注浆堵水方案

1、+850m水平井底车场联络巷注浆加固堵水方案综掘二队2018年11月11日+850水平井底车场注浆方案一、所在区域煤（岩）层赋存特征、邻区关系1 .工程概况井底车场（+850m联络巷工作面位于主、副井井底，北侧为矿区主斜井，南侧为矿井水仓，下部未有井巷及采掘工程，巷道设计为直墙半圆拱型，采用锚网好芮索支护，1宽x净高=4000X3600mmS净=12.62,S掘=14.74俅。工作面巷道布置平面图2 .工程地质条件井底车场（+850m联络巷位于3煤底板与4煤顶板之间，3煤底板以粗粒砂岩及粉砂岩为主，4煤顶板均为粉砂岩，粉砂岩含水率4.23%,较高。井田全部被第四系（Q）黄土所覆盖，属隐伏式煤田

2、。根据钻孔揭露及区域资料，井田地层由老至新依次有：三叠系上统上田组（T3s）;侏罗系中统延安组（J2y）、中统直罗组（J2z）、上统安定组（J3a）;白垩系下统官君组（Kiy）;古近系渐新统清水营组（E3q）和第四系（Q）。其中井底车场（+850坨联络巷位于侏罗系延安组中，其上为直罗组砂岩段。二、水文地质根据银星二号煤矿井筒检查孔报告可知，本区域内共有四个含水层。井底车场（+850m）联络巷所在含水层为侏罗系中统延安组上段砂岩裂隙孔隙承压含水层（田）主要由三角洲平原相组成，岩性以灰、灰白色粉细粒砂岩为主，夹有砂泥岩互层，岩性较致密，钙、泥质胶结，坚硬、颗粒支撑。含水层厚度24.93239.82

3、m,平均厚度133.23m,23勘探线以南，厚度一般大于100m,仅在积家井背斜轴部剥蚀外围，厚度有所减小。该含水层为一复合含水层，各主要煤层顶板一般都有砂岩含水层，属层间孔隙裂隙承压含水层，为煤层顶板直接充水含水层。三、涌水量井底车场（+850m）联络巷实际涌水量情况：副井井底车场段总涌量：14.7m3/h;主井井底车场段总涌量：13.5m3/h;合计：28.2m3/h。四、注浆设计方案技术与经济优选原则技术上可行：在现有工作条件的基础上，制定可行的注浆方案，以满足巷道堵水要求为第一目标，彻底封堵含水层的涌出，并保证注浆堵水加固圈在施工期和运营期保持稳定。经济上合理：在方案设计和注浆施工过程

4、中，在技术上可行的前提下，始终秉承经济合理的理念。即在注浆堵水过程中始终力求以最小的耗费取得最好的堵水效果，其中主要考虑注浆过程以及注浆所需资源的配置。在方案的设计过程中，始终贯彻本原则。依据目前国内外的注浆工程，提出三种注浆方案，依据技术经济原则对其进行优化比选，最终确定了一种最优的施工方案，达到了技术上可行，经济上合理的要求。3 .注浆钻孔设计（1）注浆压力注浆结束标准是衡量注浆操作中的一个重要技术指标。注浆结束标准的制定是保证注浆成功与否的关键。注浆结束标准主要有注浆压力和单位时间的注浆量两个指标。注浆压力的确定：主要根据地层岩性及其构造、注浆泵的额定压力、注浆管路的阻力及对压力值的承受

5、能力、含水层的密实程度、裂隙率和含水层静止水压的大小。一般主要考虑地层的耐压性和出水点处所能承受的水压的较高。按照国家有关规定，一般在含水层强度许可的情况下，把标准结束压力值规定在出水点所处标高受到的含水层静止水压的1.5-3倍（有时高压注浆结束压力可达静止水压的4-5倍之多）。（2）注浆量估算注浆量指单孔注浆量，按假设浆液在地层中均匀扩散，注浆量参照下式计算：一一2一一一一Q?R2?L?n?其中Q-浆液注入量（m3）；R-浆液有效扩散半径（m）,取R=2.53.0m；L-注浆段长度（m）;n-围岩孔隙率，按地质资料；a-浆液充填系数，取0.8;B一超耗系数（含超注、跑冒消耗），取1.21.5

