毕业设计（论文）-注浆法在巨野矿区井筒治水的研究应用.docx

山东科技大学学生毕业设计（论文）摘要 快速、安全地通过厚表土层立井是当今国内外地下工程界面临的技术难题，在井筒施工过程中出现的井壁片帮、涌水等问题严重制约着井筒掘进速度，直接影响了矿井建设进程。本文针对巨野矿区GT煤矿表土层厚、含水层多、涌水量大的特点，设计采用综合注浆法井筒地面预注浆、井筒工作面预注浆、壁后注浆、井筒排水系统来解决矿井涌水问题。本文加强了注浆技术的研究应用，重点研究了注浆参数，其中包含浆液扩散范围、注浆压力、浆液的注入量等。在施工方法研究上，通过第四、第三系特厚疏松不良地层时，采用短掘短砌技术，尽量缩短围岩暴露的面积和时间；工作面进行超前预注浆形成帷幕，对井壁周围水患加强堵、截，在集中涌水点采取安设导水管，控制水流方向和线路；对已成井井壁段施工导水管集中导水和卸压；实现普通凿井法与截、排、堵、封等治水方案同时进行。论文进行的GT主井注浆方案设计，通过工程实践证实是合理的。关键词 注浆法 井筒涌水 研究应用AbstractPassing through the thick alluvium quickly and safely in shaft construction is a complex technical problem of domestic and overseasunderground engineering in nowadays.In the course of shaft construction, the rib and inflow issues from shaft restricted the shaft driving speed and directly affected the process of mine. Aiming at the juye coal mining GT topsoil thickness, aquifer of the characteristics of big, section, the design adopts comprehensive grouting method borehole gets mining grouting, wellbore ground after grouting, wall represents the grouting, wellbore drainage system.This paper enhanced grouting technology research applications,focusing on the grouting parameters including spread of slurry, injection pressure, grout injection rate, etc.When shaft returned air passed through the extra thick and loosely strata of quaternary and tertiary,speed excavation and masonry is main mathod to shorten process in exposing surrounding rock, taking grouting in advance range to water shut off, installing aqueduct at centralizing water point to control direction and flow of water,constracting centralized aqueduct to water conduction and pressure relief, realizing common sinking technique and comprehensive water control carried out simultaneously. The GTs main