水灾防治(第8章)

1、第八章第八章立井工作面预注浆立井工作面预注浆本章主要内容本章主要内容 第一节 概述 第二节 止浆垫与隔水岩段的设计 第三节 止浆垫的施工 第四节 预注浆布孔方案的确定 第五节 钻孔注浆 第六节 立井工作面置换注浆第一节第一节 概述概述v 立井工作面预注浆是当井筒掘进到距含水层有一段距离时停止掘进，利用上部不透水岩层作为防护垫“岩帽”或修筑人工防护垫，进行钻孔注浆堵水，以便井筒能顺利在无水或少量涌水的条件下掘进。 v 工作面预注浆的注浆程序：工作面预注浆的注浆程序：在井底营造止浆垫。打导管钻孔13m，但不要达到含水层。在钻孔中固定导管，试验其密闭性和坚固性。通过导向管向深处打眼，穿过含水层。通过

2、钻眼注浆，使含水层空隙完全填塞，再依次打眼和注浆到设计深度。钻检查孔检查注浆质量和效果。在注浆后的岩层继续掘进并做好井壁支护工作。下一含水层界线时留下止水岩柱，再进行下一个循环，直到通过含水层为止。1098765111213144321图图8-1 井筒工作面预注浆工艺流程图井筒工作面预注浆工艺流程图1浆液搅拌池；浆液搅拌池；2压风管；压风管；3注浆泵；注浆泵； 4输浆泵；输浆泵；5压力表；压力表；6混合器；混合器； 7泄浆阀；泄浆阀； 8孔口阀；孔口阀；9孔口管；孔口管； 10注浆孔；注浆孔；11井壁；井壁；12钻机；钻机； 13工作台；工作台；14止浆垫。止浆垫。 第一节第一节 概述概述 第

3、八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第一节第一节 概述概述三、工作面预注浆的适用条件：三、工作面预注浆的适用条件： 含水层厚度不大。 赋存较深或含水层之间相距较远。 中间有隔水层。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第一节第一节 概述概述第二节第二节 止浆垫与隔水岩段的设计止浆垫与隔水岩段的设计v止浆垫是工作面预注浆极其重要的工序，止浆垫止浆垫是工作面预注浆极其重要的工序，止浆垫一般有岩帽和人工混凝土两种。一般有岩帽和人工混凝土两种。v岩帽：注浆岩层上部岩层为致密坚硬的隔水层，岩帽：注浆岩层上部岩层为致密坚硬的隔水层，预留一定厚度隔水层作为止浆垫，简称预留一定厚度隔水层

4、作为止浆垫，简称“岩帽岩帽”。 v混凝土止浆垫：为了封闭含水层在工作面的涌水混凝土止浆垫：为了封闭含水层在工作面的涌水和安装注浆导向管，保证能用最大的注浆压力把和安装注浆导向管，保证能用最大的注浆压力把浆液注入含水层的裂隙中，在含水层的上面砌筑浆液注入含水层的裂隙中，在含水层的上面砌筑止浆垫。止浆垫。 v二、止浆垫的结构二、止浆垫的结构 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第二节第二节 止浆垫与隔水岩段设计止浆垫与隔水岩段设计图图8-2 支撑在岩石上的止浆垫结构支撑在岩石上的止浆垫结构（a）单级球面型；（单级球面型；（b）单级平面型；（单级平面型；（c）多级球面型；（多级球面型；（

5、d）多级平面型多级平面型（a）（b）（c）（d）第三节第三节 止浆垫的施工止浆垫的施工 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第三节第三节 止浆垫的施工止浆垫的施工一、准备工作一、准备工作 井筒淋帮水的处理井筒淋帮水的处理 清底成型清底成型 二、施工二、施工 （1）工作面没有涌水，经过导水后即可安装和固定注浆导向管，浇筑）工作面没有涌水，经过导水后即可安装和固定注浆导向管，浇筑混凝土（混凝土（图图8-6）。）。 （2）当工作面涌水较大，需要采用滤水层和排水措施时，止浆垫的施）当工作面涌水较大，需要采用滤水层和排水措施时，止浆垫的施工方法如工方法如图图8-7所示。所示。 （3）当工作面