6、。注浆量按上述公式，往往计算可能与实际出入较大，因而事前难以给出准确的数量，应以现场实际注入量为准。4 .注浆材料性能及选择（1）水泥浆液普通硅酸盐水泥是指凡由硅酸盐水泥熟料，再加入（615）%混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为P-O。混合材料中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过10%的非活性混合材料来代替。普通硅酸盐水泥的主要性能指标包括体积安定性、凝结时间、细度及胶砂强度等。体积安定性指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。细度是指水泥颗粒的粗细程度，它是决定水泥性能的重要因素之一。国家标

7、准规定，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg；普通硅酸盐水泥的细度用筛余量表示，具80叩方孔筛的筛余量不得超过10%。强度及强度等级：水泥的强度是评定其质量的主要指标。根据国家标准水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（GB/T17671-1999）规定，水泥强度的测定方法是将水泥和中国ISO标准砂按照质量计以1:3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成40mmx40mmx160mm的棱柱体试件，在20°±1°C的水中养护，分别测定其3天、28天的抗折强度和抗压强度。国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GBl751999）规定，普通硅酸盐水泥的强的等

8、级为：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级，根据3天强度大小，水泥又可分为普通型和早强型两种类型。其中代号有R的为早强水泥。（2）水玻璃水玻璃（Na2OnSiO2,又称泡化碱）。在酸性固化剂作用下可以产生凝胶，注浆常用的水玻璃是将石英砂与碳酸钠（或硫酸钠）等在高温炉内烧熔产生的。在烧熔过程中产生下列化学反应。使用碳酸钠时Na2CO3+nSiO2一N%OnSiO2+CO2使用硫酸钠时2Na2SO4+C-2Na2SO3+CO2Na2SO3+nSiO2一Na2nSiO2+SO3由于石英砂与碳酸钠（或硫酸钠）的配比不同又分为中性水玻璃或碱性水玻璃。由于中性水玻璃

9、较难溶解，因此注浆时常用碱性水玻璃。描述水玻璃性能的主要指标有波美度（Be）、模数（M）和粘度等。水玻璃浓度，通常用“波美度”表示，它是比重的另一种表现形式。1波美度相当于1升水中含10g氯化钠的盐分。出厂时的水玻璃浓度，通常为5056波美度，使用时需加水稀释，一般现场使用范围为3545波美度之间。实际应用中，要根据需要可以直接购买适合要求波美度的水玻璃。水玻璃模数和粘度：一般对注浆，模数要求在2.42.8左右较为适宜。粘度是描述水玻璃性质的一种指标。水玻璃的粘度与模数、波美度、温度有密切关系，一般粘度随温度的降低，模数、波美度的增加而加大。即Be比重越大，水玻璃的粘度也越高，反之则低。(3)

10、水泥-水玻璃浆液水泥水玻璃浆液亦称C-S浆液，是以水泥水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液注浆方式注入，是一种用途很广，注入效果良好的注浆材料。使用时根据注浆要求，用一定体积某种水灰比的水泥浆与一定体积某一波美度的水玻璃浆液混合。C-S浆液的化学作用原理是水泥的主要成分为硅酸三钙3CaO-SiO2、硅酸二钙3CaOSiO2、铝酸三钙3CaO-AI2O3和铝铁酸四钙4CaO-AI2O2、F及O3,而前两种占水泥总量的70%80%。当水泥浆液配制时，不断水解和水化生成新的活性很强的氢氧化钙：3CaO-SiO2+nH2O2CaOSi02(n1)H2O+Ca(OH)22CaO-SiO2+mH2O2Ca

11、OSiO2-mH2O上述两个反应生成含水硅酸二钙，成胶质状态不溶于水，即形成水硬性材料，活性的氢氧化钙与水玻璃很快发生反应：Ca(OH)2+Na2O-mSiO2+mH2O-CaO-mSiO2-MH2O+2NaOH生成凝胶性硅酸钙.由于水泥水玻璃浆液发生反应，则生成具有一定强度的凝胶性硅酸钙，反应连续连行，胶质体强度不断增加，于是就转变为稳定的结晶状态一一凝固。(4)马丽散浆液马丽散是一种低粘度，双组分合成高分子一一聚亚胺胶脂材料，采用高压灌注进行堵漏时，树脂和催化剂混合形成的马丽散浆液被高压推挤，注入到围岩裂隙或空洞中，由于其遇水迅速膨胀而且膨胀系数大的特点，对于封堵管道涌水具有较强的优势。马