shaft thesis project design, through the grouting engineering practice proved to be reasonable.Keywords: grouting method,borehole water gushing,research applications目录第一篇 注浆法在巨野矿区井筒治水的研究应用1第一章 井筒治水概况11.1国内外状况11.2井筒概况21.3井筒地质及水文地质4第二章 井筒地面预注浆82.1注浆工程设计82.2注浆孔施工顺序及注浆方式202.3注浆材料222.4注浆孔钻进242.5制浆与注浆312.6注浆质量的检查与分析352.7安全生产和文明施工402.8施工组织与工期432.9主要施工设备与器材472.10凿井施工建议49第三章 井筒工作面预注浆503.1工程概况503.2水文地质概况503.3工作面预注浆工程设计513.4工作面预注浆施工663.5注浆施工安全技术措施73第四章井筒施工排水744.1工程概况744.2排水方案744.3排水系统764.4施工安全措施79第五章 井筒壁后注浆堵水825.1工程概况及水文地质65.2注浆堵水设计65.3注浆堵水施工885.4施工技术安全措施90第六章 主要研究结论及创新点91第二篇 专题设计6专题设计一 千米埋深硐室软岩支护技术61地应力概述62硐室锚杆(索)支护设计原理993硐室锚杆（索）支护设计的工程类比法1044工程实例A1065工程实例B113专题设计二 冻结凿井钢筋混凝土井壁结构及厚度设计1201概述1202井壁结构设计与计算121参考文献147致谢149附录150161第一篇 注浆法在巨野矿区井筒治水的研究应用第一章 井筒治水概况1.1国内外状况我国能源75%取自煤炭，煤炭工业在国民经济发展中占有举足轻重的地位。我国是世界上煤炭资源及原煤产量最大的国家之一，煤炭资源丰富。我国煤矿多采用井工开采方式，由于煤田水文地质条件复杂，开凿立井井筒时，不可避免地要接近、揭露或破坏某些含水层，从而造成地下水涌入井筒，它不仅影响施工速度、工程质量、劳动效率，严重时还会给施工人员及施工机械带来灾难性的危害。因此，根据不同的条件，应采取有效的措施。妥善处理井内涌水，已成为立井快速施工的一项重要工作。长期以来，在井内涌水的治理方面，国内外积累了许多丰富的经验，并创造了不少行之有效的治水方法，注浆技术也就是在同地下水作斗争中发展起来的一门科学。注浆技术是矿山建设中凿井、治水的主要方法之一，也是地下工程中地层改良的重要手段。注浆法是将浆液注入到岩土的空隙，裂隙或空洞中，浆液经扩散，凝固，硬化以减少岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到岩土加固和堵水的目的。与冻结法相比，注浆法永久改变了岩土的性质，岩土强度提高，稳定性增强，而冻结法中的冻结壁是临时改变岩土的性质，冻结解冻后岩土又恢复到原来的性能。随着我国国民经济的迅猛发展，注浆法在近几十年来发展很快，应用很广，我国煤炭行业在50年代初期，东北鹤岗矿区、鸡西矿区和山东的淄博矿区首先采用井壁注浆堵水。60年代开始应用水泥水玻璃浆液及其它化学浆液。例如55年新汶张庄矿主井首次采用工作面注浆，58年峰峰薛村矿主井副井采用地面预注浆。随后在预注浆建井、处理淹井事故、加固松软沙层，用帷幕注浆解决和减少矿井涌水、化学注浆凿井通过浅薄层流沙及钻孔堵漏和护壁方面，均取得了一定的效果，解决了很多水害问题，注浆法在我国社会主义建设中发挥了一定的作用。近几十年来，国外注浆技术应用更为普遍，以预注浆为例，英国在60年代后期建设的煤矿有80%以上采用了注浆技术；南非在1958-1968年期间，用预注浆法开凿了35口立井和3条隧道。在英、美、法、南非和加拿大300个用注浆法施工的井筒中，约有93%的井筒注浆后，井筒涌水量不超过10m3/h。以往，井筒工作面涌水我国多单独采用吊泵排水。由于这种方法不能从根本上消除涌水对井筒施工造成的影响，更不适应目前深井机械化凿井的新条件。