工作面预注浆施工.docx

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工作面预注浆施工

工作面预注浆施工

一、巷道注浆的分类及适用条件

根据水文、工程地质条件，巷道注浆分为：

堵水注浆、固结注浆、回填注浆。

见下表

类别

适用条件

主要特点

堵水注浆

1、巷道穿过裂隙含水层，影响施工。

2、水压高、涌水量大，并有突出危险。

1、用工作面预注浆。

在巷道周围形成帷幕；

2、有单液注浆、水泥-水玻璃双液注浆堵水；

3、为保证安全钻进注浆孔，通常采用下孔口管并安装阀门的的方法，必要时孔口设置密封器或钻杆止退措施

4、与固结注浆比，压力高、流量小。

固结注浆

1、巷道穿过无水或少量涌水地带；2、风化破碎带，有岩石冒落危险。

1、经过工作面预注浆，巷道周围破碎岩体被固结；2、注浆孔冲洗液漏失量小于80升/分时，用单液注浆；否则用双液注浆；3、可用孔口安装阀门的办法注浆；4、压力低、流量大

回填注浆

1、巷道超挖形成过水通道、砌碹漏水并存在冲击地压破碹的可能2、工作面附近发生冒顶片帮。

1、用单液后注浆、加固堵水；

2、冒落区用矸石、炉渣、砂做骨料与注浆结合；3、压力低、流量大。

二、止浆墙

为防止受压浆液和裂隙水从工作面涌出，并保证浆液在最大压力下沿着裂隙有效扩散，注浆前应在工作面设置止浆墙。

（一）止浆墙的选择

有混凝土止浆墙和预留岩体止浆墙两种，一般根据地质条件和施工条件确定，见下表：

止浆垫

适用条件

技术要求

主要优缺点

预留止浆垫岩柱

1、巷道裂隙含水层或破碎带后有符合设计要求的隔水层；2、分段注浆时有符合设计的注浆带。

1、打钻探明裂隙含水层或破碎带和隔水带准确厚度和位置；2、查明注浆带作为预留止浆岩柱的强度及堵水效果

1、工序少工期短成本低。

2、凡具备条件都应该采取预留止浆岩柱的办法。

混凝土止浆墙

1、裂隙含水层无良好的隔水带作为止浆岩柱；2、由于钻探资料不确切，裂隙含水层被揭露；3、工作面附近的冒落区。

1、止浆墙尽量选择在无水位置，如有水，应该预先处理；2、含水岩层已被揭露，含水岩层已经被揭露，应该设置滤水层，如有集中出水点可设导管引出；3、混凝土标号不低于C25。

