巷道注浆工艺Word文档格式.docx

1、充填注浆主要应用于掘进工作面附近发生冒顶、片帮或巷道超挖，形成过水通道，并存在冲击地压，巷道面临跨落破坏等情况。充填注浆使用的材料视充填体大小而定。当充填体很大，形成大的冒落空间或空洞时，应先向充填空间打钻、下管、利用混凝土喷射机喷入石子、砂子作为骨料，然后再注入水泥浆与骨料结合进行充填加固。注浆压力低、注浆流量大是充填注浆的主要特点之一。近些年来，在地下工程施工中，对巷道注浆技术的需求呈上升趋势，和地面注浆相比，巷道注浆具有注浆系统简单，注浆设备小，辅助时间短，投资少、见效快等优点。一般来说，封堵同样大小的突水，巷道注浆费用仅是地面注浆费用的1/31/5。所以深受施工单位欢迎。在工程实践中，

2、巷道注浆技术已经解决了大量的实际问题。著名的大瑶山隧道，穿越十多条大的断层，尤其是9#断层，水量大，破碎带宽，施工难度大，使用注浆技术，实现了很好的技术经济效果。北京地铁、上海地铁和广州地铁，在施工中，多次遇到软弱地层，使用预注浆和后注浆技术，问题都得到顺利解决。在我国煤炭系统，巷道注浆技术的应用非常广泛。20世纪6070年代，各矿区逐步掌握了人工浇筑止浆垫封堵集中突水、壁后注浆，壁内注浆等常规的注浆技术；8090年代，工作面炮眼注浆法得到了很快的发展，多孔小孔、多孔长段钻注工艺取得了显著的成果，采用联合导水，营造止浆层，深孔围岩注浆配以高效速凝的注浆材料封堵大面积高压散水取得了圆满成功，基本

3、解决了长期以来被认为散水难治的问题。但是也应该看到，巷道注浆技术远没有得到普及。据了解，许多矿区煤矿井下存在集中突水和散水的情况很多。有些是认识方面的不同，认为堵水不如疏放，长期疏放，付出很大的经济代价。有些明知长期排水费用惊人，使得企业在激烈的市场竞争中难以承受，但由于对巷道注浆堵水技术认识不够，没有及对采取正确的注浆堵水措施，或错过了最佳的堵水时机，或长期排水造成较大的经济损失。更有甚者让其长期淹井，停止施工或生产，损失更大。所以认真学习、研究、发展和推广巷道注浆技术任重而道远。第二节突水水源和突水原因分析在制定巷道注浆堵水方案之前，全面正确地调查分析突水水源和突水原因，了解突水机理是非常

4、重要的。只有对水源的基本状况，如水的蕴藏量、补给水源、涌水通道、涌水大小、涌水压力等有了清楚的了解，并正确客观地做出评价，才能综合各方面的因素，制定切实可行的堵水方案，达到事半功倍之目的。一、地下水的分类地下水赋存于岩土层的空隙中，并在其间运动，由于不同地区的自然条件、地理因素和地质条件不同，因而影响到地下水的化学成分、物理性质、循环条件及其动态等方面，使地下工程穿越的各类岩层中存在不同类型的地下水。了解各类地下水的赋存状况加、埋藏规律和运动规律，对于分析巷道突水的水源及其原因，很有必要。（一）按埋藏条件对地下水进行分类1、上层滞水上层滞水是埋藏在离地表不深的饱气带中局部隔水层上的重力水。上层

5、滞水一般分布不广，雨季出现，旱季消失。其动态变化，与气候及水文因素的变化密切相关。由于上层滞水距地表较近，直接受降雨补给，补给区与分布区一致。一般只有当饱气带厚度较大时，上层滞水才易出现，当其下部隔水层范围较广时，上层滞水存在的时间也较长。通常，上层滞水是在饱气带中的孔隙、裂隙或岩溶溶洞内及具有局部隔水层（粘性土透镜体）上形成。因此其分布范围有限，厚度小，水量少，季节性存在。2、潜水喷射机喷入石子、砂子作为骨料，然后再注入水泥浆与骨料结合进行充填加固。注浆压力低、注浆流量大是充填注浆的主要特点。近些年来，在地下工程施工中，对巷道注浆技术的需求呈上升趋势。和地面注浆相比，巷道注浆具有注浆系统简单