6、掘穿含水层，因水大产生淹井事故，采取强排水的措施）当工作面掘穿含水层，因水大产生淹井事故，采取强排水的措施又无效时，待井筒工作面涌水恢复到静水位以后，在水下浇筑止浆垫。又无效时，待井筒工作面涌水恢复到静水位以后，在水下浇筑止浆垫。 水下浇筑止浆垫的施工方法有四种：水下浇筑止浆垫的施工方法有四种： 混凝土浇筑法混凝土浇筑法 先注浆封底，后浇筑混凝土止浆垫先注浆封底，后浇筑混凝土止浆垫 底卸吊桶下破抛碴构筑止水垫底卸吊桶下破抛碴构筑止水垫 回填碎石注浆法回填碎石注浆法 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第三节第三节 止浆垫的施工止浆垫的施工图图8-6 预埋孔口管安装图预埋孔口管安装图

7、锚杆支点吊绳槽钢限位圈U形卡孔口管限位木板 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第三节第三节 止浆垫的施工止浆垫的施工A-AAA图图8-7 混凝土止浆垫施工图混凝土止浆垫施工图 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第三节第三节 止浆垫的施工止浆垫的施工一、注浆孔数计算一、注浆孔数计算 N = 式中： D 井筒净直径，m； A注浆孔布置直径距井帮距离，m，一般A=0.30.6 m； L根据钻孔直径和岩石裂隙的大小所确定的孔间距，m。 孔间距孔间距L：注浆孔径大于注浆孔径大于65 mm时，大裂隙取时，大裂隙取23 m；中小裂中小裂隙取隙取1.52.0 m；注浆孔径小于注浆孔

8、径小于65 mm时，大裂隙取时，大裂隙取1.52.5 m；中小裂隙取中小裂隙取1.01.5 m。第四节第四节 预注浆布孔方案的确定预注浆布孔方案的确定 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第四节第四节 预注浆布孔方案的确定预注浆布孔方案的确定LAD2 二、注浆段高二、注浆段高 浅孔短段预注浆，钻孔深度浅孔短段预注浆，钻孔深度5m，段高段高4m，利用凿岩机钻孔。利用凿岩机钻孔。 中深孔预注浆，段高中深孔预注浆，段高1525m，应用于中厚单一含水层，应用于中厚单一含水层， TXU- 75、MK-3等钻机施工。等钻机施工。 深孔预注，孔深可达深孔预注，孔深可达75m，一般应用一般应用MK

9、-4、KD-100型钻机。型钻机。 三、注浆孔的方向三、注浆孔的方向 径向倾斜、切向倾斜、近似垂直径向倾斜、切向倾斜、近似垂直 四、注浆孔直径四、注浆孔直径 注浆孔直径：注浆孔直径： 4575 mm之间，采用大孔径的较少之间，采用大孔径的较少。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第四节第四节 预注浆布孔方案的确定预注浆布孔方案的确定 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第四节第四节 预注浆布孔方案的确定预注浆布孔方案的确定图图8-8 不正确的布孔不正确的布孔12BB3456789101112图图8-9 正确的布孔正确的布孔543211211109876一、注浆孔的钻进

10、一、注浆孔的钻进钻机的选型钻机的选型 TUX-75型油压钻机，型油压钻机，ZD-l00型潜孔钻机、型潜孔钻机、ZD-l00型潜孔钻机，型潜孔钻机，MK-3、MK-4、MK-5液压钻机及红旗液压钻机及红旗150型钻机等。型钻机等。孔口管的埋设方法孔口管的埋设方法孔口管为一般的钢管，其直径通常为孔口管为一般的钢管，其直径通常为25108mm，管的上口焊有法兰管的上口焊有法兰盘，外端安装高压闸阀。盘，外端安装高压闸阀。 孔口管埋设：分预埋和后埋两种，混凝土止浆垫适用预埋管。孔口管埋设：分预埋和后埋两种，混凝土止浆垫适用预埋管。“岩岩帽帽”或水下浇筑止浆垫时用后埋管法。或水下浇筑止浆垫时用后埋管法。

11、孔口管、孔口管、“岩帽岩帽”及止浆垫的加固及止浆垫的加固 孔口管埋设完毕后，养护孔口管埋设完毕后，养护7天，进行压水检查。如果发现孔口管外天，进行压水检查。如果发现孔口管外壁漏水，加固注浆。壁漏水，加固注浆。 “岩帽岩帽”和止浆垫的加固：注速凝浆液。和止浆垫的加固：注速凝浆液。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆工作台工作台 在止浆垫以上搭设工作台，工作台要平稳牢固，大梁与立柱不在止浆垫以上搭设工作台，工作台要平稳牢固，大梁与立柱不要影响钻孔

