注浆分析报告.docx
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注浆分析报告
麦垛山煤矿副、回风立井工作面注浆堵水
施工过程分析及改进措施
一、总体概况：
我单位施工的麦垛山煤矿副、回风立井井筒采用普通凿井法施工，其中直罗组下段含水层组堵水方案采用地面预注浆法施工。
为了加快矿建进度，缩短建井工期采取注浆与井筒施工平行作业的办法。
回风立井地面预注浆于2008年6月3日开钻，于2008年9月10日竣工。
井筒于2008年6月26日开挖，目前成井，工作面深度为273m。
在10月20号伞钻凿岩时，先利用伞钻超前探水，探水孔4个。
在探孔深开始涌水，继续向下钻进水量不断增大，孔深涌水量达到22m3/h。
副立井地面预注浆于2008年5月26日开钻，于2008年10月2日竣工。
井筒于2008年6月26日开挖，目前成井251m，工作面深度为253m，在10月24日伞钻凿岩时，先利用伞钻超前探水，探水孔4个。
在孔深开始涌水，继续向下钻进水量不断增大，孔深9m工作面涌水量达到21m3/h。
两个井筒均在同一层位出水且水量相似，据分析该段地层是以孔隙水为主，孔隙直径小于粘土水泥浆的粒径，此类浆液对该段孔隙水封堵效果较差。
根据资料预计，下部大的裂隙等过水通道已封堵，对高角度微细裂隙水、孔隙水封堵效果较差。
二、方案初设：
根据10月26日会议要求，两井筒停止掘砌，堵水方案采取工作面预注浆方法。
我们编制了工作面预注浆施工组织设计，采取先探后注的办法。
探水孔设计深度为100m，利用一个止浆垫分两段探水，先行3个钻孔深度为50m，找出出水层位。
探水过程中若水量超过10m3/h便进行注浆，待50m以上地层注浆合格后，再探50m～100m段，待100m以上地层注浆合格后，井筒方可继续向下掘进。
三、注浆前的准备工作及注浆施工工艺
㈠、造孔、注浆设备选型
1、钻机选型
选用ZDY650（MK-3）型煤矿用全液压坑道钻机。
一次推进行程，适用钻孔深度150m，最大给进速度可达/min，最大给进力25KN，最大起拔力36KN。
钻杆直径Φ50，/根。
2、注浆泵选型
选用日本大和钻探公司生产的HFV-C型液压驱动注浆泵，注浆压力最高达13Mpa，流量为0～200L/min。
㈡、注浆施工工艺流程
㈢、注浆站的建设及输浆管路
注浆站设在井口搅拌站旁，选用JW-1000强制式搅拌机作为第一次搅拌，水泥选用“赛马牌”PR散水泥直接输入搅拌机内，加入适量的清水搅拌好后，放入砌好的浆液池中，池中始终用扫眼器吹动搅拌，以免水泥浆沉淀。
站内布置2台HFV-C型液压驱动注浆泵，注浆机吸浆管放入浆液池中。
注浆管采用井内固定的Ф57×无缝钢管（供水管）井上、下分别通过高压快速接头和φ25高压软管连接，井下注浆软管通过三通与孔口管上高压球阀（180kg/cm2）连接。
注水泥、水玻璃双液浆时，在工作面搭设的操作台设置一台2TGZ-60/210型注浆泵，放炮电缆作为动力电缆，安装注浆管，进行注浆。
用氧气乙炔割四个废油桶作为拌浆桶及储浆桶、清水桶，并设在吸浆管路一侧，清水从地面由吊桶下放至工作盘储水桶。
剩下的一个油桶盛水玻璃，并放置在靠近储浆桶侧。
水玻璃用25L塑料桶从地面下放到操作台。
㈣、搭设钻机平台
为便于钻机找正定位与搬迁，保证钻孔的质量，为在钻进过程中，井筒正常排水与捞岩粉，要求在止浆垫2m以上位置，搭设工作平台。
材料选用￠159管子和50mm厚木板搭设。
四、工作面注浆施工过程简述：
㈠、止浆垫施工及加固
根据现场情况两井筒均是在有涌水情况下浇筑止浆垫，所以在施工止浆垫前铺设800mm厚的滤水层并在井筒工作面中心布置一根φ325无缝钢管，其上口超过止浆垫表面300mm。
在浇筑砼时，将电泵放置在φ325无缝钢管内控制水面不超过滤水层。
止浆垫厚度是根据注浆终压和井筒净断面不同计算出副立井止浆垫浇筑厚度为；回风井为,均采用C40混凝土。