因此，采用注浆堵水的积极方法在我国日益增多。随着注浆技术的发展，注浆材料和注浆设备的改进，注浆堵水将成为我国凿井的主要治水方法。在实践中，为了彻底解决涌水对立井施工的影响，改善掘、砌工作面的作业条件，有时采用单一的方法难以将水彻底治理，往往采用注浆堵水、截水、吊泵排水和壁后注浆等方法相互配合使用，采取综合治水方法，才能获得良好的效果。1.2井筒概况山东省巨野矿GT矿属于山东鲁能菏泽煤电开发有限公司，位于郓城县以南10 km处。矿井规模为2.4Mt/a，井田为全隐蔽型井田，新生界地层厚，故采用立井开拓方式，布置主、副、风三个井筒。井田南北长约16km，东西宽约14km，井田面积222.1km2。根据已完成的井筒检查钻孔施工情况分析，主井井筒基岩段涌水量预计848.57m3/h，为满足建井需要，确定主井井筒基岩段采用地面预注浆治理地下水。注浆法凿井作用原理见图1-1-1图1-1-1 注浆法凿井作用原理井筒技术特征见表1-1-1。 表1-1-1 井筒技术特征表序号名称单位主井1井口位置Xm3932670.000Ym20404740.0002井口设计标高m+45.0003提升方位角度3604设计净直径m5.05设计净断面m219.6356表土层厚度m587.4007水平标高m-808.0008水平以下深度m5.0009井筒垂深m858.0001.3井筒地质及水文地质1.3.1井筒地质本井田位于巨野向斜西翼，为全隐蔽的华北型石炭二迭系煤田，煤系以中、下奥陶统为基底，沉积了石炭系中统本溪组、上统太原组、二迭系下统山西组和下石盒子组，其上被新生界第三系和第四系所覆盖，据井筒检查孔揭露，其地层自上而下为：第四系、上第三系、二迭系石盒子组，各系（组）地层厚度见表1-1-2。 表1-1-2 检测孔揭露地层厚度表 井别地层主井（检3孔）厚度（m）第四系（Q）136.10587.40上第三系（N）451.30上石盒子组（P12）292.35因第四系、第三系地层不在注浆段内，故不详述。二迭系石盒子组（P12）：揭露厚度分别为主井293.00m，副井292.35m。主要由碎屑岩组成，泥岩、粉砂岩灰色为主，含大量紫斑，局部含少量铝质，松软破碎，砂岩多为灰白色石英砂岩，局部微绿色，泥质胶结为主，下部岩石的硬度高于上部。砂岩总厚度103.88132.62m，平均121.82m，占二迭系揭露厚度的40.3%。泥岩较为破碎，破碎的泥岩经冲洗液长期浸泡极易造成孔壁坍塌。基岩地层倾角815。风氧化带的厚度，受岩性、裂隙发育程度等多种因素控制，本区强风氧化带岩石多呈土黄色、杂色、灰褐色，岩石松软多为碎块状，裂隙发育，强度降低。弱风氧化带岩石较完整，岩石强度无明显降低，井筒检查孔揭露的风氧化带深度、厚度见表1-1-3。 表1-1-3 检查孔风氧化带深度一览表 孔 号强风氧化带弱风氧化带埋深（m）厚度（m）埋深（m）厚度（m）主井(检3孔)587.40609.8022.40609.80614.004.20井筒地处八里河断层上盘，GT向斜东翼紧靠向斜轴，东距八里河断层露头仅600多米，形成这种构造格局的应力作用必然影响区内的岩石。从钻孔取芯情况看，岩石裂隙滑面发育，少量裂隙内充填方解石脉，裂隙面倾角一般为6090，多为高角度裂隙，裂隙性质明显看出为张性裂隙。局部岩石破碎强烈，呈碎块状。主井起钻后多次发生塌孔，岩层特别破碎，可能是断层破碎带。据风氧化带的超声成像资料，裂隙方向总体可分为两组，一组近南北向，一组近东西向，近南北向的裂隙占主导地位，与总体构造形态一致。1.3.2水文地质根据主井井筒穿过地层新生界松散层可划分出3个含水组和2个隔水层（组），基岩可划分出2个含水层（段），含、隔水层（组、段）划分情况见表1-1-4，自上而下分述如下： 表1-1-4 含、隔水层（组、段）划分表 孔号含隔水层主井(检3 孔)底板深度（m）厚度（m）第四系含水层（一含）85.6045.75隔水层（一隔）136.1045.70上第三系上部含（二含）333.6074.70中部隔（二隔）542.00149.86底部含（三含）587.4037.00上石盒组子 风氧化带上隔609.8022.06 风氧化带含660.2036.35 风氧化带下隔674.00136.60风氧化带下含上段（奎山）697.4018.12下段874.7749.32本次注浆的地层为二迭系地层，根据已完成的井筒检查钻孔施工情况分析，主井井筒基岩段涌水量预计848.57m3/h，实际施工中岩性及主要含水层的位置和厚度与检查孔提供的数据基本吻合，岩性主要以泥岩及砂质泥岩、粘土岩为主，细砂岩、粉细砂岩次之。