礦井防治水之注漿

2017-10-19 19:49:39陳丹

中國科技縱橫 2017年17期

陳丹

摘要：礦井防治水是保障礦井安全建設和生產的重要手段。防治水方法主要有：注漿法和凍結法，這兩種方法都屬于井筒特殊施工法，本篇主要介紹注漿法。

關鍵詞：礦井；防治水；注漿；礦井建設

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0182-02

1 注漿的定義

注漿堵水是指將注漿材料制成漿液，壓人地下預定位置，使其擴張固結、硬化，起到堵水截流，加固巖層和消除水患的作用。從定義中就可以看出注漿的目的即是為了堵水，為了保障在礦井建設和生產中安全生產。

2 注漿的分類

按照注漿的流程和方式等，注漿可以分為：地面預注漿、工作面注漿、壁后注漿。采用何種方法注漿要根據水文地質、工程地質、工程工期、所采用的設備能力和經濟合理性等因素決定。

2.1 地面預注漿

即在井筒建設前預先參照水文地質資料從地面布置注漿孔進行注漿，以此形成以井筒中心為半徑的圓形（理想形狀）隔水帷幕，達到永久堵水的目的，保障礦井建設和生產的安全。當含水層且層間距不大時，宜采用地面預注漿，但因其鉆孔深度大、孔斜控制要求高、對注漿設備和技術要求高，用此法注漿時工程費用較高。

（1）當分段進行注漿時，可采用上行式注漿、下行式注漿或上行與下行混合式注漿。注漿施工一般有以下兩種施工方案：1）全直孔方案：此方案以井筒中心為半徑的圈徑上布置注漿孔施工即可。一般不與凍結、鑿井平行作業時采用此方案。直孔施工工藝相對簡單，施工費用較低，風險較小，安全可靠。2）直孔—S孔方案：此方案內圈為直孔，外圈為S孔，在施工時先施工內圈直孔，施工完畢后把施工場地閑置出留給凍結和鑿井單位，再施工外圈S孔。一般與凍結、鑿井平行作業時，采用此方案施工。與凍結、鑿井可平行作業，縮短建井工期。但S定向孔施工較復雜，技術難點多，施工費用較高，存在一定的風險。隨著我國定向技術的發展，在施工中采用隨鉆定向、無線定向、陀螺儀定向及螺桿鉆具糾斜等技術，一般均能達到定向施工要求。

（2）注漿孔的要求。1）預注漿孔的數量一般為3—8個。2）孔位距井筒荒徑應大于1米，鉆孔應在相同的注漿深度內呈相對均勻分布狀態。3）注漿孔的深度應超過所注含水層底板以下10米，當井筒底部位于含水層時，終孔的深度應超過井筒底部10米。4）注漿鉆孔每隔40米應測斜1次，鉆孔的偏斜率不應大于0.5%，注漿鉆孔的落點在相同的注漿深度。5）注漿孔與凍結孔的最小距離應大于6米。6）需凍結段與注漿段交叉共同封水時，其交叉段長度要大于15米。7）需直孔注漿段與S孔交叉段共同封水時，其注漿封水交叉段長度要大于10米。

（3）注漿段高的劃分。

如表1。

（4）地面預注漿準備工作。1）注漿孔鉆成后，應用清水沖孔，并應直至返清水為止，當裂隙小且沖孔效果不好時，應采用抽水洗孔。2）整個注漿管路系統壓水試驗的壓力宜為注漿終壓的1.2倍～1.5倍，試壓的持續時間要不少于15min。3）對鉆孔進行壓水試驗，應檢查止漿塞的密封效果和測量鉆孔的吸水量，并應作為確定漿液品種、配比或濃度、泵壓、泵量的依據。4）正常注漿段壓水時間宜為10min～20min；復注注漿段壓水時間宜為20min～30min；流量應由小逐漸增大，應選擇2個～3個壓力值的流量，每個壓力值壓水時間不應少于10min。