两井筒均采用φ108孔口管同心圆布置并根据井筒荒净计算副立井设计为14根，回风井设计为10根，孔口管上端焊接160kg/m2的法兰盘。
回风立井于10月31日浇筑完止浆垫，副立井于11月5日浇筑完止浆垫。
（止浆垫的结构见附图：
）
㈡、造孔与注浆
从开始至11月21日副井完成注浆孔数为10次，造孔次数为10次，注入量为3。
回风立井完成注浆孔数8次，造孔次数为9次，注入量为3。
（见注浆成果汇总表及进度图）
五、注浆成果与分析
1、地面预注浆情况回顾及效果简析：
⑴、根据整个井筒每个注浆段的注浆量分别统计，通过公式R=SQRT（Qm/A∏Hnβ）计算，得出各段的注浆半径。
将注浆半径减去注浆圈径，得出该段的单孔浆液扩散半径，，注浆帷幕厚度完全达到设计和施工的技术要求。
⑵、注浆压力是评价注浆质量的重要指标。
它是浆液克服阻力，在裂隙中运移、扩散、充填的动力，决定浆液充填是否饱满，注浆固结硬化强度的主要因素。
它与岩性，裂隙开度等特征和浆液类型、浆液浓度注浆时间有密切关系。
麦垛山煤矿立井井筒地面预注浆终压值依据井筒水文地质条件，综合了我国煤炭系统多个井筒地面预注浆成功的数值而确定的。
岩帽段为静水压力的2.5倍，注浆段为静水压力的3.0倍。
完全满足注浆堵水的需要。
⑶、注浆量是评价注浆质量重要参数，充足的浆液注入量，在持续高压作用下，压密脱水，固结形成稳固注浆帷幕体，切断裂隙涌水通道，堵死地下水补给来源，以实现打干井。
回风立井浆液总注浆量7652m3，原设计注入量6140m3，超过原设计1512m3，井筒平均每米注入量高达m3/m井。
副立井浆液总注浆量9144m3，原设计注入量7580m3，超过原设计1564m3，井筒平均每米注入量高达m3/m井。
注浆量超出设计的主要原因为：
为保证工程质量，每次注浆合格标准严格按照设计要求的终压、终量、稳定时间、注浆量的参数标准四项全部合格方能结束注浆。
由于注浆量合格时其他三项技术参数未必全部合格，故只能继续注浆至所有技术参数均达到设计要求。
造成每个注浆段注浆量都略多于设计量。
充足的注浆量使注后井筒地层水文地质条件明显改善，岩体强度提高，将给凿井创造优越条件。
⑷、为了求得水文地质参数，计算注浆后井筒剩余水量，评价注浆效果。
由最后一个注浆孔待所有注浆孔全部完成注浆任务做注浆质量检查孔进行压水试验。
压水试验设备为BQ-350型注浆泵，路管用Φ50mma压力表。
压水试验采用流量法计量，秒表计时，用流量控制稳定压力；采取分段压水，每段分3个压程，分别采用93L/min、126L/min、169L/min三种流量进行试验。
麦垛山煤矿立井注浆质量检查采用压水试验，注浆孔压水深度与注浆段一致，说明井筒注浆后，含水层的裂隙绝大部分被封堵，水流通道被切断，水文地质条件大大改善。
通过压水试验计算注浆后累计井筒剩余水量仅3/h和m3/h证明注浆各技术参数均达到设计要求。
见表6-1
地面预注浆质量检查孔压水试验计算表表6-1
工程名称
压水段
起止深度
压水段高L
含水层厚度M
S
P
泵压p1
泵量Q
ω
K
K抽
β
R
Q井涌
Q井涌
起（m）
止（m）
m
m
m
m水柱
Mpa
l/min
水柱.m
m/min
m/d
m
l/d
m3/h
回风立井
223
403
180
180
180
4.00
93
2210.69
24090
223
403
180
180
180
4.10
126
2510.43
30459
223
403
180
180
180
4.40
169
2709.18
35063
副立井
220
397
177
177
177
93
220
397
177
177
177
126
11109
220
397
177
177
177
169
13478
2、工作面注浆成果与分析（注浆成果见表1-1,2-2）
㈠、钻进、注浆过程描述：
①、回风井钻孔与注浆情况
11月10号止浆垫加固完毕后，开始钻进注浆。
先钻探4#孔，钻进过程中在10m处开始出现涌水，水量为5m3/h，在18错误!