1、工序多、成本高、工期长；2、单级平面型止浆墙目前使用广泛。

上述二者结合

1、含水层后部隔水带作为止浆岩柱厚度不够，2、注浆带作为止浆岩柱堵水效果差。

1、打钻探明含水层及隔水带准确厚度及位置；2、巷道工作面有涌水时，应该设置滤水层，设置导水管；3、预留止浆岩柱与混凝土止浆墙总厚度应符合设计要求。

工序多时间长成本高

注：

对于各种止浆墙，在使用前应该钻孔进行压水试验，达到注浆终压稳定10分钟不漏水即为合格。

（一）止浆墙形式及厚度确定：

根据是注浆压力、巷道断面大小、止浆材料。

结构形式

结构形式简图

计算公式

符号意义

预留止浆岩柱

B=P*S*λ

[τ]l

即B[τ]l=PSλ

B-止浆墙厚度，m

P-止浆墙终压，KN/M

S-岩柱断面积，m2

λ-过载系数，取1.1-1.2

{τ}-岩体允许抗剪强度，KN/m2

l-巷道周长，m

砼止浆墙

K0–安全系数1.4-1.5

ω-作用在墙上的全荷载,千克.ω=P*F

F-砼墙面积,m2

b-巷道宽度,m

[σ]-砼抗压强度，KN/m2

h-巷道宽度，m

（二）止浆墙施工

巷道列别

施工简图

主要步骤及要求

水平巷道

（无过滤层）1、按止浆墙设计位置及厚度，在周边挖出基槽；

2、埋设导水管，尽量将水集中引至排水沟；

3、立外模；

4、浇筑混凝土并分层捣实，对于顶部处应注意质量和密实，并与巷道砼碹紧密相接

5、经试压合格后注浆。

（有过滤层）

1、按止浆墙设计位置及厚度，在周边挖出基槽；

2、砌砖墙（一砖厚），用速凝水泥砂浆抹缝，起到挡水内模作用

3、砖墙砌至一定高度，充填矸石做滤水层，厚度1m左右，在底部放置滤水箱和导水管，引水至水沟

4、其余同上。

倾斜巷道

在混凝土止浆墙后部做水窝，截住巷道漏水和集存工作面漏水用水泵排出

其余步骤同上。

（三）注浆方式及注浆孔布置

1、注浆方式段长的选择：

含水岩层厚度大于60m时应分段注浆，段长一般为30-50m，注浆方式指分段注浆的顺序，分前进式和后退式两种，注浆小分段长度和方式，根据岩层裂隙发育程度和注浆孔涌水量确定，见下表：

