矿井注浆堵水技术分析.docx

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矿井注浆堵水技术分析

矿井注浆堵水技术

当涌水量很大，仅仅靠排水已不可能或有经济时，注浆堵截水源通道，然后再进行排水。

注浆堵水是将水泥将或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。

目前，注浆堵水已广泛用于矿井井筒注浆，封堵突水点，恢复被淹矿井，井巷堵水过含水层或导水断层，帷幕注浆堵水截流，减少矿井涌水量、底板注浆加固防止突水等方面已取得良好的效果。

一、注浆堵水的适用条件

（1）当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。

如山东肥城国庄矿、河南焦作演马庄矿等，都是先堵截水源而后排干积水恢复生产的。

（2）当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工，我国许多矿井穿过强含水层时，都是利用这一方法。

（3）当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。

如鹤壁鹿楼主、副井，新汶协庄主、副井，采取挂浆措施后，取得了良好的效果。

（4）某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源。

如焦作九里山矿，北部隐伏露头区冲积层水补给八层石灰岩含水层涌人矿井，采取注浆措施后，矿井涌水量减少56m3／'rain，lO年共节省排水电费近亿元，取得了显著的经济效益，使一个严重亏损的矿井得以扭亏为盈。

二、注浆工作程序

（一）注浆材料

注浆材料的选择应根据堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投资多少等因素决定。

从水文地质条件考虑，选择材料可参考表4—2。

在一般情况下，凡是水泥浆能解决问题的尽量不采用化学浆，化学浆主要用于弥补水泥浆的不足，解决一些水泥浆难以解决的问题。

当地下水流速为25m／h时，采用单液水泥浆；当大干25m／h时，采用水泥一水玻璃双液浆；用于底板岩溶、断层破碎带和动水注浆堵水及处理井下突水事故时，目前多采用先灌注惰性材料（如砂、炉渣、砾石、锯末等）充填过水通道、缩小过水断面、增加浆液流动阻力、减少跑浆，然后灌注快凝水泥一水玻璃浆液，再用强度较高的化学浆进一步封堵。

（二）具体注浆工作步骤

1.注浆段高和浆方式

注浆段高是指一次注浆的长度，可分为全段一次注浆和分段注浆两种。

前者是将注孔钻至终孔后一次注浆，适用于含水层距地表近且厚度不大、裂隙发育较均匀的岩层。

其优点是一次钻进、一次完成注浆，缩短施工时间；缺点是段高大时不易保证质量。

当岩层吸浆量大时要求注浆设备能力大，易出现不均匀扩散，影响注浆堵水效果。

当注效果。

当注浆深度较大，穿过裂隙大小不同的多个含水层时，在一定注浆压力下，为防止浆液在大裂隙扩散远、小裂隙扩散近，上部岩层的裂隙进浆多、下部岩层裂隙进浆少，应采用分段注浆。