未指定主题。
处水量增大为10m3/h，继续向下钻进水量不断增大，在孔深停止钻进，实测水量为16m3/h。
11月11号夜班开始对4号孔注单液浆，先使用2：
1浆液，吸浆量达到180L/min，持续30min后，将水灰比调浓了一级为1.25：
1，吸浆量为165L/min，75min后压力表开始逐渐上升，此时压入的浆液量为17.8m3。
20min后压力达到2.5Mpa，吸浆量减少为110L/min。
在注浆过程中压力逐渐上升，25min后压力达到了3.5Mpa，吸浆量减少到45L/min，此时注浆机已达到了不吸浆液的状态，便停止了注浆。
浆液总注入量为21.5m3。
11月12号矿方停电1天。
11月13号早班对4#孔进行第一次扫孔，扫孔过程中在23m出现涌水，水量为10m3/h，继续向下扫孔水量逐渐增大，在孔深停止钻进，实测水量为16m3/h。
4#孔第二次注浆时，使用1.25：
1的水灰比。
刚开始注浆时，压力注浆逐渐上升，20min后压力表为3Mpa，吸浆量为105L/min，35min后，压力上升Mpa，此时吸浆量为35L/min，便停止了注浆。
第二次注浆量为4m3。
期间由于大泵出现故障，无法排水便停止了工作面钻进工作。
11月14号夜班第二次对4#进行扫孔，在接近终孔时出现了涌水并不断增大，在孔深27m时停止钻进，实测涌水量为18m3/h，在4#孔第三次注浆过程中，浆液选用1.25：
1～1.5：
1的水灰比，在浆液注入8.9m3后，压力逐渐上升到6.0Mpa，之后将浆液调稀一级后又注入了4.3m3浆液，压力速升至7.0Mpa，浆液注不进去，便停止了注浆。
9#孔钻探、注浆，11月15号在对9#孔钻进过程中，在钻进8m出现涌水，水量为3m3/h，29m时水量增大为16m3/h，继续向下钻进水量无变化，至止孔深50m。
在拔、卸完钻杆后水量突然增大，经实测水量为45m3/h。
第一次对9#孔进行注浆时，采用1.5：
1浆液，在注入2.5m3浆液过程中压力从0Mpa上升到5.5Mpa，压力达到6.5Mpa并且有上升趋势，结束注浆时总注入量为3.6m3。
11月16日对9#孔进行第一次扫孔，在26m时出现涌水，水量为20m3/h，扫至孔深50m时水量达到26m3/h，便停止扫孔，对9#孔进行第二次注浆。
注浆前先对9#孔进行了压注清水，在注清水过程中，压力表直线上升达到7Mpa便停止压注。
过后压力逐渐恢复至0Mpa。
鉴于此种情况，便停止了对工作面的钻进工作。
11月18日对4#孔进行第三次扫孔，8m出现涌水，水量为6m3/h，24m时水量为18m3/h，扫至孔深45m时水量达到38m3/h，便停止扫孔，对4#孔进行第四次注浆注浆前先对4#孔进行压注清水20min，无压力。
注浆时采用1.5：
1浆液，在注入m3Mpa。
11月19日对8#孔进行第一次造孔，15m出现涌水，水量为12m3/h，m时水量为18m3/h，孔深m时水量达到24m3/h，便停止造孔，注浆前压注清水，压力为0Mpa。
注1m3压力瞬间上升至8Mpa。
11月20日对1#孔进行第一次造孔，9m出现涌水，水量为8m3/h，孔深m时水量达到m3/h，由于钻头堵塞便停止造孔。
注浆前压注清水20分钟，压力为0Mpa。
注入6m3后压力从6Mpa逐渐下降至2.5Mpa，停止注浆检查漏浆情况。