6、，钻孔工作量小，注浆设备小，辅助时间短，投资少、见效快等优点。一般来说，封堵同样大小的突水，巷道注浆费用仅是地面注浆费用的1/31/5,所以深受施工单位欢迎。！20世纪6070年代，各矿区逐步掌握了人工浇筑止浆垫封堵集中突水、壁后注浆、壁内注浆等常规的注浆技术；20世纪6070年代，工作面炮眼注浆法得到了很快的发展，多孔小孔、多孔长段钻注工艺取得了显著的成果。采用联合导水，营造止浆层，深孔围岩注浆配以高效速凝的注浆材料封堵大面积高压散水取得了圆满成功，基本解决了长期以来被认为散水难治的问题。但是也应该看到，巷道注浆技术远没有得到普及。有些明知长期排水费用惊人，使得企业在激烈的市场竞争中难以承受

7、，但由于对巷道注浆堵水技术认识不够，没有及时采取正确的注浆堵水措施，或错过了最佳的堵水时机，或长期排水造成较大的经济损失。第三节突水水源和突水原因分析了解各类地下水的赋存状况、埋藏规律和运动规律，对于分析巷道突水的水源及其原因，很有必要。2、潜水潜水是埋藏在地表以下第一个隔水层之上且具有自由水面的重力水。（1）潜水的特征潜水在自然界分布很广，一般埋藏在第四纪松散沉积层的孔隙中，以及坚硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。潜水的自由表面，称潜水面。潜水面至地表的距离，称潜水埋藏深度，自潜水面至隔水层顶面的距离，称潜水含水层厚度。潜水面上任一点的标高，称该点的水位。根据埋藏条件，潜水有以下特征：水面以

8、上一般无隔水层存在，含水层可通过饱气带与地表相通。因此，大气圈和地表的各种气象、水文条件等的变化，可直接影响潜水的动态变化。水主要由大气降水、凝结水和地表水补给，在多数情况下补给区与分布区一致。潜水面不承受静水压力，为无压水。水只能在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动。潜水是巷道涌水的重要水源之一。（2）潜水的补给、径流和排泄条件一般情况下，大气降水的渗入是补给潜水的主要水源。当大量降雨或融雪水渗入地下后，含水层水量迅速增加，表现为潜水位的上升。通常当降水时间长、强度适中、或植被发育及地面坡度较缓时，不易形成地表径流而沿地表面流走，也不致很快蒸发，因而有利于降水的渗透，利于潜水的补给

9、；反之，则不利于降水的渗透及潜水的补给。某些情况下地表水也是潜水的补给来源之一，这种情况多见于大河下游地区和河流中、上游的洪水期间。地表水补给潜水的水量，决定于河水水位与潜水水位的高差、洪水的延续时间和河流的流量及含水层透水性等。在较少情况下，承压水也能补给潜水。潜水总是沿着一定方向由高水位向低水位处流动，最后在地形低洼处以下降泉形式出露地表或直接补给地表水，从而结束其径流过程。这种由地下水补给地表水的排泄方式为水平排泄。潜水在运动过程中，不断受到蒸发，尤其在干旱地区潜水还未出露地表几乎全被蒸发。潜水的径流条件较好，经常补给河流，以水平排泄为主；在平原和河流下游地区，潜水的径流条件较差，埋藏也

10、较浅，易蒸发，以垂直排泄为主。3、承压水承压水是充满于两个隔水层间的含水层中的重力水，它又称为自流水。（$1）承压水的形成承压水的形成主要决定于构造条件，在适当的地质构造条件下，无论孔隙水、裂隙水和岩溶水都可以形成承压水。最适宜形成承压水的构造条件有向斜（或盆地）构造和单斜构造。形成承压水的向斜构造或盆地构造，在水文地质学中称为自流盆地。在向斜（或盆地）构造中，含水层的顶板为其上部隔水层的底界面，含水层的底板为其下部隔水层的顶界面，含水层出露在向斜构造的两翼（图9-1）。图中，I区的位置较高，并接受大气降水或地表水的补给，为补给区；渗入的水沿着含水层流动，在较低的另一翼II区以泉的形式出露于地

