越高, 水位差值越大, 说明注浆效果越佳。除此之外, 还可进行以下工作:

(1) 提前打好帷幕内外水位观测孔, 在注浆过程中, 不断观测和研究水位流场变化, 可以及时发现地下水主要通道, 得以加速、加强该通道的注浆工作, 提前得知注浆效果。湖南铜山岭矿, 湖北大红山矿均据此受益。

(2) 将最终质量控制, 改为过程质量控制, 即上道工序不合格, 不能转为下道工序, 关键工序要列为重点管理。

(3) 做好资料的综合整理, 下面推荐《大坝基岩注浆》一书中提出的“帷幕注浆资料整理程序图””’ (见图1) 。

(4) 打检查孔, 通过压水试验检查帷幕体的渗透性能。通过岩心裂隙检查, 有无水泥结石, 综合分析浆液扩散范围和注浆质量, 检查孔的总数应为注浆孔总数的10%。

(5) 用地球物理勘探方法, 检查帷幕注浆前和帷幕注浆后岩石弹性波速的变化。

参考文献

[1]杨相茂.大红山矿帷幕注浆防治水技术初探[J].岩土工程, 2006, (10) :52-54.

[2]方仲实.穿黄勘探试验洞安全问题研究[J].海河水利, 2000, (4) :113-116.

煤矿井下注浆堵水技术探析篇4

对于治理突水灾害来讲, 需要有效借助固有的水文条件及地质条件, 实施钻探技术与物探技术相统一的方法, 通过下行法进行注浆, 这样的施工技术可以使施工效率大大提高, 并完善了传统钻探技术的缺陷。在越来越完善的物探理论影响之下, 物探技术和钻探技术有效结合的技术方法被广泛应用于煤矿注浆堵水[1]。

1 实施煤矿井下注浆堵水技术的可行性与必要性

1.1 实施煤矿井下注浆堵水的可行性

查明一系列矿井的水文地质状况, 并保证一系列矿井下突水点都具备详细有效突水点资料, 这提供了煤矿井下突水注浆堵水的根据。对于煤矿井下突水点的注浆堵水来讲, 煤层底板含水层注浆改造技术十分便利, 这给煤矿井下突水点迅速封堵带来了新型的钻探技术与注浆材料。水泥粘土浆有效突破了新型注浆材料的技术, 不仅减少了注浆费用, 有着广泛材料源头, 并具备有利浆液流动性, 能实现理想充填效果, 保障煤矿井下注浆堵水技术在经济上可行。除此之外, 在煤矿井下注浆堵水中, 强大的专业注浆队伍是强有力支持。

1.2 实施煤矿井下注浆堵水的必要性

实施煤矿井下注浆堵水能使水害减轻及降低煤炭损失。在回采顶层工作面时, 倘若出现比较大的突水情况, 那么这个工作面需放弃回采, 而剩下的煤炭储量当作损失。然而, a) 煤矿井下注浆堵水技术的应用, 使得回采工作面不间断进行, 进而使得报损煤炭储量向可采储量转变;b) 实施煤矿井下注浆堵水使矿井排水减少, 并增加矿井排水能力, 从而增强矿井抵抗灾害能力。特别是在涌水量大的矿井, 有着比较大的矿井排水压力, 倘若出现新型突水情况, 就会出现淹没井和采区的情况, 而进行注浆堵水之后, 矿井排水减少, 从而有效增强了矿井抵抗灾害能力;c) 实施煤矿井下注浆堵水能改善环境和提高效益。由于突水点多和涌水量大, 因此容易导致巷道被淹没, 不利于运输, 倘若采煤工作面出现比较多突水, 常常导致难以运输, 导致暂时性停产, 为此, 需通过注浆堵水技术进行改善。

2 煤矿井下注浆堵水技术

2.1 直接堵漏技术

当漏水和涌水发生在井筒或巷道掘进工作面时, 借助出水通道、暴露的含水层裂隙、炮眼等, 直接性地通过快速凝胶材料或水泥实施封堵注浆。该技术被广泛应用在河床加固防漏、地下建筑墙体防渗、井巷注浆堵水等, 该技术具备明显堵水效果、施工时间短、装置和工艺简单的优点。

2.2 特大涌水封堵注浆技术[2]