裂隙发育程度

注浆孔涌水量

注浆小分段长度

注浆方式

发育

大于10m3/h

5-10m

分段前进

较发育

5-10m3/h

10-15m

分段前进

不够发育

2-5m3/h

15-20m

分段后退

不发育

小于2m3/h

20-30m

一次钻孔完成

在破碎岩层中通常采取分段前进式，长度一般根据钻孔中冲洗液漏失量和维护孔壁难易程度而定，见下表

钻孔中冲洗液漏失情况

冲洗液漏失量

注浆小分段长度

微弱漏失

30-50升/min

大于5m

小量漏失

50-80升/min

3-4m

中量漏失

80-100升/min

2-3m

大量漏失

100升/min

小于2

2、注浆数目选择：

注浆孔数与裂隙发育程度、浆液有效扩散半径、巷道断面大小有关，见下表：

裂隙等级

裂隙宽度

注浆孔数

细裂隙

0.3-3mm

8-10

中等裂隙

3-6mm

6-8

大裂隙

6-13mm

4-6

断层、破碎带、冒落区

5-15

上表中，巷道断面为6-12m2，注浆孔终孔位置的孔距应满足有效扩散半径，保证有足够的注浆壁。

3、注浆孔布置：

尽量使注浆孔与更多裂隙交切，见下表

布孔形式

注浆孔布置

目的

布孔特点

适用条件

直孔

堵水

1、平行巷道并且靠近轮廓线；

2、定位孔简单。

1、裂隙分布均匀，联通性好；

2、含水岩层坚硬。

放射孔

堵水、加固

1、呈放射状布孔；

2、终孔间距相等；

3、定位孔复杂。

1、裂隙分布不均匀，连通性差；

2、含水岩层较破碎，或者为破碎带、断层带

扇形孔

加固、堵水

1、巷道局部布置；

2、终孔位置超出巷道轮廓线一定距离视加固充填范围而定；3、定孔较复杂。

1、巷道工作面有冒落区

2、巷道穿过部分含水层或破碎带。

（四）注浆孔钻进

1、钻机选型与安装

注浆机具包括：

钻孔机械、注浆泵、流量计、搅拌机、止浆塞、混合器、输浆管路。

钻孔机械：

凿岩机、钻机；

注浆泵：

输送浆液的动力设备；

流量计：

测定注浆泵排出量大小的仪器；

搅拌机：

使浆液拌合均匀的机器；

止浆塞：

把待注浆钻孔按照设计要求上下分开，借以划分注浆段高（长）；同时让浆液注入到本段内岩层裂隙部位的工具；

混合器：

用于双液注浆，使两种浆液相遇后充分混合，并由此引起物理、化学反应的工具。

注浆机具选型

名称

选型原则

常用型号和经验数据

后注浆

裂隙含水层

立井地面预注浆

井筒或巷道工作面预注浆

立井含水沙层地面或工作面预注浆

钻机

1、根据岩性、注浆深度、注浆孔直径大小确定钻机型号

2、根据注浆孔布置圈径、孔数及选定钻机型号确定台数。

1、孔径为110mm；

2、常用钻机宜用DZL-500～1100形冻结注浆钻机

1、注浆孔一般为60-75mm，常用75mm；

2、TXU-75～200型钻机。

1、孔径为60-75mm

2、TXU-75型钻机宜用TXU-200型钻机。

1、注浆孔径为35-40mm

2、凿岩机钻注浆孔。

注浆泵

1、根据设计的注浆终压及注浆泵量选型，尽量选压力、流量可调整的注浆泵，如注浆材料存在腐蚀性，宜选用耐腐蚀的注浆机具；

2、根据单液或双液注浆系统和备用量确定台数

1、泵压≥1.2-1.3注浆终压；

2、泵量可调节为30-250升/分

3、常用YSB-250/120及HFV-C型专用注浆泵。

1、同左；

2、泵流量通常为30-130升/分；

3、常用HFV-C型或2TGE-60/120型注浆泵。

1、同左

2、泵流量可调节，通常为10-50升/分；

3、常用2MJ-3/40隔膜计量注浆泵

1、同左

2、同左

3、常用2MJ-3/40隔膜计量珠江本或KBY50/70液压注浆泵或QZB-50/60气动注浆泵或手压泵等。

搅拌机

搅拌机能力与注浆泵最大流量相适应，在要求时间内，能把注浆材料搅拌成均匀浆液

应用二级机系统，搅拌池或桶为圆形，有效容积为1-1.5m3

同左

应用二级机系统，搅拌池或桶为圆形，有效容积为0.2-0.8

一般为圆形，有效容积按照V1≥Q/N计算：

一般为0.2-0.6m3，用贮浆桶时，按V2=（1.3-1.5）V1计算：

Q-注浆流量m3/h、N-搅拌机每小时搅拌次数。

止浆塞

结构简单、操作方便、止浆可靠。

常用单管三爪止浆塞

常用孔口装高压转芯阀的方法。

地面预注浆用孔口密封装置；工作面用孔口密封装置。

常用注浆管外缠麻布和注浆管装设阀门，也可用小型双管止浆塞。

混合器

1、甲、乙两种液体混合效果好；2、当甲、乙两种液体的注浆压力不同时，能防止窜浆；3、结构简单、轻便，易拆洗。

孔口球阀混合器

孔口球阀混合器或由日本引进的混合器。

方盒式球阀混合器

方盒式球阀混合器或弹簧半球式混合器。

输浆管路

1、耐压力应大于注浆终压，过流断面要保证浆液流动畅通，不变径或少变径，防止增加流阻和堵塞；2、接头要便于拆卸，并严密不漏；3、不得弯曲变形，接头和注浆管外径应相同，以减少阻力和顺利通过孔口密封器。