段高可按岩层破碎程度划分。

我国经验数据是：

极破碎岩层一般为5m~10m；破碎岩层为10m～15m；裂隙岩层为15m～30m；重复注浆可取30m～50m。

注浆方式是指注浆顺序，分下行式和上行式两种。

自上而下依次注浆称下行式注浆，即从地表钻进含水层，钻一段孔，注一段浆，反复交替，直至全深。

其优点是：

上段注浆后，下段高压注浆时不跑浆，同时上段获得复注，注浆堵水效果好。

缺点是：

钻孔与注浆交替进行，工期长。

该方式适用于岩层破碎或裂隙发育的地层。

自下而上的注浆称上行式注浆，即注浆孔一次钻进到注浆终深，使用止浆塞，自下而上逐段注浆。

上行注浆优点是无重复钻进，能加快注浆速度。

该方法适用于岩层较稳定、垂直节理不发育的地层。

2.注浆前压水

目的在于将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外，从而提高注浆质理和堵水效果。

对于大裂隙，压水时间为10min～20min；中小裂隙，则需15min~30min或列长一些。

重复注浆钻孔压水时间适当延长30min~60min。

压水时压力应由小增大，最大不得超过注浆终压。

3.下放止浆塞及注浆

止浆塞放至规定位置后，接好输浆管，压缩胶塞止浆并经压水试验检查好，即可进行注浆。

注浆过程中应特别注意堵浆、跑浆及冒浆，对待不同情况采取相应措施，以保证注浆工作正常进行。

（三）注浆参数

（1）浆液扩散半径。

裂隙中浆液的扩散半径随岩石的渗透系数、注浆压力、注入时间的增加而增大，随浆液的浓度和黏度的增加而减少。

据现场经验，岩深地层注浆，浆液平均扩散半径为10m~15m，裂隙地层平均为4m~8m。

（2）注浆压力。

注浆压力对浆液的扩散影响很大，经验表明，随着注浆压力的提高，充塞物质的强度急剧增加，这就保证了充塞物具有足够强度和不透水性。

在地下水流速大的情况下，应设法增加浆液的流动阻力，需降低注浆压力，故合理运用注浆压力是注浆的关键。

不同地区因地质条件不同，注浆压力也不尽一样。

有地区选用注浆压力为静水压力的2～3倍，有的则根据岩石裂隙采用合适的压力值。

（3）浆液注入量。

根据扩散半径和岩裂隙率进行粗略计逄，公式为

Q=r2AHnβ　　　　　　　　　　　　　　　　（4－2）

式中Q―――浆液注入量，m3;

r-―――浆液扩散半径，m;

n―――裂隙率，％

H―――注浆段高，m；

β―――浆液在裂隙内有效充填系数，0.9～0.95；

A――――浆液消耗系数，一般取1.2～1.3。

（4）注浆结束标准。

一般是用两个指标表示；一是最终吸浆量，即注浆注至最后的允许吸浆量；另一个是达到设计压力时（即终压时）的持续时间。

从理论上讲，最终吸浆量是越小越好，最理想的情况是注至完全不吸浆，但难以做到，故结束标准是注浆压力达到设计终压，一般为受注含水层水压的1.6～2.5倍，吸浆量小于80L/min，时间不少于30min即可。

三、突水点（口）注浆堵水

矿井因突水事故被淹没后，可以采取适当方法与措施，使其恢复生产获得新生，常用的方法有强排疏干法和注浆堵水法。

强排疏干法，即利用大流量水泵（水泵排水量要大于矿井突水后的总水量）强行排水，追水至井底，然后采到相应措施恢复生产。

它适用于突水点（口）动水量和含水层静储量均小，矿井排水设备及电力供应条件皆好，排水后对工农业和居民用水无影响等条件。

注浆堵水法是指用各种方法和材料（水泥、水玻璃、化学材料等）堵塞井下突水点，增加突水点及其周围岩层和隔水层的强度，切断通道和水源，故又称突水点（口）注浆堵水。

此法适用于突水点动水量大、突水点距地面深，井巷断面有限、不能安装大型排水设备，突水点水源与工农业和居民供水属同一水源，排水后会引起水源地枯竭或产生环境水文地质问题时。

突水点（口）注浆堵水，按注浆孔的们位置可分为先后排法和先排后堵法，我国淹没矿井恢复注浆堵水常用的是地面注浆先堵后排法。

（一）注浆堵水前的水文地质工作

注浆堵水时应解决的问题是：

井下突水点的具体位置在哪里，在什么部位注浆效果最好，根据什么原则布置勘探注浆孔，突水点堵水效果如何判断等问题。

为了正确选择堵水方案，确保注浆钻孔能命中堵水的关键地点或部位和正确评价堵水效果，一般需进行下列水文地质工作：

（1）通过现有水文地质资料的整理分析、野外地质调查以及必在的突水点（口）注浆堵水补充勘探工作，查清突水点的位置，确定或判断突水水源、突水点附近断裂构造的确切位置和含水层间的对接关系、突水点地段内含水层的分布及它们之间的水力联系、各含水层岩溶裂隙发育程度及岩溶裂隙发育的主要方向；

（2）因地制宜地进行连通试验，测定地下水的流速、流向和地下水的水质与水温；

（3）布设地下水动态观测网，进行堵水前、堵水后和堵水过程中的动态观测，并编制注浆观测孔历时曲线和等水位（压）线图，以指导注浆工程和注浆效果评价；

（4）用钻孔和被淹矿井进行抽（放）水试验，了解各含水层与突水点（口）的水力联系情况；与注浆工程前后放水资料对比，评价堵水效果；

（5）注浆前每孔都要进行冲洗钻孔及压水试验，目的是冲洗岩层中空隙通道，利于浆液扩散并与围岩胶结提高堵水效果；通过压水试验计算岩层单位吸水量，了解岩层的渗透性，以选择浆液材料及其浓度与压力。