在复杂构造地质的井巷施工时, 由于这种地带地下水活动频繁, 因此往往出现突水情况, 会导致矿井淹没, 造成矿井停产。根据这种现状, 需在重点过水通道周围钻孔, 将堵水材料进行充填灌注, 将涌水源头切断, 再实施加固注浆。该技术具有成效迅速和孔数少的优势, 可以使矿井迅速排除水灾, 常常是在静水与动水的状况下进行注浆。当排水能力能维持矿井不被淹没, 排水与注浆能同时进行称为动水条件注浆。在煤矿出水巷道里建闸墙让动水变静或突水淹没矿井之后地下水回到静水水位, 然后封堵过水通道, 这被叫做静水条件注浆。前者有能直接观察检验效果、成效迅速、注浆费用少的优点。后者大部分是在地面施工, 安全系数比较高, 然而较难把握空位定向, 要求比较大的钻孔工作量, 成本与工期要求都比较高。

2.3 壁后注浆技术

在永久性地支护井巷工程后, 碰到衬砌或井壁发生壁后空洞, 及漏水和渗水等, 导致难以施工, 并威胁到矿井或排水成本增多的情况下, 务必实施堵水进行加固。该技术能有效应用在巷道淋水、井筒处理、避免斜井下沉、井壁加固等方面, 具有工程造价低、成效迅、设备少及施工简单的优点。

2.4 工作面预注浆技术

在煤矿井巷掘进到导水断层、破碎带、含水层之前, 需暂停施工, 再借助不透水层充当防护, 或将混凝土注浆垫砌筑在工作面, 在工作面进行打钻和注浆, 以对导水通道和含水裂隙进行封堵。这样的施工技术能结合岩层的裂隙、位置与通道的方向, 准确布孔, 并具有消耗浆液量少和钻进工作量小的优点。也能借助水炮眼注浆, 这样的堵水技术能实现理想效果, 且也能比较直观地查看注浆情况。然而施工工作条件差, 施工场地狭窄, 施工装置尺寸外形会受到制约, 它要求比较高的安全防护。其注浆技术跟地面预注浆大致相同。赋存较深的基岩含水层或含水层间距较大, 中间又有良好隔水层的条件, 应采用工作面预注浆方法进行堵水;巷道掘进中遇破碎带、断层或超前探水出水时也易采用这种方法进行堵水施工[3]。

2.5 地面预注浆技术

针对有着较大出水量及比较集中的出水点位置, 在其附近布置一部分钻孔, 在含水层钻进, 再借助浆泵通过输浆泵把配制好的浆液往含水层注入, 从而实现堵水效果。此施工技术在地面开展所有事项, 因为需要比较大的施工场地, 且工期比较短、施工迅速, 所以能一起借助多台钻机平台与大型注浆装置进行作业。此施工技术要求较高的施工管理技术、注浆工艺水平、钻孔施工技术, 跟其它堵水工艺相比, 工程成本比较高。地面预注浆施工技术适宜在基岩或距离地面深度500 m以下层间距较小、含水层较多的地方及突水量大于10 m3/min的基岩裂隙溶洞和含水层应用[4]。

3 实施效果

3.1 减少矿井涌水量

应用封堵井下突水点技术后, 封堵井下中小型突水点非常成功。几年来共封堵矿井突水点10余处, 堵住水量约5 000 m3/h。

3.2 改善生产条件提高资源回收率

通过实施封堵井下突水点工程, 改善了生产条件, 使受水害威胁严重的煤炭资源得到合理开采, 提高了资源回收率。

3.3 抑制恶性水害发生确保矿井安全生产[5]

通过应用封堵井下突水点技术, 减少了矿井涌水, 增加了矿井抗灾排水能力, 确保了矿井安全生产。

3.4 效益显著

实施封堵井下突水点工程后, 减少了矿井排水, 节约了宝贵的水资源, 节约排水费用;改善了井下生产环境, 为建设高产高效矿井提供了安全保证;取得了显著的经济效益、环境效益。

3.5 其它效果

在井下封堵突水点的同时, 由于浆液和骨料大量注入, 充填了含水层的含水裂隙及补给通道, 改变了地下水流场, 使某些突水点的补给通道受到限制, 突水点涌水量明显减少, 变大水矿井为小水矿井。开创了矿井井下堵水的先例, 具有地表堵水不可比拟的优越性。

4 结语

在治理矿井突水时, 有效借助固有的地质条件和水文条件, 实施下行注浆和返流注浆法相统一的技术, 借助地面钻孔注浆封堵突水点, 且对煤层底板含水层进行加固。这样, 煤矿井下注浆堵水技术能实现理想封水效果, 节省大量电能, 降低了地下水流失量, 能实现理想社会效益及经济效益, 因而给相同矿井治理巷道涌水带来了一定的指导作用和借鉴意义。

参考文献

[1]王国际, 代光林, 刘蕴祥, 等.对陈四楼矿井下突水点注浆封堵的必要性分析[J].煤矿设计, 1999 (6) :25-28.