11月20日对7#孔进行第一次造孔，孔深m出现涌水，水量为10m3/h，孔深m时水量达到13m3/h，由于钻头堵塞便停止造孔。
注浆前压注清水20分钟，压力为0Mpa浆液选用1.5：
1，注m3后压力从4Mpa逐渐下降至1.5Mpa，停止注浆检查漏浆情况。
②、副立井钻孔、注浆情况
11月14日对6#孔进行注浆探钻，在钻进8m后出现涌水，水量为10m3/h，继续向下钻进水量增大，在孔深26m时停止钻进，实测水量为15m3/h。
6#孔在第一次注浆过程中，先使用2：
1浆液，在吸浆量为120L/min持续了30min以后压力仍为0Mpa，便改用1.5：
1浆液，持续27min以后吸浆量下降为100L/min，此时压力开始上升，在压力达到4Mpa时，吸浆量下降为83L/min此时压力瞬间从4Mpa上升到9Mpa，造成止浆垫向上处井壁鼓裂。
井下立即采取了措施，先将卸压阀打开降压，然后关闭孔口管上的大球阀并电话通知地面停止注浆。
6#孔第一次注浆量为20m3。
结束6#孔后，改对11#孔钻探注浆，在钻进过程中同样在8m位置出现涌水，水量为10m3/h，继续向下钻进水量不断增大，在孔深28m停止了钻进，实测水量为17m3/h。
拔完钻杆后开始注浆。
选用2：
1的浆液，注浆过程中压力始终为0Mpa，在注入浆液达到13m3时，压力表突然从0Mpa持续上升，达到4Mpa时，为防止像6#孔一样造成井壁鼓裂，便停止注浆。
11月16日改对1#孔进行钻探、注浆，钻进过程中在22m出现涌水，水量为10m3/h，在28m时水量为14m3/h，继续向下钻进水量不断增大。
在孔深时，停止了钻进，并实测涌水量为62.4m3/h。
做好注浆准备后，便对1#孔进行第一次注浆。
为了多压入浆液选用了2：
1的水灰比，刚开始，吸浆量达到了150L/min，20min后压力逐渐上升到3.5Mpa，此时吸浆量下降到95L/min，井下吊盘附近井壁出现漏浆，便结束了1#孔注浆，注浆量为6.7m3。
11月17日对6#孔进行扫孔，扫孔过程中在15m出现涌水，水量为10m3/h，在2m时水量为14m3/h，继续向下钻进水量不断增大。
在孔深61m时，停止了钻进，并实测涌水量为64m3/h。
6#孔第二次注浆，浆液选用了：
1的水灰比，在注入m3浆液过程中压力是稳定上升到3Mpa，之后瞬间上升至10Mpa。
吊盘井壁有炸皮现象，便停止注浆。
11月17日对10#第一次造孔，在造孔过程中于12m后出现涌水，水量为8m3/h，继续向下钻进水量增大，在孔深2m时停止钻进，实测水量为14m3/h。
10#孔在第一次注浆过程中，使用2：
1浆液，Mpa，此时吸浆量为60L/min，注入量为m3，达到初期设计终压，便停止注浆。
同天又对3#第一次造孔，造孔与注浆经过与10#基本一致，3#孔第一次注入量为m3。
11月18日对13#第一次造孔，在造孔过程中于16m后出现涌水，水量为11m3/h，继续向下钻进水量增大，在孔深28m时停止钻进，实测水量为m3/h。
在注浆过程中，使用：
1浆液，注浆压力从0Mpa上升至1Mpa，注入量为m3，此时压力瞬间从1Mpa上升至8Mpa。
11月18日结束13#后对3#进行扫孔，扫孔至上次深度停止。
在接近终孔是出现涌水并不断增大，实测水量为20m3/h，注浆过程中，注入量为m3，压力从从0MpaMpa，由于井壁有漏浆现象便停止注浆。