11、表，补给潜水或补给地表水，因而“区为排泄区；补给区与排泄之间的m区，其内地下水充满整个含水层，承受静水压力，称为承压区。当钻孔或巷道穿越含水层顶板时，承压水便涌入钻孔或巷道内，此点的标高为初见水位；水位上升到一定高度且稳定后，此时的水位标高称为测压水位或静止水位。当钻孔口的位置低于测压水位时，则承压水可喷出地表，因此承压水又称为自流水。如将钻孔的套管自孔口接长，则水位将继续上升，待到一定高度时，套管中的水位趋于稳定，并可测出其测压大小，图中，不同位置的测压水位联线，即是承压含水层的测压水浅。从某点的测压水位到含水层顶板的垂直距离，称承压水头，水层顶底面之间的垂直距离，称为含水层的厚度。适宜于承

12、压水形成的单斜构造，在水文地质学中称为自流斜，如图9-2所示，为断块构造形成的自流斜地。其中，图9-2（a）表示含水层的上部出露地表为补给区，下部为断层所切，若断层导水，则各含水层将通过断层发生水力联系或通过断层以泉水形式排泄于地表，成为承压含水层排泄区。此时承压区介于补给和排泄区之间，与自流盆地相同。如果断层带不导水，则含水层补给区接受来自地表水或大气降水的补给，当补给量超过含水可能容纳的水量时，在含水层出露地带的低洼处呈泉水形式出于地表，形成排泄区图9-2（b）。此时承压水含水层的补给区排泄区是邻近的，位于同一地段。（二）承压水的特征承压水具有的特征是：承压水含水层与地表之间存在有隔水层，

13、因此承压水受地表气候影响较小，动态变化比较稳定，水质不易受污染；承压水以侧向补给为主，使补给区与分布区不一致；由于承压水充满于两个隔水层之间，承受静水压力，其压力大小由测压水头决定，承压水的运动是由测压水位高的地方流向测压水位低的地方。当地下水没有充满两个隔水层时，称为无压层间水，其特征除具有自由水面而不承压外，基本上与承压水相同。（3）承压水的补给、径流和排泄条件承压水的补给来源一般为大气降水。当补给区位于河床地带或位于潜水含水层下时，也能接受地表水和潜水的补给。有时通过断层使几个含水层相互连通，形成水力联系使承压含水层间互为补给。承压水径流条件的好坏与含水层的产状、透水性及补给区和排泄区的

14、高差有关。含水层的挠曲程度愈大，径流条件愈差，地下水的交替作用愈缓慢。含水层的透水性愈好，径流条件就愈好，水交替的愈快。止匕外，当补给区与排泄区的高差愈大，两者间距愈近，径流速度也愈快。承压水的排泄，可以向潜水排泄，也可以在河谷中或断层带以泉的形式排泄。（二）按含水层的空隙性对地下水进行分类1、孔隙水孔隙水是指存在于松散岩层中的水，其存在条件和特征决定于岩石的孔隙发育情况。因为岩石孔隙的大小和多少，不但关系到岩石透水性的好坏，而且直接影响到岩石中地下水量的多少及其在岩石中的运动条件。一般情况下，岩石晶体颗粒大而均匀，则含水层孔隙也大、透水性好、水量大、运动快、水质好；反之，则含水层孔隙小、透水

15、性差、运动慢、水量小、水质也差。孔隙水由于埋藏条件不同，可形成上层滞水、潜水和承压水，即分别称为孔隙一上层滞水、孔隙一潜水和孔隙一承压水。2、裂隙水埋藏在基岩裂隙中的地下水称为裂隙水。它主要分布在松散覆盖层下面的基中。裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性。按成因，岩石的裂隙可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型。相应地裂隙水也分为以下三种：（1）风化裂隙水它是赋存在风化裂隙中的水。风化裂隙是由岩石风化作用形成的。具特点是分布于基岩的表面，无一定方向，延伸短，常构成彼此连通的裂隙体系。风化裂隙水绝大部分为潜水，具有统一的水面，多出露于基岩的表层，具下新鲜的基岩为含水层的下限。此种水