[2]张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004.

[3]孙守增.煤矿开采中的地应力特点及其应用研究[D].青岛:山东科技大学, 2003.

[4]黄德发, 王宗敏, 杨彬.地层注浆堵水及加固施工技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.

注浆堵水篇5

平煤股份四矿三水平回风井井口标高为+325 m, 井筒全深1 067 m, 其中前850 m为钢筋混凝土支护, 后217 m为素混凝土支护, 净径6.0 m, 净断面28.27 m2, 掘进断面40.72 m2, 支护厚度为600 mm, 混凝土标号为C40。

该井筒位于河南省宝丰县李庄乡姬家村境内, 根据四矿地测部门下达地质水文预报通知书, 丁5-6煤层采空区积水老巷底板位于井深828.6 m处 (标高-503.6 m) , 巷道宽4.4 m、高3.0 m, 经打探水孔未发现有毒、有害气体, 但存在大量老巷积水, 积水量约26 000 m3, 积水高差15.3 m, 丁5-6煤层采空区积水老巷中心线与回风井井筒中心线基本重合。由于该积水老巷连通水域较长 (2条下山巷道和2条联络巷约300 m) , 且有缓慢补给水源, 如井筒强行通过该段采空区, 由于老巷内积水较多, 势必造成揭开后淹井事故的发生, 严重威胁施工人员的安全, 并不能保证井壁的质量。井筒与积水老巷的平面关系如图1所示。

2防治水施工方案确定

(1) 排水。

利用现有施工排水设备或再增加排水设备, 强行把丁5-6煤层采空区积水逐渐排干, 然后揭开积水老巷通过。该方案的优点是排水工艺简单, 施工积水老巷段时也可彻底解除水患威胁;缺点是费时, 经济上不合理, 按现有井筒施工设计排水能力30 m3/h计算, 需36 d才能排完, 辅助费用很高, 且积水老巷有补给水源, 井筒通过积水老巷后仍有水患威胁。

(2) 注浆堵水。

当井筒施工至老巷积水顶部上方时, 在井底工作面向井筒轮廓线外老巷处定点注浆, 形成可靠的堵水墙, 将积水老巷内的水封堵在井筒轮廓线外5 m处, 然后井筒再向下施工, 通过积水老巷段。该方案的优点是工期短, 一次注浆堵水到位, 整体费用低, 预计注浆时间20 d左右;缺点是定点注浆工艺相对复杂, 技术要求高, 若堵水不彻底, 施工时仍有水患威胁。

综合对比上述2种方案的优缺点, 结合长期注浆的实践经验和检验手段, 认为注浆技术要求高的缺点可以克服, 故选择注浆堵水方案[1]。

3施工方法

3.1远距离定点注浆

当井筒施工至距丁5-6煤层采空区积水老巷顶板16 m (即积水老巷最高水位上方1 m处) 时, 停止掘进, 对井筒荒断面进行锚网喷临时支护, 并平整工作面底板, 浇筑500 mm厚的混凝土作为止浆垫, 凝固48 h后, 依据测量给出的定位线及钻孔设计要求进行布孔, 采用远距离定点注浆, 在井筒轮廓线以外5 m形成1道堵水帷幕。