11月19日对8#进行第一次造孔，在8m后出现涌水，水量为7m3/h，继续向下钻进水量增大，在孔深28m时停止钻进，实测水量为m3/h。
开始注8机，12h后又注12机，两次都是由于压力从1Mpa瞬间上升10Mpa而停止注浆。
11月19日对5#进行第一次造孔，在m后出现涌水，水量为7m3/h，14m处，水量为16m3/h，在孔深2m时停止钻进，实测水量为18m3/h。
开始注m3，12h后又注m3，两次都是由于压力从1Mpa瞬间上升10Mpa而停止注浆。
11月20日对12#进行第一次造孔，在13m后出现涌水，水量为10m3/h，在孔深2m时停止钻进，实测水量为m3/h。
开始注m3浆液，压力上升到5Mpa并瞬间上升到9Mpa。
㈡、根据钻探、注浆参数分析结果
①风井4#孔进行4次扫孔复注，扫孔结束后水量无变化仍为16～18m3/h，并且浆液注入量越来越少而注浆压力上升越来越快，注浆后压力突增到Mpa停止注浆。
②风井9#第一次注浆量为m3，注浆压力6.0Mpa后压力突然上升。
扫孔复注前进行压清水，压力直线上升到7Mpa，便停止压水。
③风井8#浆液注入量为5m3，注浆压力达4Mpa后瞬间上升至7Mpa。
④副井6#孔注入浆液量20m3后，压力瞬间持续上升至8Mpa,立即停止注浆。
⑤副井1#、3#、10#、11#孔第一次注入浆液量分别为：
m3、17.7m3、15.2m3、16.4m3都是由于压力瞬间上升而停止注浆。
而扫孔后注入浆液量明显减少且压力突然上升。
（主要是第一次注浆浆液量充填了，以前井筒放炮震开的岩石大的裂隙以及成型井壁与岩石之间的裂隙）
⑥副、回风立井每个钻孔第一次注浆吸浆量大压力小而后复注吸浆量小压力大。
经注浆后扫孔至同样深度，水量不减并且可注性差。
⑦注浆前压水试验，当压力达到4Mpa方可压入少量清水。
（静水压力为1.5Mpa）
⑧钻孔经多次扫孔、注浆，现在30m以上含水层段涌水量仍在18～25m3/h。
⑨在造孔过程中从翻上来的颗粒颜色和粒度与柱状图提供的岩性资料相一致。
查考表中的数据和实际造孔注浆过程描述，分析得出以下结论：
此段地层以孔隙水为主，地面预注浆采用水泥粘土浆和水泥单液浆不能注进去，剩余孔隙采用工作面注单液水泥浆仍然注不进去。
通过已完成造孔、注浆的钻孔涌水量、注入量和压力变化情况来看，采用原设计的注浆压力和浆液类型不能达到注浆封堵的效果。
六、改进与建议：
厚度，要大量注入浆液起到封堵效果，就要提高注浆终压并达到10Mpa。
为防止井壁和止浆垫鼓裂，应增加止浆垫厚度。
按终压10Mpa计算出两井的止浆垫要在原来基础上增加2～3m。
2、为防止压力增大造成止浆垫以上2～3m成型井壁破坏，在井壁周圈埋设注浆管以便卸压。
3、针对水泥液浆注不进去，改变浆液类型并进行试验。
第一步：
仍采用单液水泥浆，为减少大颗粒浆液进入孔内，浆液将采用三次过滤，最后一次采用80目铜纱网过滤。
第二步：
使用非颗粒性的化学浆液。
已经从山东淄博购买脲醛树脂30吨，约星期一到货并进行注浆试验。
4、请甲方派有关专家研究技术方案的可行性并现场指导。
5、修改后的注浆技术安全措施在批复后另行编制。
七、方案的可行性及存在的问题：
1、地面预注浆和工作面预注浆的堵水效果具有多种不可确定因素。
根据以往经验，采用加大注浆压力，使用化学浆达到预期效果还是有一定的把握性。
2、加大注浆压力可能会造成止浆垫以上浇筑好的井壁鼓裂、破坏，但可能性较小，在施工中我们加强观察和控制。