1、可选用耐压100Kg力/cm2以上的Φ42×5、Φ50×5.5mm无缝钢管和耐压100Kg力/cm2以上内径为32mm的胶管；

2、接头可选用适于连接钢管或胶管的高压胶管快速接头和法兰盘

1、同左1

2、同左2

1、选用耐压50Kg力/cm2以上内径25mm的钢管和胶管；输送化学浆液可用内径20mm钢管与胶管；

2、接头可选用快速接头和法兰盘；

3、花孔注浆管长度一般为0.5-1m，孔径3-5mm，花孔总面积为注浆管净断面的1.5-2倍，六排交叉分布。

1、耐压50Kg力/cm2以上内径25-32mm的钢管和胶管；输送化学浆液可用内径20mm钢管与胶管；

2、同左2；

3、注浆管用外径33、38无缝钢管或有缝钢管。

钻孔机械

类别

名称

型号及规格

适用条件

钻孔

设备

钻机

XB-500型钻机、XU-650型钻机

地面预注浆：

孔深小于300m

红旗-700油压钻机

地面预注浆：

孔深小于500m

TXA-1000A型钻机

地面预注浆：

孔深小于500m

XB-1000A型钻机

地面预注浆：

孔深小于500m

DZJ500-1000冻结注浆钻孔

地面预注浆：

孔深500-1000m

TXU-200型钻机

工作面预注浆：

孔深小于150m

NK-10型钻机（日本）

工作面预注浆：

孔深小于150m

TXU-75型钻机

工作面预注浆：

孔深小于40m

红旗-100钻机

工作面预注浆：

孔深小于70m

红旗-150钻机

工作面预注浆：

孔深小于100m

KD-100型钻机

工作面预注浆：

孔深小于70m

加重钻具（钻铤）

直径68mm，壁厚20mm

直径83mm，壁厚25mm

1、用于地面预注浆钻孔防斜

2、各需20-30m

凿岩机

气腿式

7655型，L=5mΦ=38-43mm

1、井筒及巷道壁内及壁后注浆

2、井筒和巷道工作面预注浆。

YSP-45型，L=6mΦ=38-43mm

湿式

YT-24型，L=5mΦ=36-43mm

电动式

YDX-40型，L=5mΦ=36-43mm

重型导轨

YG-40型L≤20mΦ=45-60mm

YG-80型L≤40mΦ=50-75mm

外回转

YZ-90型L≤30mΦ=50-80mm

注：

注浆孔终孔直径一般大于钻机的设计终孔直径，所以注浆孔深度应小于钻机设计的钻进深度。

2、钻进工艺

注浆孔开孔直径一般为110mm，下外径为108孔口管，注浆孔直径为91或75mm，若遇到破碎层，宜用小直径钻头钻进

钻机安装

顺序

操作方法及要领

钻机就位

1、检查钻机安防位置，必要时加强支护

2、清理作业地点，备好水源及疏通排水沟

3、钻机在距离巷道工作面3m左右处就位，并保证平稳

钻机调定

1、标定钻机开孔位置；2、把注浆孔水平方向（走向角）通过经纬仪确定后，用二条垂线标定在巷道顶板上；3、拨动钻机，使立轴内的钻杆与两条垂线的连线相重合；4、调动钻机调定螺栓，调好角度后旋紧调定螺栓；5固定好钻机。

防止注浆孔突水及安全钻进措施

措施

施工简图

主要步骤及要求

防突水及钻杆止退措施

1、打眼埋设孔口管，要求能够承受最大注浆压力；

2、孔口管应装有用于密封的填料盒及高压阀门，以降低水压利于钻进以防突水；

3、打锚杆眼安装锚杆；

4安装立柱、钻机、止退装置

5、钻进

向孔内送接钻杆

1、在钻杆适当位置用卡盘止动钻杆；

2、把绳套套在卡盘上，并用挂钩与他连接；

3、启动钻杆升降机，当钢丝绳拉紧后，使其不倒转松绳；

4、松开固定钻杆卡；

5、启动钻杆升降机拉钻杆进入钻孔内；

6、用卡盘止动钻杆，接长后重复上述工序。

在破碎岩层中钻进注浆孔注意事项：

1、用清水钻进不用泥浆护壁；2、为防止塌孔和卡钻，冲洗液流量以50-100升/分为宜；3、尽量选用长芯管和铰刀式螺栓头，岩芯管长度不小于5m；4、钻孔过程要轻压、慢速、给进均匀、少串动钻具；5、严禁使用弯曲钻具；6、有超过2/3冲洗液漏失时或坍塌时停止钻进注浆。