（5）地面預注漿終壓值。1）巖帽段注漿終壓值應大于靜水壓力值的1.5倍。2）注漿段水泥和水泥-水玻璃漿液的注漿終壓值應為靜水壓力值的2倍-4倍。3）注漿段黏土-水泥漿注漿終壓值：對孔深小于或等于400m的注漿段終壓值，應為靜水壓力值的2.5倍～3倍；對孔深大于400m的注漿段終壓值，應為靜水壓力值的2倍～2.5倍。

（6）地面預注漿結束標準。1）單液水泥漿：當終量為50L/min～100L/min及注漿壓力達到終壓時，繼續以同樣壓力注入較稀的漿液20～30min后，即可結束該段的注漿工作。2）粘土-水泥漿：當終量小于250L/min及注漿壓力達到終壓時，經穩定20～30min后，即可結束該段的注漿工作。3）水泥-水玻璃漿：當終量為100L/min～120L/min及注漿壓力達到終壓時，經穩定20～30min后，即可結束該段的注漿工作。

2.2 工作面注漿

一般指掌子面注漿，即對開挖面前方土體進行注漿加固。當井筒穿過的基巖含水層賦存較深，或含水層間距較大，中間又良好隔水層，宜采用工作面注漿法施工。此注漿法較為節省鉆孔工程量和工程工期。工作面注漿可分為工作面預注漿或工作面直接堵漏兩種方法。

2.2.1 注漿控制要點

（1）工作面預注漿的段高一般為30m～50m.

（2）直接堵漏注漿孔的深度應始終超前掘進進尺2m以上。

（3）工作面預注漿的深度大于700m時，其注漿段黏土-水泥漿液終壓值應為靜水壓力值的1.5倍～2倍，其他時候的終壓值與地面預注漿相同。

（4）直接堵漏注漿終壓值宜大于或等于靜水壓力的2倍～4倍。

2.2.2 工作面注漿的結束標準

（1）工作面預注漿的注漿孔的注漿壓力達到終壓且注入量應小于30L/min～40L/min。

（2）直接堵漏注漿時，各鉆孔的涌水已封堵、無噴水，且涌水量應小于施工設計規定。

2.3 壁后注漿

指襯砌施工完畢后對襯砌和圍巖、初支和二襯之間的空隙進行補充注漿，填充之間的空隙。當井筒深度小于600m，涌水量超過6m3/h 、井筒深度大約600m，涌水量超過10m3/h 時宜采用壁后注漿。

2.3.1 壁后注漿控制要點

（1）注漿段壁后為沖擊層時，注漿孔的深度應小于井壁厚度200mm；雙層井壁，注漿孔應穿過內層井壁進入外層井壁，進入外層井壁深度不應大于100mm。endprint

（2）漏水的井壁段壁后為含水巖層時，注漿孔宜進入巖層1m以上。

（3）壁后注漿的壓力值應大于靜水壓力0.5Mpa～1.5 Mpa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當提高。

（4）井筒進行鉆孔注漿作業時，作業點下方不得有人。

2.3.2 壁后注漿的結束標準

（1）注漿孔的注漿壓力達到終壓。

（2）各鉆孔的涌水已封堵、無噴水，且涌水量應小于施工設計規定。

3 注漿材料

（1）主要注漿材料選擇黏土、水泥、水玻璃，輔助添加劑選擇三乙醇胺、工業鹽等。注漿應采用普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于32.5；水玻璃模數應為2.4～3.4，密度1.368×103kg/m3～1.465×103kg/m3；黏土塑性指數不應小于10，粒徑不小于0.005mm的粘粒含量不應低于25%，含砂量不應大于5%，有機物含量不應大于3%。

（2）注漿漿液分類：注漿漿液可分為單液水泥漿、水泥—水玻璃漿、黏土水泥漿、化學漿液，實際操作時應根據不同的地質資料、水文資料以及實際施工情況來選擇漿液品種。

4 漿液注入量及注漿材料計算：

4.1 計算公式

Q=Aπ（R+r）2HnB/m

式中：Q— 漿液注入量（m3）；

A—漿液消耗系數（取1.2～1.5）；

R—漿液有效擴散距離（m）；

r—注漿孔布置圈半徑（m）；

H—注漿段高（m）；

n—巖層平均裂隙率（%）；

B—漿液充填系數（取0.9～0.95）；

m--漿液結石率（取0.5～0.85）