16、的补给来源主要为大气降水。因此，在气候潮湿多雨地区和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富。（2）成岩裂隙水它是赋存在成岩裂隙中的地下水。成岩裂隙为在形成岩石的过程中产生的，一般常见于岩浆岩中，这类裂隙在水平或垂直方向上，都较均匀，也不固定层位，彼此互相连通。喷出岩中的成岩裂隙常呈柱状分布，当其出露地表接受大气降水补给时形成层状潜水，它与风化裂隙中的潜水相似。侵入岩中的裂隙，在其与围岩接触的地方特别发育，常常形成富水带。成岩裂隙中的地下水，其水量有时可能很大，在疏干和利用时，均不可忽视。（3）构造裂隙水它是存在构造裂隙中的地下水。由于构造裂隙较复杂，构造裂隙水的变化也较大，常又分为层状裂隙水和脉状裂隙

17、水两种。层状裂隙水：它埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理中。此种裂隙水可以形成互相连通的含水层，具有统一的水面，可视为潜水含水层。当其上部为新的沉积层覆盖时，则可形成层状裂隙承压水。脉状裂隙水：它常存在于断层破碎带中，呈承压水性质。在地形低洼处，常沿断层带以泉的形式排泄，其突水性决定于断层性质。压性断层的突水性差，张性断层的突水性强。当断层破碎带规模大、透水性强、补给水源充足时，就可能形成涌水量大而稳定的突水带，给巷道掘进或使用造成威胁，因此应予以足够的重视。3、岩溶水岩溶是发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用和现象的总称，又常称为“喀斯特”。这种地质作用包括地下水的溶蚀作用和冲蚀作用。产

18、生的地质现象，就是由这两种作用所形成的各种溶洞和溶蚀地形。埋藏于溶洞中的重力水，称为岩溶水，或称为喀斯特水，亦称溶洞水。岩溶的发育必须具备的条件是：有透水的可溶性岩层（灰岩、石膏、盐岩及白云岩）存在；运动于可溶性岩层中的水具有侵蚀性，且水总是不停地流动。岩石的溶解度越大，透水性越好，水的侵蚀性越大，水的交替越强烈，则岩溶也越发育。在岩溶化岩石中的地下水，可以是潜水，也可以是承压水。一般在裸露的石灰岩分布区的岩溶水，主要是潜水；当岩溶化岩层为其他岩层所覆盖时，岩溶一潜水可能转变为岩溶一承压水。岩溶的发育特点也决定了岩溶水的特征。其主要特点是：岩溶水水量大，运动快，在垂直和水平方向上都具有分布不均

19、匀的特征；岩溶溶洞较其他岩石中的孔隙、裂隙大得多，降水易渗入，几乎全部岩溶水渗入地下；岩溶溶洞不但迅速接受降水渗入，而且岩溶水在溶洞或暗河中流动很快，年水位差有时可达数十米；岩溶水埋藏很深，在高峻的岩溶山区常缺少地下水露头，甚至地表也没水，造成缺水现象；大量岩溶水都以地下径流的形式流向低处，在谷地与非岩溶化岩层接触处，以成群的泉水出露地表。二、巷道涌水水源分析（一）巷道围岩空隙中的地下水有些岩层本身有较大的空隙，其内充满了地下水，这些水在开挖巷道时可以直接流入巷道，成为涌水水源。有些巷道本身并不含水，但由于邻近的围岩具有较大的空隙及含有地下水，当空隙与巷道相通时，也成为涌水的水源。根据含水空隙

20、的性质，这些地下水可以是孔隙水、裂隙水或岩溶水（溶洞水）。1、孔隙水水源孔隙水存在于松散岩层的孔隙中，当开采松散沉积层中的矿产或开采接近松散沉积层的矿产时，常遇到这种水源。如我国开滦煤矿，曾受冲积层水的补给而发生过突水事故。2、裂隙水水源巷道揭露含有裂隙水的围岩时，裂隙水便涌入巷道，造成充水，它和岩溶水相比，涌水量较小。根据我国资料，这类巷道涌水量一般不会太大。如果裂隙水和其他水源无联系，多数这类巷道的涌水量可逐渐减少，甚至干涸；当裂隙水和其他水源有联系时，由于裂隙水水压较大则会造成突水事故。3、岩溶水水源华北有不少矿区为石炭二叠纪地层，厚达600800m不整合于强含水的奥陶纪岩溶化灰岩之上。