12、位置，可以利用砌井吊盘搭设吊挂天轮平台。要影响钻孔位置，可以利用砌井吊盘搭设吊挂天轮平台。钻孔施工顺序钻孔施工顺序 一台钻机施工时，打一孔，注一孔，间隔进行。采用两台钻机一台钻机施工时，打一孔，注一孔，间隔进行。采用两台钻机时，可对称分组顺时针的方向打钻与注浆。时，可对称分组顺时针的方向打钻与注浆。钻进作业钻进作业工作面预注浆的钻进作业，是在静水位以下进行的。在高压、涌工作面预注浆的钻进作业，是在静水位以下进行的。在高压、涌水大的条件下，可以采用无芯钻进，以加快钻进速度。在高压、水大的条件下，可以采用无芯钻进，以加快钻进速度。在高压、大水条件采用取芯钻进风险较大。大水条件采用取芯钻进风险较大。

13、防水措施防水措施 在工作面安设排水泵，用以排除钻孔突水及井筒上部的淋水；在工作面安设排水泵，用以排除钻孔突水及井筒上部的淋水；注浆孔口还必须安设高压阀门或高压闸阀，防止含水层突水造成注浆孔口还必须安设高压阀门或高压闸阀，防止含水层突水造成淹井事故。淹井事故。 二、注浆分段长度的确定二、注浆分段长度的确定按钻机的能力确定，注浆分段长度按钻机的能力确定，注浆分段长度为为3 350 m50 m。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆三、注浆工艺三、注浆工艺 有单液和双液两种注浆工艺，实际施工多采用单、双液结合注浆。有单液和双液两种注浆工艺，实际施工多采用单、

14、双液结合注浆。四、注浆作业四、注浆作业 注浆方式及段高注浆方式及段高 注浆方式注浆方式一般均使用压入法，含水裂隙岩层厚度大，分段注浆次一般均使用压入法，含水裂隙岩层厚度大，分段注浆次数多时，多采用分段下行的注浆方式。根据注浆段高，对达好的数多时，多采用分段下行的注浆方式。根据注浆段高，对达好的注浆孔注浆，待浆液凝固，扫孔、复注，继续向下钻进和注浆，注浆孔注浆，待浆液凝固，扫孔、复注，继续向下钻进和注浆，交替循环作业，直到一个分段深度终了为止。交替循环作业，直到一个分段深度终了为止。 注浆段高注浆段高据裂隙发育程度和钻孔涌水量确定。在遇高压涌水或孔据裂隙发育程度和钻孔涌水量确定。在遇高压涌水或孔

15、内涌水量超过工作面排水能力时，停止注浆孔的钻进，及时进行内涌水量超过工作面排水能力时，停止注浆孔的钻进，及时进行注浆作业。注浆前要测量钻孔的静水压力和涌水量，以便合理选注浆作业。注浆前要测量钻孔的静水压力和涌水量，以便合理选择注浆参数。择注浆参数。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆注浆参数注浆参数1 1.注浆压力注浆压力 工作面预注浆结束时，工作面注浆孔口的最大压力，应由两部分工作面预注浆结束时，工作面注浆孔口的最大压力，应由两部分组成，即：组成，即： p=pp+pc 式中：式中： p注浆孔口压力，注浆孔口压力，MPa；p值要大于静水压力值要大于静

16、水压力ps和剩余和剩余 压力压力pe之和。之和。 pp注浆泵上压力表的压力，注浆泵上压力表的压力，MPa； pc计压点以上浆液柱产生的压力，计压点以上浆液柱产生的压力，MPa。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆目前仍采用经验公式确定注浆压力，其公式为：目前仍采用经验公式确定注浆压力，其公式为： P终终= 式中：式中：P P终终 注浆终压，注浆终压，105Pa； K压力系数，压力系数， H注浆点的井筒深度，注浆点的井筒深度，m； W水的比重，水的比重，W1； C水泥浆的比重。水泥浆的比重。公式中第一部分表示静水压力，第二部分表示浆柱产生的静压，公式中

