第二章注浆法Word文档格式.docx

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压密注浆被用以压实松散土与砂。

常用高压力注入高固体含量的浆液，具有低注入速度的特点。

充填注浆主要用以充填并稳定自然孔洞与废矿空间。

注浆技术在矿井建设中应用广泛。

它既可用于为了减少井筒涌水，加快凿井速度、对井筒全深范围内的所有含水层（除表土外）进行预注浆的“打干井”施工，又可对裂隙含水岩层和松散砂土层进行堵水、加固。

在大裂隙、破碎带和大溶洞等复杂地层均可采用注浆法。

注浆技术的应用范围仍在扩大。

可以认为对所有地下工程、它都是一种有效的施工技术，在国际上应用十分广泛。

注浆法的工艺特点

注浆法与其他特殊凿井法比较，主要工艺特点如下：

1.设备少，工艺简单；

2.能形成永久性封水帷幕，可改善支护工作条件；

3.在裂隙含水岩层与浅薄砂层中均可用来堵水与加固，并可用于处理断层破碎带；

4.可作为钻井法、沉井法施工时固结井壁和封堵刃脚的工艺措施。

第二节注浆工艺

预注浆是中国煤矿通过含水层的一种凿井方法，它又是实现打干井、推进立井机械化和加快建井速度的重要措施。

地面预注浆和工作面预注浆是两种技术雷同、又各具不同工艺特点的施工方案。

一、立井地面预注浆

井筒开凿之前，从地面钻孔到含水层，并利用设置在地面上的注浆设施，将浆液经注浆孔压注入含水层。

浆液在岩土的裂隙或孔隙中，经渗透、扩散和凝固、充塞，在井筒四周形成具有一定强度的，基本不透水的注浆帷幕。

注浆工艺流程是指从浆液配制开始到浆液进入受注岩土为止的全部施工工艺过程。

注浆工艺有单液注浆和双液注浆两种。

可根据地质条件、注浆目的、要求和注浆材料性能来决定选用。

水泥—水玻璃双液注浆工艺流程，比单液注浆多一套注浆设备和管路，较为复杂。

但它具有可调节进浆比例和浆液凝胶时间与减少浆液流失等优点。

地面预注浆凿井施工方案的主要工序包括：

1.注浆孔施工；

2.安装注浆设备；

3.压水试验、测定岩层的吸水率；

4.配制浆液、注浆施工与效果检查；

5.井筒掘砌。

地面预注浆施工的主要技术问题如下：

1．注浆孔布置与结构

1）注浆孔布置与其数目

注浆钻孔一般按同心圆等距离布置，分井外布孔和井内布孔两种情况。

当裂隙大、连通性好、且井径较大时，用井内布孔可减少钻孔工作量。

注浆孔数目，可按下式计算：

N=π（D+2A）/L

式中：

N—注浆孔数；

D—井外布孔时,为井筒荒径，m；

井内布孔时,为井筒净径，m；

A—井外布孔时,为注浆孔至井筒荒径距离，A＝0-1.5m；

井内布孔时、为注浆孔至井筒净径的距离，

在地面布置钻机时，A＝-0.25m，

在井内布置钻机时,A＝-（0.3—0.6）m；

L—注浆孔间距，以保证注浆帷幕有效厚度达到设计要求为准，通常可取L＝（1.3—1.5）R，其中R为浆液扩散半径，m。

地面预注浆的孔数，一般为6—9个。

注浆孔的数目和注浆孔的布置，对注浆效果、注浆时间和注浆成本影响很大。

在裂隙发育，断层区域或地下水流速很大的倾斜岩层，注浆孔应作不等距布置。

布孔的原则要考虑地表孔口的间距，更应当注意受注层位形成的实际注浆帷幕厚度，故注浆孔的定位就需考虑钻孔倾斜大小和方向。

先打的注浆孔可等距排列，后打的则应根据已打注浆孔偏斜情况作适当调整。

注浆孔的深度是指注浆孔的终止深度。

注浆深度根据含水层的埋藏深度确定，应保证井筒开凿时有效地封堵含水层。

注浆孔深度应穿过含水层，深入不透水层10m。

2）钻孔作业与注浆孔结构