先施工井筒工作面东部丁5-6煤层采空区积水老巷中心线上的钻孔, 按照设计的方位与倾角使用钻机, 配Ø140 mm钻头, 向下钻探8.5 m时, 停止钻进收钻, 安装Ø108 mm×8 m孔口管, 配Ø108 mm子母扣法兰堵盘, 注浆加固。停48 h后, 换Ø90 mm钻头扫孔8.5 m做耐压试验, 试验耐压值不小于15 MPa, 并持续30 min;而后用钻机配Ø90 mm的钻头, 进行扫孔、钻进探水, 与丁5-6煤层采空区积水老巷顶板打透后, 继续钻进至积水老巷硬底板下, 且边打边用压风配合进行风水联动, 把巷道底板淤泥吹向一边;最后钻头进入积水老巷硬底板200 mm时停止钻进, 在钻孔底0.5 m的高度内, 来回提起钻杆, 反复推拉, 吹净孔底淤泥收钻。起钻后下Ø40 mm阻燃型塑料管至孔底, 接着通过孔口管向孔底下粗骨料 (粒径2～4 mm石子) , 把塑料管外露一头与子母扣法兰堵盘上内接头连接, 并用12#铁丝捆绑牢固, 在孔口管处安装子母扣法兰堵盘, 连接注浆管路准备注浆。注浆开始前先压清水冲洗巷道底板, 然后注水泥—水玻璃双液浆进行充填加固。注浆压力达到8 MPa时, 停止注浆, 卸掉Ø108 mm子母扣法兰堵盘, 稳钻扫孔至巷道硬底板以下200 mm时起钻, 下Ø25 mm尾巴钢管至孔底, 一端用直箍与子母扣法兰堵盘连接, 安装好后继续注浆。当压力上升到10 MPa时, 该孔注浆结束, 以此类推, 完成全部23个设计注浆孔。其中:①在积水老巷方位上垂直于巷道中心线, 从东向西每排3个钻孔 (中间钻孔在巷道中心线上) , 共布置4排, 排距2 m, 两帮2排分别距井帮500 mm。②在井筒工作面北部, 距井帮500 mm, 布置5个补强注浆钻孔, 孔间距1.2 m。③在井筒工作面南部, 距井帮500 mm, 布置5个补强注浆钻孔, 孔间距1.2 m。先注老巷东部, 从东向西逐渐推进;再注井筒北部钻孔;最后注南部钻孔。注浆堵水如图2所示, 注浆堵水布孔如图3所示。

按设计施工方法及顺序, 打一个孔注一个孔, 从东向西把积水老巷内的淤积物排移到注浆帷幕以外, 直至把设计钻孔施工完毕为止, 最后在注浆范围内再打3～4个注浆效果检查孔, 补强注浆。

3.2补强注浆

第1次工作面注浆后, 待向下掘进至丁5-6煤层采空区积水老巷顶板6 m时停止掘进, 在井筒工作面浇筑1层200 mm厚的混凝土止浆垫。依照第1次工作面注浆方法对每1个钻孔进行补强加压注浆施工, 封孔压力达到12 MPa时停止注浆, 进行注浆效果检查, 巩固注浆效果。

3.3壁后补强注浆施工

井筒掘砌通过丁5-6煤层采空区积水老巷后, 利用吊盘对井深820.6～833.6 m段13 m高 (积水老巷顶板上5 m至底板下5 m段) 进行壁后注浆, 让注浆管中浆液顺着钻孔向外扩散, 使井筒周围岩层内空隙充满浆液, 固化后与注浆后岩煤层形成一块坚固的整体, 在井筒周边形成1道隔水帷幕, 把积水老巷蓄水排在帷幕以外, 达到彻底封存积水老巷涌水目的。根据以往注浆经验, 壁后注浆封孔压力控制在4～6 MPa, 壁后补强注浆布孔如图4所示。

3.4加强井筒支护

将丁5-6煤层采空区积水老巷及老巷段上下各5 m段井筒壁厚由原来600 mm改为800 mm, 增加支护强度, 基岩掘进后进行锚网、井圈支护;采用Ø20 mm×2 400 mm左旋高强树脂锚杆, 间排距均为0.8 m, 树脂药卷规格为Z2335型, 每根锚杆配3支树脂药卷;金属网采用Ø6 mm钢笆网, 网孔规格50 mm×50 mm, 井圈材料使用29U型钢, 每架井圈使用8节29U型钢对接, 每节弧长3.3 m, 搭接长度400 mm, 卡缆固定, 每500 mm设置1架。