（五）注浆工艺

1、注浆站布置：

根据含水岩层埋藏条件和施工条件确定

巷名

设备布置方式

适用条件

主要优缺点

斜井或平硐

1、造浆和注浆设备布置在井口附近；2、注浆管路沿井筒敷设到注浆工作面

含水岩层埋藏浅，工作面距离井口小于200m

1、设备集中，便于操作管理2、可借助浆液自重减轻注浆泵负荷；3、管路长，维护工作量大。

造浆设备和注浆设备布置在工作面附近

含水层埋藏深。

距离井口远，注浆工作面有硐室布置

1、设备集中便于管理；2、注浆管路短，便于维护；3、输送材料不方便，除尘难度大；4、开凿硐室，增加工程量。

1、造浆设备布置在地面，注浆设备布置在井筒内硐室

2、注浆管路沿井筒敷设至贮浆池。

1、含水岩层埋藏深，距离井口比较远；2工作面副筋硐室不足以容纳造浆设备。

1、设备分散，不便于管理；

2、注浆管路短易于维护；

3、开凿硐室增加工程量。

平巷、斜巷

注浆站布置在巷道内

巷道断面大

1、设备集中便于管理；2、须有除尘设备

注浆站布置在硐室内

巷道断面小

1、同上；2、除尘困难。

2、注浆顺序及工序

考虑因素

注浆顺序

当地下水流速及流向对注浆效果影响大时

在巷道中先钻注水流上方的注浆孔，后钻注水流下方的注浆孔

浆液扩散的一般规律是向上容易向下难

一般是先钻注布置在巷道顶板的上的注浆孔，后钻注巷道两边的孔，最后钻注底板孔、

多圈布置注浆孔时

按上述顺序先钻注内圈孔，后钻注外圈孔。

工作面附近冒落时

先对冒落漏斗充填注浆，后对破碎带或岩石裂隙注浆。

注浆工序：

注浆方式

注浆工艺

适用条件

分段前进式

裂隙含水岩层

分段前进式

破碎带：

虚线表示如果扫孔后堵水或加固效果不好时应按压水、注浆工序作业

全段一次注浆

裂隙不发育，涌水量小的岩层。

（六）注浆参数

1、注浆压力

破碎岩层和冒落区注浆压力

注浆区域的特征

注浆终压

注浆区域无水

巷道工作面附近冒落拱和堆积的回填注浆

<5

严重破碎岩层和冒落拱边缘的固结注浆

5-10

破碎岩层和细小裂隙固结注浆

15-20

注浆区域有水

破碎岩层堵水固结注浆

为静水水压力的2-2.5倍

裂隙岩层注浆压力：

（1）、注浆泵压：

PH=（2-2.5）Hγ/10,注浆泵选型压力P=1.3PH。

H-收注点至静水位水柱高度，m；γ-水的比重，γ=1；

PH–注浆泵表压，千克力/cm2;P-注浆泵压，千克力/cm2

（2）、每个钻孔注入量：

Q=λπR2H1ηβ/m

R-浆液扩散半径，m；H1-注浆段长（高），m；

η-岩层裂隙率，%；β-浆液在裂隙内有效充填系数，β=0.8-0.9；

m-结石率，%；λ-浆液损失率，λ=1.2-1.5

2、注入量：

以下是经验数据

裂隙含水层浆液注入量

钻孔用水量（升/分）

浆液注入量（m3/分段长度）

<100

3-5

100-200

5-10

200-500

10-15

500-1000

15-20

1000-2000

20-30

破碎岩层浆液注入量

注浆孔冲洗液漏失量（升.分/m）

浆液注入量（m3/m）

10-30

2-3

30-50

3-4

50-70

4-5

3、注浆结束标准

裂隙岩层

破碎岩层

1、件行业实际注入量大于或者等于设计值

1、同左

2、注浆压力呈规律性增加，并达到设计终压

2、同左

3、达到终压时最小吸浆量分别为：

单液浆40-60升/分；双液浆60-120升/分