17、第一部分表示静水压力，第二部分表示浆柱产生的静压，K是为与静水压。是为与静水压。 1010CWHHK 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆2 2.流量流量 流量系指注浆泵量，是随注浆压力变化而变化的，注浆压力越高，流量系指注浆泵量，是随注浆压力变化而变化的，注浆压力越高，流量越小。初始流量由注浆泵的能力、水压决定。流量越小。初始流量由注浆泵的能力、水压决定。3. 3. 注浆材料消耗量注浆材料消耗量 水泥消耗量是随岩石裂隙和空洞大小及扩散半径而不同，消耗量差水泥消耗量是随岩石裂隙和空洞大小及扩散半径而不同，消耗量差异很大，也与施工人员操作技术熟练程度有关

18、。异很大，也与施工人员操作技术熟练程度有关。压水试验压水试验 注浆前应对注浆孔进行压水试验。其目的在于将裂隙中岩粉和注浆前应对注浆孔进行压水试验。其目的在于将裂隙中岩粉和软松的泥质物推送到注浆范围以外，以使浆液进入裂隙后增软松的泥质物推送到注浆范围以外，以使浆液进入裂隙后增加充塞的密实性和胶结强度，同时压水过程中可测定岩石的加充塞的密实性和胶结强度，同时压水过程中可测定岩石的吸水量，以便进一步核定岩层的透水性，为注浆时选取泵量、吸水量，以便进一步核定岩层的透水性，为注浆时选取泵量、泵压及浆液配方参数提供依据。泵压及浆液配方参数提供依据。 压水时间，视岩层破碎程度及裂隙大小而异，破碎岩石及大裂压

19、水时间，视岩层破碎程度及裂隙大小而异，破碎岩石及大裂隙一般需隙一般需1020分钟，对于小型裂隙则需分钟，对于小型裂隙则需2030分钟，重复分钟，重复注浆的钻孔其压水时间应适当延长。注浆的钻孔其压水时间应适当延长。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆 注浆注浆在岩层裂隙中注浆的一般规律是：先注浆的孔段耗浆量大，后注浆在岩层裂隙中注浆的一般规律是：先注浆的孔段耗浆量大，后注浆的孔段耗浆量小。的孔段耗浆量小。采用双液注浆时，不能采用井口混合，只能采用孔口混合方式。采用双液注浆时，不能采用井口混合，只能采用孔口混合方式。注浆过程中，仔细观察和记录注浆泵的压力

20、、吸浆量的变化情况。注浆过程中，仔细观察和记录注浆泵的压力、吸浆量的变化情况。当注浆泵压力发生骤降，吸浆量迅速减少或不吸浆时，可能是是泵当注浆泵压力发生骤降，吸浆量迅速减少或不吸浆时，可能是是泵吸水笼头或泵吸浆口球阀被堵；如果泵压突增，可能是输浆管路产吸水笼头或泵吸浆口球阀被堵；如果泵压突增，可能是输浆管路产生堵塞。注浆中发生压力突然下降、而吸浆量却突然增大，可能是生堵塞。注浆中发生压力突然下降、而吸浆量却突然增大，可能是产生跑浆、冒浆的，应查明情况，分别处理。产生跑浆、冒浆的，应查明情况，分别处理。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆 注意事项注意

21、事项 注浆站设在地面，打钻、注浆在掘进工作面进行，必须设置井上下注浆站设在地面，打钻、注浆在掘进工作面进行，必须设置井上下的联系电话，保证安全。的联系电话，保证安全。 经常观测和记录注浆压力变化，注意止浆垫的变形和跑浆问题。经常观测和记录注浆压力变化，注意止浆垫的变形和跑浆问题。 重视对层界面的注浆工作，适当增加复注次数，确保注浆质量。重视对层界面的注浆工作，适当增加复注次数，确保注浆质量。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆 注浆结束标准为各注浆孔的注浆压力达到终注浆结束标准为各注浆孔的注浆压力达到终压，注入量小于压，注入量小于3040L/min；

22、直接堵漏注直接堵漏注浆，各钻注孔的涌水已封堵，无喷水，涌水浆，各钻注孔的涌水已封堵，无喷水，涌水量小于施工设计规定。注浆效果为注浆段剩量小于施工设计规定。注浆效果为注浆段剩余漏水量不大于余漏水量不大于24 m3/h。五、结束标准与注浆效果五、结束标准与注浆效果 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆 对原始记录进行分析对原始记录进行分析 注浆孔的放水试验注浆孔的放水试验 打检查孔取芯检查注浆效果打检查孔取芯检查注浆效果 凿井观测凿井观测六、六、注浆效果检查注浆效果检查 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆（一）止