根据主、副井在造孔施工中循环液消耗量及井口水位观测资料分析，井筒水文地质条件与井检孔提供的水文地质参数有一定的差异，特别是主井，主井3#孔在647.00m，主井2#孔在748.00m，主井1#孔在752.00m钻孔均出现了全漏水现象，且漏失量比井检孔提供的大的多，它充分说明了其水文地质件的复杂性。这也是注浆施工中实际注浆量超过设计注浆量的根本原因之一。在注浆施工中，根据造孔施工中简易水文地质观测数据及注浆量、压力变化情况分析，其主要含水层段见表1-1-5。采用稳定流完整井承压转无压裘布依公式： k=0.366QlgR-lgrMS (1-1)R孔=10Sk (1-2) Qmax=1.366Kcp(2H-M)MlgR1-lgr0 (1-3)R1=10Hk + r井 (1-4)式中K渗透系数；Q涌水量；M含水层厚度，m；S水位降深，m；R影响半径，m； r影响半径，m 图1-1-2完整井承压转无压示意图初步计算各含水层涌水量，并填入表1-1-5。表1-1-5 含水层段及涌水量估算表 项目含水层厚度m底板深度m岩性注浆段序涌水量估算m3/hM1含水层28.90663.10细砂岩第2注浆段489.05M2含水层18.90692.40细砂岩第3注浆段100.61M4含水层22.3755.80细砂岩第4注浆段92.31M5含水层11.8787.40细砂岩第5注浆段79.97合计81.9761.94第二章 井筒地面预注浆2.1注浆工程设计2.1.1注浆技术方案综合注浆法是我国总结多年来注浆技术经验的基础上研究开发的一套新的注浆技术。它的主要技术要点是：用水力动力学法（包括流量测井和水位恢复法）对注浆地层的水文地质参数进行详细的研究和计算，并根据研究计算的结果进行注浆设计和指导注浆施工；采用CL-C型粘土水泥浆；采用上行为主，上、下结合的混合注浆方式，高压力、大段高注浆；注浆过程中对注浆压力、浆液流量和浆液比重进行连续监测。综合注浆法提高了注浆技术的科学性和注浆效果，同传统的水泥注浆方式相比可以节约水泥80%，缩短工期55%，降低成本的35%，因此设计本矿井采用综合注浆法。针对M1、M2、M4、M5四个含水层进行地面预注浆，注浆的岩帽段采用单液水泥浆灌注，中间段采用粘土水泥浆液灌注。综合注浆法测井作业规程如下：在井筒地段钻进检查孔，用专门的方法和器具在孔内进行仔细探测，以查明井筒所穿过的全部含水层，确定含水层的流体动力学特征及裂隙参数。AY-3M系列流量计进行各种流量试验，可以测出含水层数、位置、水头高度、孔隙度或裂隙大小、钻孔用水量和含水层渗透系数。利用AY系列封隔器进行压力恢复试验，即用多次注水或抽水激发含水层，然后测定压力恢复，从而计算含水层的裂隙参数、压力传导性、静水压头和渗透系数等。利用AY-6型地下水流向仪测定地下水流方向和含水层主要裂隙系统的方向。根据对含水层探测结果，用计算方法确定注浆孔个数等注浆工程设计参数。2.1.2环形注浆帷幕的计算在大多数情况下，地面预注浆孔布置在井筒周围的一个圆周上，现在，针对这种广泛应用的钻孔布置方式，进行注浆帷幕主要参数的计算。在给定的条件下，按井筒穿过的最具代表性的含水岩层进行计算，对其他含水层的相关参数要进一步进行修正。1、注浆帷幕厚度的计算掘进时，精通周围的岩石由于爆破作业产生了裂隙，从而消弱了注浆带，并使水通过裂隙的渗透量增加。