表土层钻注浆孔的技术如同冻结孔钻进。

要求岩层内的注浆孔全部取芯钻进，以便查明岩层裂隙的发育与其分布状况。

取芯率在坚硬的岩层中应达到80－90％，在破碎岩层中应为70％。

岩层中钻孔的冲洗液以清水为主，如岩石破碎、塌孔严重，可酌情采用稀泥浆作循环液。

注浆孔钻进时，由于岩层倾角、岩性变化和操作因素等原因，钻孔产生偏斜。

钻孔的允许偏斜率与注浆深度与受注岩层的裂隙状况有关。

当岩层裂隙呈水平方向或倾角不大时，钻孔揭穿裂隙的机率大于纵向分市的裂隙岩层，偏斜率可以放大。

对注浆孔垂直度的要求比对冻结孔的要求低。

一般钻孔偏斜率控制在0.5％以内，当注桨深度超过500m，配合采取一些保证施工质量的其它措施，偏斜率可适当放宽到1％以内。

注浆孔在开口处一般安设6－10m长的孔口管，以防止通过厚度较大冲积层可能出现的塌孔。

孔口管在钻孔时起导向作用，注浆时用以安设孔口封闭装置、防止跑桨。

厚表土层以下的裂隙岩层注浆的注浆孔，通过表土之后，应安设注浆套管。

套管与孔壁之间，充填速凝水泥固定。

注浆孔的纵剖面，呈变径台阶状。

注浆孔结构如图2—5所示。

2、安装工作与压水试验

在钻进注浆孔的同时，平行进行注浆站的建筑和注浆泵、搅拌机、浆液配制设施以与各种管路和仪表的安装工作。

安装完毕，进行管路耐压试验和设备试运转。

一般要求各种管路能承受1.2倍的注浆终压，而不破裂和漏损。

注浆孔钻进结束，安装并下放注浆管、止浆塞以与混合器等孔内设施。

止浆塞下孔前，应根据预先确定的止浆深度，配齐注浆管并依次下入孔内。

采用单管止浆塞时，止浆塞连同注浆管一起下放。

使用双管止浆塞时，止浆塞则同外管一起下放，待外管下完，再下内管。

当止浆塞和注浆管都下放至预定位置以后，连接孔口管并实现止浆装置的配置。

压水试验是利用注浆泵向注浆区段压注清水。

主要目的是：

1.检查止浆管头并着重检查止浆塞的止浆效果。

2.把末冲洗净，残留在孔底，或粘滞在孔壁的岩粉或杂物推挤到注浆范围以外，以提高浆液结石体与裂隙面的结合强度与抗渗能力。

3.根据测定钻孔的吸水量，核实岩层的透水性，为注浆设计与确定注浆泵的泵量、泵压并决定单液或双浆注浆浆液的起始浓度。

压水试验时，用注浆泵压注清水，其流量由小逐渐加大。

注浆压力控制在比预计采取的注浆终压高0.5MPa。

一般压水时间为10－20min，在破碎或大裂隙岩石中，可缩短压水时间。

根据压水资料，利用下式计算单位钻孔的吸水量：

q=Q/H

q——单位钻孔吸水量，L／（min•m）；

Q——压水最大压力时的流量，L／min；

H——注浆段高，m。

通常认为注浆孔段的吸水量q小于7L／（min•m）时，用单液水泥浆或粘土水泥浆是经济的。

如q大于该值，则应采用水泥—水玻璃双液注浆。

注浆孔注浆之后，可再作压水试验。

注浆前后试验所得吸水量资料，是检验注浆效果的一个依据。

3．注浆方式与注浆作业

注浆孔的钻进工作与注浆工作，通常采取分组施工作业。

如前图2—4所示的施工实例，就是先施工偶数号的3个孔，其中最先注的孔，可兼作注浆质量的中检和终捡孔。

采取这样间隔孔交替施工，开展渐进检查的方法，能合理使用注浆设备并与时调整注浆参数。

我国常用的地面预注浆方案，沿地层深度分段施工的顺序有以下三种方式：

1）分段下行式

从地面开始，自上而下钻一段孔，注一段浆，在同一段内先钻孔、后注浆。

每注一段后继续下延钻孔与注浆如此交替进行，直到设计的最终注浆深度，然后再由下而上进行复注。

它的优点是由于上段先注好浆，有效地控制了下段注浆时的浆液上冒。

缺点是钻孔工作量大、交替作业工期长。