12、丽散注浆材料具有以下优越性：反应时间可调，遇水发泡膨胀迅速且膨胀系数大，可达30倍；浆液稳定性好，失水不收缩，抗分散性好，抗渗性好；具有高度粘结力的浆液与待注浆体形成结石体的最终强度高，抗压抗剪强度高、柔韧性好，耐老化，成品抗压强度可达65Mpa；注浆工艺简单，操作方便、安全。图4和图5分别为马丽散反应效果图和遇水膨胀示意图图3反应效果图图4遇水膨胀图5 .注浆材料对比分析水泥货广价廉，结石体强度高，抗渗性能好，注浆工艺简单，易于操作，无污染。但其颗粒较粗，可注性较差，在细裂隙及粗砂以下岩土体中很难注入，通常只能注裂隙宽度大于0.150.3mm的岩层或粒径大于1.1mm的砂砾层；凝胶时间长且难

13、以准确控制，初期强度低，浆液易沉淀析水，易被水稀释，稳定性差。C-S浆液凝胶时间可调，结石率可达100%,早期强度较高，可注性好，材料来源丰富，价格低廉。已在地面预注浆、工作面预注浆、处理淹井事故等方面得到了广泛的应用，效果较好，是目前应用最多的浆材之一。但是它需采用双液注浆系统，工艺复杂，操作困难，而且其后期强度不能得到有效保证。马丽散浆液在膨胀性能、粘结力、稳定性、强度等方面均有较好表现，而且其工艺简单，操作方便、安全，但是其单价较高，常常用于难度较大的堵水工程。五、注浆工艺1 .普通水泥浆注浆工艺目前单液浆主要指由水泥和水调和配制成的水泥浆液，然后经过泵体作用后，将其灌入到钻孔揭露的含水

14、层中，因此注浆堵水的过程就是浆液的灌注过程。在单液浆灌注过程中应时刻注意控制水泥浆液的密度。配置水泥浆液的密度，主要由注浆压力和灌注条件决定。一般单液注浆中的水泥浆液密度控制在1.3-1.8t/m3之间。必要时可以添加一定量的细小软骨料。针对本工程，适宜灌注水泥浆液的泵体可以选择DBGB-30-90/90型注浆泵。2 .双液浆注浆工艺(1)注浆过程在巷道注浆堵水中，特别是在动水状态下，C-S浆液以其优良的性能被广泛应用。它具有材料来源广泛，凝固时间可调(从几秒到十几分钟)，初期凝固强度较高等特点。但在实际操作中，由于受到水泥、水玻璃的质量、两种浆液混合比例、材料本身的温度和环境温度、灌注操作、

15、造浆设备及其性能和运转状况等因素的影响，往往会发生双液浆到达注浆目的层(以下简称目的层)前在钻孔内提前凝固的现象，致使注浆失败，严重的会发生孔内事故造成钻孔的报废，从而影响整个注浆堵水工程的进展。因此如何有效控制注浆操作中双液浆的凝固时问，使两种浆液混合后能在目的层中凝固，并达到一定结石强度，防止出现在钻孔内凝固的现象，是现场施工操作人员必须严格考虑的问题。(2)注浆流程双液注浆工艺流程如下(图6):水泥注浆泵f注浆管路、混合器钻孑Lf岩溶裂隙带x水玻璃注浆泵f注浆管路图5双液注浆流程图(3)注浆泵实际注浆操作中两种浆液的灌注和混合必须依靠注浆泵，注浆泵是注浆堵水中必不可少的设备，而且会直接影

16、响着两种浆液在钻孔中的运行时间及混合比例，因此对注浆泵的选择也非常重要。根据双液注浆需要，要选用泵量可调节且能提供一定压强值的变量泵，以满足注浆中对两种浆液混合比例的变化和注浆结束标准的需要。针对本工程，双液注浆可以选用DBGB-30-90/90型注浆泵。注浆泵要配备两台，分别用于灌注水泥浆和水玻璃浆液。注浆泵必须保证运转正常且在同一个档位、在一定注浆压强下达到泵量的恒定，以保证注浆中两种浆液的配比不变，从而达到凝固时间的恒定。(4)辅助设备造注浆设备主要有水泥和水玻璃容器、水泥浆搅拌设备以及注浆管路和混合器等。要求水泥浆搅拌设备必须保证制作出密度相对恒定的水泥浆液，以保证水泥浆和水玻璃混合比