爆破作业使岩石产生的药壶腔半径计算： rp=4krk3qB =41.30.231.3=1.14m (1-5) 式中 k-梯恩梯炸药的相对爆力系数； rk-1kg梯恩梯炸药所形成的药壶腔半径，取0.1-0.4m； qB-在周边炮眼内的装药重量，kg图1-2-1含水岩层注浆帷幕计算图环形注浆帷幕的内径： D1=D0+2c+2rp =（5+20.75）1.07+21.14 =9.23m (1-6) 式中 D0-井筒净径，m； c -井壁厚度，m； -岩石荒径的超挖系数，取1.07-1.10环形注浆帷幕的厚度用拉麦公式： CT=D12(mRnmRn-2PT-1) =9.2320.732000.73200-21.25663-1 =4.43m (1-7) 式中 -超载系数，取1.25-1.35；m-工作条件系数，取0.6-0.7； Rn-注浆岩层的计算抗压强度，Pa； PT-地下水静水压力环形注浆帷幕的外径为： D2=D1+2CT =9.23+24.43=18.09m (1-8) 为了预防井筒掘进时从未注好浆的含水岩层窗口突然涌水，已注浆岩层必须形成密实的帷幕圆筒，只有在此圆筒内，才能进行井筒掘进。需填充注浆材料的岩石空隙的体积为： Qn=0.25D22hm3 =0.253.1418.09228.91.30.06=579.1m3 (1-9) 式中 h-注浆含水岩层的厚度，m； -岩石裂隙与空隙分布的不均匀系数，取1.25-1.35； -岩石的空隙占岩石体积的百分数，%为填充每个注浆段岩石空隙所需要的浆液量为： QT.P=iQnnT.k =1.3579.10.85 =885.7m3 (1-10)式中 i-注浆过程中的浆液损失系数，取1.3-1.5； nT.k-浆液的结实率，%忽略环形帷幕的不均匀性，并且认为注浆帷幕的横断面形状是精确的环状，可导出计算注浆孔布置圈直径的公式： DT=D12+2CT(D1+CT) =9.232+24.43(9.23+4.43) =14.36m (1-11)注浆半径的计算。采用魏尔金公式： RT=Qckth =353.163.1428.90.061.3 =3.95m (1-12)式中 Qck-单个钻孔中的浆液注入量m3/h，取35m3/h；t-单个钻孔的注浆延续时间，按8个注浆孔，计算得3.16h；注浆孔允许的最大间距Lcx Lcx=4RT2-CT2 =43.952-4.432 =6.5m (1-13) 注：环形帷幕的初步计算仅作为设计参考的参照，在实际工程中，应根据现场情况进行修正。2.1.3注浆孔布置经过环形注浆帷幕的初步计算，现进行如下设计1、注浆孔个数： N=D1+2A1L =6.5+226 =5.5，取N=6 (1-14)式中 N注浆孔的个数，个；D1井筒荒直径，取6.5m；A1井筒荒直径到注浆孔的距离，2 m；L注浆孔的间距,一般L=1.31.5R,取5.2m；R注浆浆液的扩散半径，粘土水泥浆一般为4m6m。2、井外布孔方式见图1-2-2：图1-2-2 井外布孔方式图2.1.4注浆深度及段高1、注浆深度根据主井检查孔柱状图，注浆上限定于基岩风化带中下部，注浆下限定于超过设计井筒垂深10m。主井筒注浆深度见表1-2-1。 表1-2-1 注浆深度一览表 井别注浆上限（m）注浆下限（m）固管段长度（m）注浆段长度（m）主井6008706002702、注浆段高的划分注浆段高即一次注浆的钻孔长度，分段注浆是保证注浆质量的重要技术措施之一。段高的大小依据含水层赋存状况、裂隙发育程度及连通性、富水性、地层受注能力及注浆能力等确定，段高的划分原则是：首先突出重点含水层，明确重点注浆段，重点注浆段的段高较小，非重点注浆段的段高可适当加大；含水层位于受注段的中上部；水文地质特征相近的岩层放在同一段高内；注浆段顶部设置岩帽注浆段依据上述段高划分原则，将主井注浆段均划分为6个段高，1段高（段长20m）为岩帽注浆段，注入单液水泥浆；其下为粘土水泥浆注浆段，划分为5个段高（即2-6段高），段高长度40-60m。段高的划分详见表1-2-2。2.1.5注浆设计参数1、注浆压力注浆压力是驱使浆液克服各种流动阻力，在岩层裂隙中扩散、充填的动力。它与浆液类型及浓度、裂隙开度、连通性等因素密切相关，浆液压力的大小对注浆质量及注浆材料用量有着直接影响，故确定适宜的注浆压力对注浆工程是至关重要的，根据井筒地质及水文地质条件，结合以往注浆施工经验，确定岩帽注浆段注浆终压为静水压力的2.02.5倍；粘土水泥浆段注浆终压为静水压力的2.53.0倍。