中煤五公司二处麦垛山项目部
2008/11/21
副立井井筒工作面预注浆成果汇总表表1-1
序号
孔号
钻探
情况
注浆次数
时间
孔深
m
单孔涌水量m3/h
地面
泵压Mpa
浆液配比
浆液量
m3
水玻璃用量（kg）
备注
1
1#
第一次
第一次
2：
1
钻进10m出水为4m3/h。
22m水量为10m3/h，压力从1Mpa瞬间上升到3.5Mpa。
2
3#
第一次
第一次
2：
1
达到初期设计终压。
3
3#
扫孔
第二次
20
1.25：
1
由于井壁有漏浆现象便停止注浆。
4
5#
第一次
第一次
18
1
1.5：
1
14m水量为16m3/h，先注1机12h后又注3机。
都是由于压力从1Mpa瞬间上升到10Mpa停止注浆。
5
6#
第一次
第一次
15
4
1.5：
1
8m涌水为10m3/h。
瞬间表压大于8Mpa，造成止浆垫上处井壁鼓裂。
6
6#
扫孔
第二次
61
64
3
2：
1
从3Mpa瞬间上升至10Mpa。
吊盘井壁有炸皮现象
7
8#
第一次
第一次
28
1
1.5：
1
26
开始注8机，压力上升，12h后又注12机，压力从1Mpa瞬间上升10Mpa
8
10#
第一次
第一次
14
2：
1
达到初期设计终压。
9
11#
第一次
第一次
17
4
2：
1
压力瞬间从0Mpa上升到4Mpa，防止井壁鼓裂立即停止注浆机。
10
12#
第一次
第一次
08.11.20
5
：
1
13m涌水为10m3/h,压力瞬间上升到9Mpa
11
13#
第一次
第一次
28
1
1.5：
1
压力瞬间上升到8Mpa
合计
十一次
十一次
1
回风立井井筒工作面预注浆成果汇总表表2-2
序号
孔号
钻探情况
注浆次数
时间
孔深
m
单孔涌水量m3/h
地面
泵压Mpa
浆液配比
浆液量
m3
水玻璃用量（kg）
备注
1
1#
第一次
第一次
22
1
6
1.5：
1
6
压力从6MpaMpa，停止注浆检查漏浆情况。
2
4#
第一次
第一次
16
1.25：
1
8m出现涌水，18m水量为10m3/h，23m水量为14m3/h.
3
4#
扫孔
第二次
16
4.5
1.25：
1
4
压力上升而吸浆量为35L/min,停止注浆
4
4#
第二次扫孔
第三次
18
1.5：
1
14
1：
1浆液量9m3；1.5：
1浆液量5m3，压力保持平稳至吸浆量小于60L/min，停止注浆。
5
4#
第三次扫孔
第四次
45
38
1.25：
1
，停止注浆。
6
7#
第一次
第一次
13
4
1.5：
1
压力从4MpaMpa，停止注浆检查漏浆情况。
7
8#
第一次
第一次
24
1.5：
1
15m水量12m3/h，24m水量18m3/h。
压水为0Mpa，注1m3压力瞬间上升至8Mpa
8
9#
第一次
第一次
50
45
1.5：
1
在29m处水量为16m3/h，钻至50m，水量一直为16m3/h。
在拔、卸完钻杆后水量增大，实测为45m3/h。
9
9#
50
没扫孔之前，三家单位进行了实测，水量变为3/h。
10
9#
扫孔
50
26
注浆前进行压清水，压力直线上升到7Mpa，便停止。
之后放水卸压，18号孔内无涌水。
合计
九次
八次
5
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