4注浆堵水技术要求

4.1注浆设备选择及注浆压力

注浆设备选用2TGZ-60/210型和2TGZ-120/90型2套双液调速高压150型液压钻机及YT-28型风动凿岩机;使用Ø43 mm、Ø90 mm及Ø140 mm合金钻头, 配Ø22 mm× (1～5 m) 、Ø50 mm×1 m (圆形) 及Ø100 mm×1.5 m (螺旋) 钻杆, 注浆材料使用新鲜无结块袋装P.O42.5级普通硅酸盐水泥和浓度为38～42°Bé、模数为2.8～3.2液体中性水玻璃, 水灰比为1∶1～1∶0.8 (质量比) , 水泥浆液与水玻璃浆液的体积比为1∶0.8, 视所需凝固时间适当调整, 注浆开始时的压力以浆液不断注入为准, 非高压强注, 不超过5 min (事先试验) , 以合理控制流动距离、减少浪费。若注浆压力快速上升则停注, 用小号钻头进行投孔, 然后再复注, 可反复几次, 直至浆液注不进去。如此可在水体中初步形成堵水墙, 待堵水墙初凝后, 施工第2排注浆孔, 并安装带有尾巴管、长度可深入至积水老巷底板的注浆管, 注浆时浆液初凝时间仍按5 min控制, 但终孔压力不小于10 MPa (正常情况下压力逐渐上升) 。

4.2注浆效果的判断和强化注浆

从第2个注浆孔开始, 每次施工注浆孔都要对前一个注浆孔注浆效果进行检查, 以便及时调整注浆参数。上述2排孔注完后, 在井筒东、西两帮向堵水墙预定形成位置中部各施工2个检验兼补强注浆孔, 1个终孔位置落在积水老巷顶板, 1个落在积水老巷底板。4个检验孔无论有无渗水或涌水现象, 都要及时进行强化注浆。

4.3注浆过程中注意事项

(1) 布孔。

充填、补强注浆采用井筒“周边与中部”相结合的布孔法。“周边孔”形成隔水帷幕, “中部孔”对注浆整体补充加固。

(2) 造孔。

在止浆垫上支好钻机, 按设计方位、倾角造孔, 预埋好孔口管, 扫孔钻进。施工时注意钻孔出水深度, 积水老巷顶、底板具体位置, 做好详细记录。

(3) 埋管。

造孔结束用清水洗孔后, 人工把塑料管或带有尾巴钢管慢慢下到孔底, 把预埋孔口管法兰盘与塑料管或尾巴钢管上子母扣法兰堵盘对接严实, 用螺丝安装牢固;壁后注浆钻孔成孔后, 用清水洗孔, 根据注浆孔深浅再安装已准备好的注浆塞, 注浆塞要用棉线缠在马牙扣上, 用打管器把注浆塞打牢, 达到设计抗压能力;安装伸缩型注浆专用管, 把专用管放入孔内, 压紧螺母, 止浆塞起到止浆作用, 达到设计抗压能力。

(4) 球型阀及注浆管路的安装。

注浆管安装好后, 安装球型阀, 连接高压注浆管、三通混合器、四通及卸压阀。

(5) 注浆。

根据注浆情况进行配比, 随时调整流量、浆液浓度, 注意注浆压力, 达到设计注浆压力即可停止注浆。

(6) 跑、漏浆的处理。

在注浆过程中, 如发现跑浆现象, 可根据现场跑、漏浆情况, 采取糊、停、点、注等方法处理, 以减少浆液损失, 达到注浆预期目的。

5结语

该次积水老巷注浆堵水从工作面接近积水老巷顶板16 m时开始准备, 到堵水结束, 共用时21.7 d, 消耗水泥525 t, 水玻璃 456 t, 井筒老巷段揭开后, 未发现漏水或渗水现象, 堵水效果理想。砌壁完成并经壁后注浆加固后9个多月, 老巷段及上下井壁无任何异常, 井壁质量稳定, 立井井筒通过积水老巷由被动的强行排水转变成主动的工作面注浆堵水, 使用粗骨料充填、水泥水玻璃双液浆封堵, 避免了排水浪费工期现象及淹井事故的发生, 同时也提高了井筒井壁的工程质量, 为类似井筒通过积水老巷施工提供了可借鉴的经验。

参考文献

油页岩矿斜井筒流沙层注浆堵水篇6

吉林桦甸鸿昌油页岩矿于1999年8月筹建矿井并投入生产,该矿采用地下开采方式,斜井片盘式开拓,布置主副两条斜井,两井间距28 m,位于井田走向的中央。井筒倾角21°,地面高程+262 m,井筒净宽2.2 m,半圆拱形断面,净高2.2 m,现浇混凝土砌碹支护,拱墙壁厚0.3 m。2010年4月副井距井口斜90 m(距地面垂高30 m)处井筒碹顶坍塌12 m,井壁发生大量涌水,涌水量为30 m3/d～40 m3/d,地表形成长5 m,宽5 m,深0.5 m的塌陷区,严重威胁矿井安全和正常生产。经过对井壁围岩结构及突水点机理分析,选用地面钻孔注浆堵水方案,成功封堵了井筒透水。