17、例的相对稳定性，达到注浆中能维持双液凝固时间恒定的目的。对注浆管路要求必须保证浆液运行的畅通无阻，内部不得有杂质或结块，防止出现堵塞混合器喷射孔的现象。要求两种容器卸料正常，能连续稳定供料即可。要求必须具有足量稳定的电力供应，不得在注浆进程中发生供电中断现象。配浆用水要选用清洁的中性水，而且必须保证注浆中的足量供应。要在注浆前备齐一次注浆所用全部材料。因为不同批次材料的质量差异会引起双液凝固时间和强度的不同。因供应不及时会引起注浆操作的突然中断，造成双液浆在钻孔内的凝固，引发注浆事故。3 .马丽散注浆工艺（1）注浆前准备工作1）搭建好安全可靠的注浆工作台。2）准备可靠的电源。3）直径1寸的风管

18、，长度视现场情况而定。4）两根DN13的高压管，长度由泵的摆放地点到施工地点。5）按照施工情况准备足够的水和机油作为清洗剂。6）足够的棉纱和木楔用来防止浆液顺裂隙流出造成浪费。（2）施工步骤1）注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做注浆实验，确定合理的注浆参数。2）注浆孔位标定。孔位的设计（见巷道内注浆钻孔布置图），通过测量计算在巷道内壁红油漆标出钻孔位置；3）打孔。根据方案设计要求施工注浆孔。4）组装注浆泵及其附件；5）开始注浆，把两根吸料管分别插入马丽散树脂和催化剂桶中，活塞在气动马达的作用下运动，由于压力的作用使原料经过活塞进入输送管，输送到注射枪里，通过注射枪注入地层。封孔器安设深度

19、根据钻孔时出水的实际深度确定，安设在出水点上方，注浆速度控制在5L/min左右；6）停止注浆，用树脂冲洗管路和混合枪；7）换孔注重复2-5的步骤；8）注浆完毕后，用清洗剂清洗多功能泵和附件。4 .注浆设备(1)水泥注浆泵对于中压注浆采用NBB-267/70变量泵。注浆压力1013MPa时，选用DBGB-30-90/90型泵。如图6所示：DBGB型注浆泵主要应用在地下工程、地面工程中，如：矿山井巷、铁、公路巷道、水电隧洞、水库大坝及基础等工程的注浆堵水、图6DBGB-30-90型高压注浆泵冒落带注浆加固、衬砌壁后回填及固结灌浆、高层建筑基础注浆加固、高压旋喷以及帷幕灌浆等工程。(2)水泥浆搅拌机

20、水泥浆搅拌机主要起到对水泥浆配浆过程中的搅拌作用。分一次搅拌机和二次搅拌池。一级搅拌机主要用于对初次配浆的搅拌。一次搅拌机放置在散装水泥罐下方，接受散装水泥罐落下的水泥粉。并按照水灰比，和水进行配制水泥浆。二次搅拌池主要用于储浆池使用，储浆池内设置搅拌机的目的就是防止造出的水泥浆液在储浆池内沉淀固结。一次搅拌机规格一般为：直径1.5m,高度为1.2的圆柱型罐体。二次搅拌池直径一般为1.8-2.0m,深度为1.5m左右。它们上面都安装有电机带动的差速器。差速器与搅翅通过连轴器联接。差速器转动时，带动搅翅眼连轴器轴向旋转。一般要求搅拌机转速为15-20r/min最为合适。电机功率一般选用10-15

21、KW。(3)注浆管道一般使用2寸高压胶管和1寸无缝钢管。其内径不应太大，太大容易沉淀浆液，连接接头不宜太多，太多内阻力大，给注浆泵造成负担，管道的耐高压值必须与注浆堵水设计中注浆结束标准压力相适应。一般为注浆结束标准压力的1.5倍，并要求注浆管路越短越好。(4)辅助设备选择储水池：储浆池应按一定尺寸设置，一般设计成1平方米截面，便于测量注浆泵的泵量，深度为1.2m左右。其位置应做到与搅拌机和注浆泵尽量紧凑。储浆池一般设计有三个，分别为两个清水池，一个水玻璃池。该储水池可用具有一定量的容器代替。供电：注浆站的供电应满足造、注浆所有设备同时正常运转的要求，一般其总供电功率为所有设备功率之和的1.5

22、倍。供水系统：一般应满足两台注浆泵同时注水的需要，若按注浆泵额定泵量计算，供水水量一般为泵量的1.5-2.0倍。5 .马丽散注浆设备(1)高压大流量注浆泵高压大流量注浆泵具有体积小，移动方便的优点，可实现注浆量、材料配比和注浆压力的调节。注浆泵技术参数见表2。表2高压大流量注浆泵主要技术参数型号额定流量(L/min)工作压力(MPa)外形尺寸(m)重量(Kg)动力电(Kw)ZBYS-100/21&100<211.5X0.91.263018.5(2)封孔器该封孔器属于我单位专利产品，在国内处于领先地位。马丽散在注浆泵的作用下通过注射管注入封孔器中，注浆开始前封孔器胀开实施封堵(直径