（二）突水点注浆堵水方案的制定

制定方案时应反复分析研究，在弄清水文地质条件等情况的基础上，对堵水工程作出正确布置，对堵水方法提出明确要求。

方案设计应包括如下内容；

（1）确定堵水范围、注浆层位和部位，注浆孔、观测孔检查孔数及其布置方式；

（2）确定注浆材料、注浆深度，划分注浆段、选　择注浆方式和止浆方法；　

（3）确定注浆参数及质量检查和评价方法；　

（4）选择钻探设备，确定钻孔结构与施工方法，确定主要安全技术措施（包括注浆操作规程）。

（三）施工注浆孔及注浆

1．勘探注浆孔及注浆

（1）应布置在井下突水点附近，围绕着突水点由内往外和由稀至密分批布置。

其目的是根据探资料及时修改补充原设计，以达到提高堵水和加固底板的效果；

（2）根据地下水的流速、流量和流向，注浆孔应布置在来水方向上，在突水点或断层带附近应适当加密堵水钻孔，以便切断突水点补给来源，减少注浆堵水孔数；

（3）布置钻孔尽可能一孔多用，使之既是地质、水文地质勘探孔，又是试验孔、观测孔，同时还可作为注浆堵水孔；

（4）注浆间距应按当地的具体地质、水文地质条件与实际扩散半径（R）等因素确定。

2．注浆过程中的若干问题

（1）注浆层或段裂隙细小，钻孔单位吸水量小到中等的钻孔，一般耗浆量不大时，可采用连续注浆法，即自始至终连续不断地注浆，直到达到注浆设计结束标准。

（2）岩溶通道大、钻孔单位耗浆量大时，可采用间歇时间长短，主要依浆液达到初凝所需时间而定。

间歇的次数以孔口压力上升快慢而定。

当注浆孔口压力上升较快时，可改为连续注浆。

每次停注后需冲入一定量清水，以保持通道井口有致被堵塞。

（3）若发现邻孔有窜浆现象，应串连两孔同时注浆；若设备不足，依钻孔水位高低，可在下游注浆孔压入清水保持通道能畅、上游注浆孔注浆的办法处理。

（4）注浆时，若通道中地下水流量汪、流速大时，只要浆液性能（水灰比）适宜，吸浆量大于通道中地下水流量1.5倍，注浆也可以成功；若通道流量大、流速小时，可用不易被水稀释的浆液，使用间歇注浆法注浆；若通道中流量和流速皆大，则可在注浆前设置比重较大固料，先将通道充填，然后注入速凝浆液。

3．注浆堵水效果的判断

当注入突水点及其周围的堵水材料固结封住突水通道后，则淹没矿井的水位将发生显著变化，地下水流的流动方向和水化学成分也相应发生变化，这些均可看成判断堵水效果的定性指标；定量指标是通过注浆前后的排水试验取得水量与降深关系的数据后，即可识别。

四、井下注浆堵水

井下注浆封堵突水点，主要是处理某些生产过程中发生和规模小的突水或恢复某个采区、工作面的生产工作。

它的注浆堵水工作在井下进行，而且主要是对断层突水处理，主要方法是：

（1）用水闸墙挡水。

当水突入巷道后，若水量较大，应采取紧急措施，在所掘巷道突水点以处地段，将水堵在巷道内；若水量不大时，可用水管将水导出，然后先择岩层比较完整处修筑水闸墙，待水闸墙修好后将管子的水门关闭，造成静水条件。

（2）待封堵于巷道内的水停止流动后，在接近水闸墙的正常巷道内向断层出水点和和其接近的含水层打注浆孔，然后用高压注浆泵往钻孔里注浆，以封堵和加固突水点及其周围地层，同时切断补给水源。

本文来自:

中国煤矿安全生产网（www.mkaq.org）详细出处参考：

http:

//www.mkaq.org/Article/shengchanjs/201008/Article_35143_4.html

注浆材料

　　注浆材料是在地层裂隙和孔隙中起充填和固结作用的主要物质，它是实现堵水或加固作用的关键。

注浆材料可分为颗粒浆液和化学浆液。

　　目前应用的颗粒性注浆材料主要有单液水泥浆、粘土水泥浆、水泥-水玻璃浆。

我国在20世纪9