3、达到终压时，水灰比为0.8：

1，泵量不大于60升/分

4、维持注浆终压和最小吸浆量时间为10-15分

4、维持注浆终压和最小吸浆量时间为5-10分

5、最后一次扫孔、压水后注浆漏失量不大于20升/分也可以结束注浆。

（七）注浆过程注意事项

项目

简要内容

主要措施及要求

注浆机具方面

保持注浆泵、搅拌机、混合器、孔口装置、管路、测试仪表灯正常运作和使用可靠。

1、注浆前，认真检修注浆机具，要有备用注浆泵，备齐活塞、缸套、拉杆等易损部件；2、注浆系统应进行耐压试验，试验压力一般不低于1.2-1.5注浆终压，并维持10-15分钟不泄压；3、遵守操作规程，精心操作，注意有无不吸浆的异常现象；4、注浆泵出故障及时更换备用泵；5、搅拌机出故障及时检修，并注水防止阻塞。

工艺操作方面

掌握注浆泵和注浆压力，保证形成注浆壁或隔水帷幕

1、首先压水试验，双液注浆时，先用一台泵压水，不升压时用两台泵压水，泵排量有小到大。

破碎岩层中，如需压水，泵的排量一般为30-50升/分，维持5-10分钟；2、压水试验结束，在不停泵条件下开始注浆；3、观测并记录泵排量和注浆压力变化情况，调节排量要及时、均匀、准确，防止忽大忽小，遇有压力流量突变，查明原因及时处理。

浆液起始浓度要适当

一般先注入一定量稀浆后再逐级加大。

要连续注浆，防止跑浆

1、加强设备维修，精心操作；2、加强泵排量观测与调节，保持不间断注浆；3、设专人检查注浆工作面附近巷道有无跑浆处并及时处理；4、控制注浆压力，破碎岩层不宜过高。

严格执行注浆结束标准，检查注浆效确定能否开挖

1、按要求掌握好注浆终压、终量和其他指标；2、停泵是及时关闭孔口闸门，防止倒浆；3、可利用后期注浆孔作为检查孔，必要时设置检查孔，经检查符合结束标准即可开挖。

（八）扫孔与复注

（一）、扫孔：

在裂隙含水岩层中，采用分段注浆时，为检查上一段注浆的效果和下一段注浆提供资料，要沿原注浆孔扫孔，并严防偏斜。

见下表

措施

要求

注浆结束后马上向孔内注水

注水量为输浆管路和注浆孔容积的80-90%

确定何时开始扫孔

水泥将加入速凝剂养护8小时，水泥-水玻璃浆双液浆养护12小时开始扫孔

扫孔要与原孔位一致

对准孔位，调整好方向，牢固钻机开始扫孔

选用防斜钻头

一般用筒状钻头，外出刃不大于1mm

加长岩芯管

岩芯管长度大于5m，不得弯曲变形

选用粗径岩芯管

制作外接箍岩芯管，总长度不大于4m，该管不能与外出刃小钻头同时并用

轻压快钻

给进压力轻儿均匀，钻杆钻速比正常高50-60转/分

破碎岩层扫孔，除防骗外，其余注意事项如下

项目

要求

控制扫孔深度

扫孔后可进行压水试验，扫孔深度不下于该注浆孔深度的400-500mm

维护孔壁

采用有芯或无芯钻进时，均匀给压，合理控制次数和给水量，防止卡钻和塌孔。

认真观测和记录

钻进中出水或漏失位置，水量和岩层破碎情况要观测和记录

（二）复注：

每一注浆孔注浆结束后，可扫孔进行压水试验，耗水量小于20升/分不注浆，否则要复注，要求复注浓度略低，压力高，凝固时间长、流量小。

（九）注浆效果检查与评价

1、检查孔布置：

先施工的注浆孔可通过后注浆孔取出岩心检查岩石裂隙被浆液充填的情况

2、布置方法：

注浆前的检查孔，以第一组第一个注浆孔作为井筒或者巷道注浆前的各段的水量检查孔；第一组最后施工的注浆孔作为初检验孔；第二组先施工的作为中检孔；第二组最后一个作为终检孔。

注：

对于注浆前检查孔、初检孔、中检孔、终检孔检查段，一律先打钻做抽水试验最后注浆。