在岩石破碎、裂隙发育、孔壁不易设止浆塞的岩层和涌水大、厚度大于40m的含水层中施工，较为适用。

2）分段上行式

注浆孔一次钻到注浆终深，使用止浆塞进行自下而上的分段注浆。

它的优点是无重复钻孔，能加快施工速度。

实现这种方式注浆的基本要求是止浆塞工作可靠。

该方式适用于注浆深度不大于200m，比较稳定的裂隙岩层。

3）一次全深注浆方式

注浆孔一次钻到注浆终深，然后对全深进行一次注浆。

这种注浆方式施工简单、工期较短。

但由于段高大，浆液扩散不均匀，并且要求供浆的能力较大。

在埋藏较浅、裂隙比较均匀的含水层内，采用一次全段注浆为好。

止浆塞是封隔注浆钻孔，实现分段注浆的关键装置。

良好的止浆塞应保证在10MPa以上的注浆压力作用下正常工作，并止浆可靠。

我国目前使用的止浆塞，根据其结构与作用原理，有机械式和水力膨胀式两种。

其中机械式的较为简单、可靠，为现场所用。

三爪式止浆塞下托盘的短管下端装有三个能作径向收拢和张开的爪块。

张开后的三个爪块插入孔壁围岩，作为支点，如对注浆钻杆加压，即可实现胶塞的横向膨胀达到止浆目的。

在某些情况下，如在完整、坚硬的岩石中，爪块不易插进孔壁，在软岩中，爪块又可能破坏孔壁，而影响注浆效果，这时可直接利用下托盘支撑在钻孔变径处的台阶上实现止浆，即成为异径式止浆塞。

变径台阶应选在已注浆的段内，才能收到良好止浆效果。

双管式止浆塞，其外管固定于孔口并撑住上托盘形成支架，用上提内管的办法挤压止浆胶塞，达到封隔钻孔的目的。

内管和外管可用以输送不同的两种浆液。

两液在止浆塞下口处混合，形成双液注浆。

这种结构适用于速凝浆液的灌注，因为双液一经混合，即可进入岩体裂隙，发生凝胶作用。

当然内、外管也可输送同一种浆液，进行单液注浆。

水泥单液和水泥—水玻璃双液注浆，为我国煤矿常用的注浆技术。

水泥—水玻璃双液浆，具有可控制凝结时间、结石率高和早期强度增长快的特点。

水泥—水玻璃双液注浆，必须准确控制浆液浓度并保证两液按比例混合。

注浆初期，孔的吸浆量大，应利用双液浆凝胶时间的可控制性和结石率高的特点，控制浆液的扩散范围，达到减少材科消耗和提高堵水效果的目的。

随着注浆的进行，注浆孔的吸浆率下降。

注浆后期，可采用单液水泥浆，以确保裂隙充堵的效果。

在裂隙岩层中先注浆孔段的吸浆量大，后注的较小。

这是因为，先注孔的浆液扩散到了后注孔的渗透范围之内所造成的。

这种现象在裂隙发育的岩层最为显著。

在注浆过程中要定时观测、记录注浆压力和注浆量，并绘制出T—P—Q（时间—压力—注入量）曲线。

4．适用条件

地面预注浆的主要优点是：

在地面制备和压注浆液，作业条件好；

可采用大型钻机和注浆设备，可提高钻孔速度和注浆效率；

注浆工作在准备期进行，有利于缩短建井工期。

其缺点是钻孔工作量大，尤其是分段下行注浆更为突出。

国外有些矿井分段下行注浆的重复钻进的时间，占总钻进时间的80％，导致成本提高。

一般认为，当裂隙含水层厚度较大，距地面的深度不超过500m，或层厚虽小、而层数较多，采用地面预注浆比较适宜。

近年来，在浅表土的流砂层中，注入化学浆液进行渗透固结堵水的已有一些成功的工程。

当表土层小于50m、流砂层厚度小于15m，用化学注浆是可行的。

苏联有人认为，单从含水层赋存深度考虑，当埋深大于600m时，应采用工作面预注浆。

当受注岩层既埋藏得深、又相距甚远，采用工作面预注浆方案更是可行而且合理的。

二、井筒工作面预注浆

井筒工作面预注浆是在井筒掘至含水层之前，暂停掘进工作，利用含水层上部的不透水层作为防护“岩帽”，或修筑止浆垫，然后从工作面打钻、注浆、封堵含水层