例如：岩帽注浆段注浆终压为： P岩帽段=（2.02.5）gH (1-15) =（0.020.025）620 =(12.415.50) MPa粘土水泥浆段第一段注浆终压为： P粘土水泥浆段=（2.53.0）gH (1-16) =(0.0250.030) 665 =（16.620.0）MPa 0.5 1.5 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 40102030405060708090注浆压力/MPa裂隙宽度/mm其中，=1000kg/m3；g=10N/kg图1-2-3注浆压力与裂隙宽度关系图示其余注浆压力值依据以上原则，编写Excel工作表，各段高的设计终压上下限值见表1-2-2。 表1-2-2 注浆段高的划分及设计终压表 注浆压力图见图1-2-4：图1-2-4注浆压力图示2、浆液注入量浆液注入量与岩石裂隙率、注浆压力、浆液性质有关，浆液注入量计算如下： (1-17)式中， q一个段高的注浆量，m3；浆液消耗量系数，1.21.5；R浆液的有效扩散半径，m；H注浆段高；n岩石平均裂隙率，3% ；浆液充满系数，0.80.95；m浆液结石率，0.560.99。例如：单个岩帽注浆段注入量q=HnR2m =1.53.146.52200.030.90.85 =126.4 m3采用Excel工作表格，编写公式计算如表1-2-3：表1-2-3 浆液注入量计算表格 3、浆液扩散半径浆液扩散（流失）的范围扩散半径浆液充填堵水的扩散范围有效扩散半径RR与注浆压力、裂隙大小、注浆材料有关。单液水泥浆扩散半径经验表见表1-2-4。 表1-2-4 单液水泥浆扩散半径表 注浆压力（MPa）裂隙宽度（mm）扩散半径R（m）27.01030252.1.6浆液种类1、岩帽注浆段采用单液水泥浆，同时在其中加入食盐、三乙醇胺做水泥浆的速凝早强剂，可缩短初凝、终凝时间，提高抗压强度。2、岩帽以下注浆段采用CL-C型粘土水泥浆，即由粘土、水泥、水玻璃和水组成的悬浊液。CL-C型粘土水泥浆的配制表见表1-2-5。表1-2-5 CL-C型粘土水泥浆的配制表 浆液材料成分配制要求备注粘土塑性指数一般大于15，塑性高粘土造浆率高注浆前必须进行配方试验。常用参数：粘土比重1.13-1.30；水泥用量100-150kg/m3；水泥水玻璃用量10-30L/m3水泥425号或525号普通硅酸盐水泥，或普通硅酸盐水泥水玻璃浓度3540Be，模数2.83.4的钠质水玻璃2.1.7注浆结束标准 (1) 岩帽注浆段 达到或超过设计终压值； 泵量不大于100L/min； 稳定时间不少于20min。达到上述标准，即可结束岩帽段的注浆工作。(2) 粘土水泥浆注浆段 达到或超过设计终压值； 泵量不大于250300L/min； 稳定时间不少于30min； 重点注浆段有较充足的注入量； 岩芯裂隙充填饱满，具有一定的强度，并达到设计的有效扩散半径； 注浆后的岩石渗透系数为103m/d左右； 注浆后井筒掘进段的最大涌水量，应小于10m3/h；每段达到上述标准，即可结束该段高的注浆工作。2.2注浆孔施工顺序及注浆方式2.2.1注浆孔施工顺序1、水平方向施工顺序钻孔施工顺序：第一组孔为1#、2#、3#孔；第一组孔施工完毕钻机移位施工第二组孔，即4#、5#、6#孔；待第二组孔施工完第2注浆段后，分析确定注浆薄弱区域，确定分叉孔原孔（5#孔），待原孔（5#孔）注浆结束后即可施工分叉孔。共分1、2两大组间隔交替施工，1组奇数孔先于相邻的偶数孔施工。注浆孔兼做检查孔，先施工的孔兼做注浆水量检查孔，后施工的孔兼做注浆质量初检孔；第一组孔可兼做注浆质量中检孔和终检孔。对于水平方向裂隙发育连通性好的岩层，第一组孔的施工主要解决较大裂隙的封堵；第二组孔主要解决细小裂隙的封堵。水平方向施工顺序见图1-2-5：图1-2-5水平方向施工顺序图2、垂直方向的施工顺序垂直方向的施工顺序详见图1-2-6，按号顺序施工。2.2.2注浆方式固管后岩帽段注浆划分为4个亚段下行式注浆，粘土水泥浆段总体上采用分段下行式注浆，为保证孔内安全，加快施工进度部分孔段采用了上行或上、下行结合的注浆方式。