23、浆垫的掘砌工作（一）止浆垫的掘砌工作（二）井筒的掘进作业（二）井筒的掘进作业八、井筒的掘砌工作八、井筒的掘砌工作 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆（一）关于止浆垫问题（一）关于止浆垫问题v 尽量采用注浆尽量采用注浆“岩帽岩帽”作为防护垫，以节省砌筑止浆垫的工料；作为防护垫，以节省砌筑止浆垫的工料；v 必须采用止浆垫时，要研究新型筑垫材料。必须采用止浆垫时，要研究新型筑垫材料。（二）关于群孔注浆的问题（二）关于群孔注浆的问题v 钻孔之间窜浆影响钻孔和注浆的平行作业，不能多机施工；钻孔之间窜浆影响钻孔和注浆的平行作业，不能多机施工；v 使用坑道钻机搭设

24、工作台费工、费时，也不安全，影响工作；使用坑道钻机搭设工作台费工、费时，也不安全，影响工作；v 钻孔钻进速度较慢，需要解决多机同时作业问题。钻孔钻进速度较慢，需要解决多机同时作业问题。 改进工作面预注浆的钻孔机具，试验新的注浆方法，是加快注浆速度和降低对凿井工期影响的根本出路。随着凿井技术的发展，各种型号的高效凿岩机，伞形和环形钻架的使用技术已相当成熟，如果将这些技术加以改造，应用到注浆工程中，就可以实现多机打孔，凿井、注浆动力统一化，也节省了搭设工作台的时间；在注浆方法上，试验群孔同时注浆法，可以加快注浆进度。 九、提高井筒工作面预注浆施工速度的技术途径九、提高井筒工作面预注浆施工速度的技术

25、途径 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第五节第五节 钻孔注浆钻孔注浆第六节第六节 立井工作面置换注浆立井工作面置换注浆v 一、适用条件与共同特点一、适用条件与共同特点 该法适用于地层中松散，遇水即流动的成层砂粒，借助本身的含水压力或外界压力水的挤压，将部分砂粒排出砂层体外，腾出一定空间，再将配制好的水泥浆液通过注浆设备加压挤入，尽快充填该空间，逐渐形成人工建造水泥帷幕防护岩体，以防止井筒开挖时被流沙侵入。v 置换注浆的适用条件：置换注浆的适用条件：v 1受置换砂层距工作地点较近，距离远近直接关系到流砂排出的速度和排出量大小；v 2受置换砂层顶板具有一定的支承能力，流砂排出流砂体

26、外形成临时空间，根据放砂量大小确定注入量，顶板的支承能力关系到注入量的多少和效果；v 3流砂层的单层厚度不超过5m，砂层互层于粘土或亚粘土之间。 置换注浆的技术特点：构筑混凝土止浆垫；围绕井筒内径布置密孔，用单液水泥浆置换流砂。二、止浆垫与注浆孔二、止浆垫与注浆孔 构筑止浆垫位置选择在砂层顶部构筑止浆垫位置选择在砂层顶部1.52.0 m，采用素混凝土结构。采用素混凝土结构。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第六节第六节 立井工作面置换注浆立井工作面置换注浆图图8-11 止浆垫结构及钻孔布置图止浆垫结构及钻孔布置图图图8-12 注浆孔布置注浆孔布置1.1.注浆段高：注浆段高：薄层

27、流砂则一次通过中，厚层流一般控制在薄层流砂则一次通过中，厚层流一般控制在5m左右。左右。2.2.注浆方式：注浆方式：采用注浆钻孔交叉布置，分组注浆，所有注采用注浆钻孔交叉布置，分组注浆，所有注浆孔均采用前进方式，首先将孔钻至砂面，进行放砂，浆孔均采用前进方式，首先将孔钻至砂面，进行放砂，单孔放砂量单孔放砂量1.52.0 m3，达到要求时即刻转入注浆。达到要求时即刻转入注浆。 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第六节第六节 立井工作面置换注浆立井工作面置换注浆三、注浆段高与注浆方式三、注浆段高与注浆方式四、注浆压力与扩散范围四、注浆压力与扩散范围 第八章第八章 立井工作面预注浆立井工作面预注浆 第六节第六节 立井工作面置换注浆立井工作面置换注浆 由于置换注浆基本是砂与浆液互相换位，同时又是密孔注浆，不由于置换注浆基本是砂与浆液互相换位，同时又是密孔注浆，不需过大