1 地质、构造及水文地质

1.1 地层

根据矿山地质报告,该区域地层由老至新依次为:

白垩系红色砂砾岩层,主要由红色砂岩、砾岩及少数薄层页岩组成,与下伏地层呈不整合接触;第三系含油页岩层,桦甸所有可采油页岩均赋存于该层中,依其岩性次分为下部炭质页岩段,以绿色和紫色页岩为主;中部含油页岩段;上部炭质页岩段,厚度350 m,由深灰色页岩、砂页岩及灰白色砂岩所组成;第四系冲积层,该层在矿区全区发育,厚度10 m左右,由表土、砂、粘土及沙石组成。

1.2 构造

矿区内地层呈单斜构造,近东西走向,向南缓倾斜、倾角一般在10°左右,局部倾角达20?。区内已查明和基本查明的主要断层有4条:F4断层、F10断层、F9断层、F12断层,且皆属高角度正断层,对油页岩起破坏作用。

1.3 水文地质

根据矿山水文地质报告,该区地势低洼,地下水的补给来源除大气降水直接补给外,地形条件有利于地表水的汇聚,是矿床充水的主要补给来源。局部第四系上部的黏土层已被地表水切穿,造成第四系含水层直接与地表水相沟通。在井田中部钻孔所做简单抽水试验,取得概略的渗透系数为44.6 m/d。断层破碎带是地下水的储存地和地下涌水的通道,故对矿床开采的影响很大。矿井一般涌水量380 m3/d～500 m3/d,最大涌水量为720 m3/d,最小涌水量为320 m3/d。

2 透水原因

经对井壁围岩结构及突水点机理分析,造成这次透水的原因是该处井筒局部砌碹建井施工时,碹胎接缝不严,回填物经积水侵泡常年流失,致使第三系含油页岩层上部炭质页岩段砂页岩层垮落,波及第四系冲积层,直接与第四系含水层相沟通,造成透水和地表塌陷,必须尽快采取有效措施进行封堵,见图1。

3 井筒堵水方法选择

经过对透水位置、井壁围岩结构及突水机理特点分析,比较了几种井筒堵水技术,最后选用地面钻孔围岩注浆堵水加固方案。井筒堵水方案比较见表1。

4 注浆堵水

4.1 注浆堵水机理

围岩注浆堵水是加固巷道围岩的一种有效方法,向存在大量裂隙的松散岩体中注入能固结硬化的浆液,控制浆液扩散半径,形成堵水屏障,有效控制含水层水量的涌入,使巷道围岩重新胶结成高强度的整体,达到固巷堵水的目的。

4.2 注浆堵水设备及材料

注浆设备采用2台NBB250/60泥浆泵,采用Φ171 mm钻头开孔,下入Φ159 mm套管,水泥浆固管,然后用Φ118 mm牙轮钻和潜孔锤钻钻至设计深度岩层破碎带。搅拌机、供水系统、注浆泵、注浆管道、封孔装置等组成注浆系统。注浆材料主要由水、水泥、沙子、速凝剂等组成。

4.3 注浆堵水工艺

4.3.1 注浆浆液配制

注浆配制分为二步,首先配制单液水泥浆,水灰比为1:1-0.75:1;之后与沙子在注浆池调配,同时加入水玻璃混合搅拌,注浆相对密度为1.33-1.40,水泥在固向中约占30%,沙子约占固相67%,速凝剂约占3%,采用高压挤密注浆。

4.3.2 钻孔布置

首先通过测量来确定井筒透水点地面准确对应位置,结合地面塌陷情况,先在透水点四周施工帷幕注浆孔,之后施工充填注浆孔。帷幕注浆孔成长方形布置,南北长20 m,均匀分布4个钻孔,东西长30 m,均匀分布6个孔,共计16个孔,孔深至基岩30 cm,这样就形成一个长方形帷幕,从而将透水点与整个第四系含水层隔离开;为了增加透水点塌落围岩强度,在透水点地面对应位置,打充填注浆孔,采用梅花眼布置5个钻孔,孔深30 m,见图2。