注浆方式示意图见图1-2-6。图1-2-6注浆方式示意图2.3注浆材料2.3.1注浆材料参数表1-2-6 常用注浆材料参数汇总表浆液名称粘度/s注入沙层最小粒径/mm渗透系数/cms-1凝胶时间/h抗压强度/MPa砂层中扩散半径/mm主要成分单液水泥浆15140110-110-36151025200300水泥、食盐、三乙醇胺CL-C粘土水泥浆20400.510-510-6可调0.10.3水泥、粘土、水玻璃2.3.2注浆材料的选择1、 岩帽注浆段固管和岩帽注浆段采用单液水泥浆，单液水泥浆由水泥、食盐、三乙醇胺和水组成。水泥：采用XX水泥厂生产的XX牌32.5级普通硅酸盐水泥；食盐：粉碎的细盐；三乙醇胺：工业级液体三乙醇胺。2 、粘土水泥浆注浆段采用粘土水泥浆，粘土水泥浆由粘土、水泥、水玻璃和水组成，以粘土为主要成分的粘土水泥浆，用于基岩裂隙含水层注浆堵水，不仅水泥用量小，可靠性高，而且该浆液不易沉淀，不易被水稀释而冲走，输送过程中不凝固，停止流动后较快具有塑性强度，爆破时吸收震波不易开裂，具有很好的隔水性和耐久性，粘土可以就地取材，材料来源广泛，价格低廉、浆液配方简单，与单液水泥浆相比，其成本低，工期短。经我国十几年井筒地面预注浆实践证实，粘土水泥浆确实是一种较理想的注浆堵水材料，因此，采用粘土水泥浆作为GT矿井主井筒地面预注浆的堵水材料，技术上可行，经济上合理。粘土：在施工地附近取土，经取样测定施工地附近距地表0.62.0m之粘土，塑性指数13.7，其理化指标满足注浆要求，可作为注浆用土。水泥：采用XX水泥厂生产的XX牌32.5级普通硅酸盐水泥。水玻璃：采用模数2.83.4，波美度为3640Be注浆中采用XX泡花碱厂生产的水玻璃（波美度38Be，模数为3.4）满足要求。2.4注浆孔钻进2.4.1注浆孔的结构及套管固定方法通过冲击层钻进注浆孔时，为了保护孔壁的完整和钻进导向，通常在开孔后先安设一段孔口管，钻孔通过冲击层以后再安设注浆套管。套管固定时要求：注浆孔钻至套管预计下入深度后，提出钻具立即下入套管，管子间连接要注意缠麻绳和涂铅油；套管下至预定深度后，用比套管直径小两级的钻头向下钻进12m；用清水替换套管内的泥浆，并可下尾杆式止浆塞，再用注浆泵压清水冲洗钻孔壁；钻孔壁清洗后，立即（不停泵）用注浆泵把配制好的水泥浆定量压送到套管与钻孔壁之间的环状空间，待养护期满后，方许打钻注浆；必须严格按照上述施工步骤依次将各孔的套管全部固结完毕，方可转入止浆岩帽的注浆。2.4.2钻进方法开孔采用190.5mm三牙轮钻头配159mm加重管73mm钻杆施工，钻进至610.00m，采用210mm扩孔器配73mm钻杆扩孔，然后下入168mm套管并且用水泥固管，养护36小时后，换用117.5mm三牙轮钻头配105mm加重管及73mm钻杆施工注浆段。注浆孔的结构见图1-2-71210mm孔口管；2159或146mm注浆管；3冲积层；4120mm注浆孔；5裂隙含水层图1-2-7注浆孔结构图示2.4.3注浆施工工序钻孔钻进至预注段后，先将钻孔冲洗干净，孔内残留岩粉不大于0.5m。将止浆塞下入到预定位置，可从上到下根据设计段高及地层情况寻找适宜的止浆位置（一般位于预注浆段之上210m处），直到有效封隔钻孔为止。止浆塞下好后，接通注浆管路进行压水试验，时间一般不少于20min，检查注浆管路是否畅通，检查止浆效果，驱除裂隙中的泥浆、岩粉等杂物，疏通裂隙，测定预注浆段的岩层吸水率，选择适宜的浆液配比，分析评价岩层的富水性、渗透性和注浆效果，均正常后转入下道工序。注浆，根据压水试验取得的参数，合理选择注浆配比参数，将调配好的粘土水泥浆（单液水泥浆）由高压注浆泵通过输浆管路、孔口逆止阀及止浆管路及止浆塞注入到预注段岩层的裂隙中，使浆液在岩层裂隙中扩散、充填、结石。注后压水，每次注浆完毕，均进行注后压水，以清洗注浆管路，便于止浆塞的顺利提出。压水量控制在能将管路中的浆液排净即可。起塞，注浆压水后待孔内余压消除（一般情况下单液水泥浆需闷塞2040min，粘土水泥浆需闷塞24h）即可将止浆塞从孔内起出。