23、达6595mm),浆液被注入岩体裂隙或岩溶管道。由于封孔器对钻孔周围施加有一定的压力，能有效的起到封堵钻孔的作用，而且其特殊的结构可以保证在停止注浆后浆液反料。(3)枪头成套设备枪头成套设备用于灌注过程中的马丽散浆液的混合均匀以及调整压力，具有注浆流量、压力可调的特点，且操作简单。6 .安全保证措施(1)所有进入现场的人员，都必须正确使用安全防护用品；(2)施工现场做好安全监护工作，防止其他闲杂人员进入施工范围；(3)施工过程中，严格遵守机电设备操作规程，做好施工设备的维护工作；(4)严格交接班制度，要求发生的问题当班解决，遇到特殊或重大问题，应及时向现场指挥或者专业技术人员汇报，研究专门措施

24、，尽快妥善解决；(5)注浆操作人员，应熟知注浆设备的性能，熟悉注浆工艺，操作中严格执行现场指挥人员的指令，不得违章操作。六、注浆方案比选与技术经济分析1 .注浆设计方案通过对注浆材料、钻孔设计以及现有的注浆设备的研究，针对涌水点的地质情况及突水概况，提出三种注浆方案：(1)马丽散注浆；(2)水泥-水玻璃双液注浆；(3)马丽散与水泥复合注浆。(1)马丽散化学注浆先采用浓浆按设计注浆孔对其进行注浆，并在注浆过程中对出水点的出水情况进行观察，随时调整注浆顺序及注浆压力和结束标准。优点：其反应时间可以根据堵水需要可调，其遇水发泡膨胀系数可达30倍;浆液稳定性好，失水不收缩，抗分散性好，抗渗性好；具凝胶

25、体具有高度粘结力和最终高强度，抗压抗剪强度高、柔韧性好，耐老化，成品抗压强度可达65Mpa；注浆工艺简单，操作方便、安全。其特点是特别适用于动水注浆。是目前国内最先进的动水注浆材料之一。缺点：价格较水泥浆材高，设备维护和注浆前后的准备收尾工作较繁琐。(2)水泥-水玻璃双液注浆C-S注浆过程与水泥单液注浆过程基本相同，但是在准备过程中要严格按要求对水玻璃及水泥浓度进行配制，而且对其凝结时间要进行严格控制，防止其堵塞管路造成注浆事故。优点：C-S注浆工艺采用的注浆材料普通，易于采购；其反应时间可以根据堵水需要可调；浆液初凝后稳定性好不收缩，具有一定的初期强度，抗分散性好，抗渗性好。其特点适用于动水

26、注浆，是目前国内比较常用的动水注浆材料之一。缺点：注浆、造浆设备体积大，对设备维护要求较高，对操作人员技术水平和操作经验要求较高。高压水和大流量动水中堵水效果受到影响。(3)马丽散与水泥复合注浆首先采用马丽散浆液按注浆孔布置图对一序孔进行灌注，在注浆过程中要对涌水点进行监测，若未能完成对出水点的完全封堵，可对二序孔或备用孔进行封堵；在堵水结束后，采用水泥浆液对一序孔、二序孔及备用孔进行加固堵水注浆工作，以提高注浆加固圈的耐久性和稳定性。主要是采用了动水注浆中马丽散的突出优点，结合普通硅酸盐水泥廉价、采购方便的特点。使用马丽散的目的就是利用其快速凝固的特点，利用较少的材料实现尽快封水的目的，并使

27、动水成为相对的静水条件，以期达到快速堵水的目的。使用普通硅酸盐水泥的目的是堵水成功后，进行对过水裂隙进行注浆加固。以增强隧洞围岩封闭区的耐水压强度，防止以后因为水压升高再次出水。该方案是本设计重点推荐使用的注浆工艺，它做到了两种材料优点的结合。能够达到既省钱，工程质量又好的目的。2 .技术经济分析依据技术上可行，经济上合理的原则对上述三种注浆方案进行优化比选，见表3。表3注浆方案技术经济比较表力杀比较项目经济力某一马丽散化学注浆优点：凝结时间可调，工艺简单，粘度较低、渗透性性好，固结体强度高，稳定性好，效果可靠，适合对动水的有效封堵浆材单价较高，工程造价相对较局力某一水泥-水玻璃双液注浆优点：凝结时间可调、早期强度提高迅速，抗