4.3.3 注浆施工

注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法。注浆开始后,要定时观测泵的吸浆量和泵压,并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。稀浆关注量取单孔注浆量的10%为宜。注浆压力宜控制在静水压力的2至4倍,注浆以稀浆开始找稠浆结束。采用KWS-115型止浆塞止浆,止浆塞的位置在受注段顶界5 m左右的岩体较完整的孔段内。

5 效果及分析

桦甸鸿昌油页岩矿于2010年6月中旬开始地面钻孔注浆堵水,7月中旬结束,用时1个月,随着注浆堵水施工进行,副井井筒透水处涌水量逐渐减少,最后成功封堵了井筒透水,完全达到了设计要求,效果显著。

6 结语

注浆堵水篇7

关键词：副井井筒,帷幕注浆,射孔注浆

1 蔡园煤矿副井概况

1.1 副井井筒特征

蔡园矿副井表土段采用淹水沉井法施工, 井筒净直径6 m, 井壁结构采用双层水泥模板、双排φ16 mm螺纹钢筋砼浇灌, 厚度1 000 mm, 采用罐笼提升, 井筒内装备有钢丝绳罐道, 梯子间及梯子间横梁, 上下梁距为5 m。

1.2 井筒涌水喷砂情况

井深42.5 m左右涌水喷砂, 喷射距离达3 m左右, 空洞尺寸10 cm×5 cm, 能见深度在400 cm, 洞内积有细粉砂, 从洞里往外水流不断;另一出砂点在井深74.5 m处, 有渗砂现象。据井检孔资料, 该处表土段厚99.91m, 主要由流砂层和粘土层组成, 其中流砂层10层, 累计厚度37.03 m, 流砂层孔隙率大, 含水丰富。

2 井壁涌水喷砂治理技术原理

首先在井筒内用直接堵漏的方式, 对涌砂点直接封堵;然后在地面钻孔, 用射孔注浆的方式对含水砂层进行注浆帷幕封水。

2.1 帷幕注浆工艺原理

帷幕注浆是通过在掌子面钻地质探孔和注浆孔, 向孔内压注水泥 (或水泥--水玻璃等) 浆液, 浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水, 保证围岩的裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实, 并与岩体固结成一体[1], 形成止水帷幕。

2.2 射孔注浆原理

冻结管射孔注浆技术是将专用的射孔枪沿冻结管内下放到预定的注浆地层部位, 采用聚能式爆破射孔技术, 通过引爆射孔枪中的电雷管, 使枪中一定数量的射孔弹同时定向爆破, 穿透枪体及冻结管, 并进入地层一定深度;然后利用冻结管及射孔弹道作为注浆管道, 在地面进行注浆, 加固预定地层。冻结管射孔注浆工艺流程如图1所示。

1.仪器车;2.井口滑轮;3.冻结管;4.单芯恺装电缆;5.射孔枪;6.风化基岩;7.枪头;8.接地环;9.雷管;10.托架;11.导爆索;12.射孔弹;13.枪体;14.安全起爆仪

3 帷幕注浆方案设计

3.1 钻孔设计

以副井筒为中心, 布置单圈注浆孔, 注浆孔圈径为17 m, 注浆孔至井壁外沿为4.5 m, 注浆扩散半径按5.5 m考虑。根据蔡园矿副井表土层厚度情况及井壁出水涌砂情况, 注浆帷幕封水范围为井深30～108 m, 具体划分为8个段高。注浆孔平面布置如图2所示。

3.2 浆液配比

为确保注浆效果, 降低注浆费用, 除井壁修复段采用单液水泥浆注浆外, 其他分段可采用水泥粉煤灰浆液注浆, 浆液注入量3 500 m3左右。单液水泥浆水灰比为1～1.2;水泥粉煤灰浆液水泥与粉煤灰配比为2∶1和1∶1, 水料比为0.6～0.8, 浆液容重14.5～15.5 k N/m3。

3.3 注浆方式

采用“自下而上固管分段射孔注浆”的方式, 就是对每组3个孔接近同步地采用上行式射孔注浆方式, 首先完成裸孔段注浆, 而后, 自下而上地分段完成射孔注浆。

4 帷幕注浆堵水工程监测

4.1 注浆初期

采用间歇复注的方式, 以注浆终压、注浆量及井壁封水情况作为单孔单段注浆结束标准。注浆初期, 每班应定期入井观察一次, 注浆正常后也应每天入井观察注浆段井壁状况, 并做好记录[2]。

4.2 副井井壁受力应变监测系统