养护、扫孔、复注，单液水泥浆注后扫孔时间一般为48h，复注时间隔时间一般为2040h；注粘土水泥浆时，应力求一次性结束一个段高的注浆，以便于提高注浆效率和保证注浆质量，若没有达到注浆结束标准，扫孔后即可复注，粘土水泥浆注后扫孔时间一般为612h。钻孔封闭，全孔注浆达标后，用密度较大的粘土水泥浆对注浆钻孔的注浆段进行封孔复注；固管段用0.7:1的单液水浆或密度较大的粘土水泥浆进行全封闭，确保注浆钻孔的封闭质量。2.4.4注浆施工的记录工作1 、压水试验每5min记录一次泵量、泵压变化情况，本次注浆压水试验采用的为一级压水方式，并计算吸水量及单位吸水率。2 、注浆记录工作在注浆过程中，每5min记录一次泵压变化情况，如泵压变化较大，要及时分析查清原因及时解决。每30min测一次浆液配比参数指标，根据泵压、注入量情况及时调整参数。及时记录注浆开始时间、结束时间，修泵及其它影响时间。记录下塞深度、段高、串浆、返浆情况，发现有异常情况应及时采取相应措施。根据泵压及注浆量情况及时调整水泥、水玻璃加量，本次注浆施工中，粘土浆比重一般采用的为1.20-1.26t/m3，水泥加量一般为150-250kg/m3，水玻璃加量一般为25-40L/m3。3、注浆工艺流程见图1-2-8粘 土 浆注浆钻孔造孔注后压水加水、水泥搅拌下入止浆塞加水玻璃制成粘土水泥浆扫孔复注或钻进 压水试验注 浆起塞、养护图1-2-8注浆工艺流程图示2.4.5钻探设备及测斜定向设备（1）钻探设备22m钻塔（配底盘）7套（主井3套，副井4套）。TSJ-1000型（或2000型）钻机7台（主井3台，副井4台）。TBW-850/5型泥浆泵9台（2台备用）。739mm钻杆7000m。10527mm导向管280m，15951mm导向管160m。1687-8mm无缝钢管10000m，1948mm无缝钢管320m。190.5mm三牙轮钻头40个(钢齿30个，球齿10个)， 117.5mm三牙轮钻头80个（钢齿60个，球齿20个）。其它配套设备、器具若干。（2）测斜定向设备JDT-6型（或其它型号）陀螺测斜定向仪2套。JJX-3型测斜仪2套。J2经纬仪1台。测井绞车1台。5LZ957.0型螺杆钻具2套，5LZ1207.0型螺杆钻具2套。其它配套设备、器具若干2.4.6钻具基本组合固管段：主动钻杆-739mm，钻杆-15951mm，导向管-190.5mm，三牙轮钻头。注浆段：主动钻杆-739mm，钻杆-10527mm，导向管-117.5mm，三牙钻头，取芯钻进采用118mm金刚石环状钻头。2.4.7注浆钻孔的测斜定向注浆钻孔的偏率要求：固管段钻孔偏率不大于4，向井心方向偏斜距离不大于是0.9m，保证固管段所下入孔内套管不进入井筒荒径；注浆段钻孔偏率不大于6。在注浆钻孔施工中，采取较为有力的测斜、防斜及定向纠斜措施使各孔的终孔偏率均达到设计要求。固管段采用JDT-6型陀螺测斜定向仪测斜（上部150m采用经纬仪灯光测斜），注浆段采用JJX-3型测斜仪测斜。钻进施工中，固管段根据实际情况30-50m测斜一次，注浆段每段高测斜一次，钻进至固管深度或终孔深度后，用陀螺测斜仪或JJX-3测斜仪进行系统测斜，基本测点间距20m。在注浆钻孔施工中，注浆段要进行定向纠偏。2.4.8定向钻进技术考虑到该矿主井注浆深度为858m，属于超深孔钻进，在钻进过程中容易偏斜，所以在井筒地面预注浆施工过程中引进定向钻进技术。定向钻进技术的实质是根据地下工程要求，利用高精度定向测斜仪定向，井下动力钻具造斜，人为的控制钻孔钻进的轨迹，按所要求的设计走向，钻入靶域。定向钻进的工艺流程见图1-2-9。输入原始数据 测斜数据处理钻孔轨迹设计 钻孔轨迹设计程序END绘制轨迹绘图输出钻孔归集设计值NEXTEND绘图 END钻孔轨迹纠偏设计值输出当前钻孔轨迹值 是否需要纠偏钻孔跟踪轨迹设计 输出纠偏设计值END输出钻孔跟踪轨迹 值 END 图1-2-9定向钻进的工艺流程2.5制浆与注浆2.5.1浆液用料及配制计算粘土水泥浆各物料用量计算公式： WC=VgdC+de+dW (1-18) We=VgdC+