21、有的矿井在历史上曾发生过多次突水事故，根据分析，这些突水水源都是来自奥陶纪灰岩含水层中的岩溶水。岩溶水源突水的特点：一般水量大，水压高，来势猛，涌水量稳定，不易排干，且危害性大。岩溶水的突水规律受岩溶发育规律的控制。（二）地表水水源开采位于海、河、湖泊和水库等地表水体影响范围内的矿产时，在适当条件下这些水便能流入巷道，成为巷道充水或淹井的水源。地表多数季节性河流，当在旱季时地表虽断流，但冲积层下地下水仍然存在，可起到补给地下水的作用。因此，研究地表水水源时，一定要注意研究地表水体与巷道之间的地层和构造条件，以及采用的开采方法。地表水造成巷道充水的特点有以下几点：1、巷道距地表水体越近，充水越严

22、重，巷道涌水量也越大。2、当常年存在的水体为涌水水源时，水体越大，巷道涌水量越大，且稳定，当淹井时，不易恢复；而季节性的水体为涌水水源时，对巷道涌水量的影响程度随季节性变化。3、水体所处地层的透水性强弱，直接影响巷道涌水量的大小。地层透水性强，则巷道涌水量大；反之，则小。当有断裂带沟通时，则易发生灾害性的突水。4、不适当的开采方法，如跨落法造成人为的裂隙，可增加沟通地表水渗入井下的通道，从而增加涌水量。（三）大气降水的渗入大气降水的渗入，是多数矿区涌水的经常补给水源之一。当开采低洼处且埋藏较浅的矿产时，大气降水往往是巷道涌水的主要来源；当开采高于河谷处（分水岭附近）地表的矿产时，大气降水往往是

23、惟一的水源。降水渗入量的大小，与各地区的气候、地形、岩性、构造等因素有关。当大气降水成为巷道水源时，有以下规律：1、巷道涌水的程度与地区降水大小、降水的性质、强度和延续时间有关。降水量和长时间降水对渗入有利，因此巷道涌水量也大。2、涌水量随气候有明显的季节性变化，但涌水量出现高峰的时间则往往后延。一般雨后48h涌水量才能出现高峰。3、大气降水渗入量随巷道深度增加而减少。在同一巷道的不同深度，降水时其涌水量的影响程度相差很大。（四）老窑及淹没井巷的积水大部分较老的矿区都分布有古代小煤窑和现代停止排水的旧巷道，当地下工程接近它们时，其内积水便会成为突水的水源。这种水源突水的特点是：短时间内可有大量

24、水涌入巷道，来势猛，具有很大的破坏性；水中含有硫酸根离子，具有很强的腐蚀性，破坏巷道中的设备；当老空水与其他水源无联系时短期内可疏干，当老空水与其他水源有水力联系时，则可造成大量而稳定的涌水，危害性极大。三、巷道涌水通道分析根据巷道涌水的类型，可把涌水通道分为孔隙、裂隙、溶洞和人工通道四种。（一）岩石的孔隙这种通道常存在于疏松未胶结成岩的岩石中，具透水性能取决于孔隙大小和形态。当巷道穿过时，岩石孔隙大则其涌水量也大。涌水量的大小，可根据孔隙的大小和形状的不同而发生变化。单纯的孔隙水，只有在巷道的围岩是大颗粒的松散沉积岩层及有固定的补给水源时，或围岩本身是饱水的流砂时，才能引起突水，造成流砂的冲

25、溃事故。（二）岩石的裂隙岩石的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙等都能构成巷道涌水通道。其中，风化裂隙及成岩裂隙所含水量一般不大，当它们与其他水源联通时，可使巷道充水。对巷道涌水具有严重威胁的是构造裂隙（断裂），它包括各种节理、断层和巨大的断裂破碎带等，是形成涌水、突水的主要通道。节理，尤其是张性节理是充水最有利的通道。在一般情况下，脆性岩石较柔性岩石的节理发育，且有更多的张性裂隙，裂隙的宽度也较大；柔性岩石中的裂隙大多是闭合的，且细小，其透水性较差，当多组裂隙互相沟通时可形成巷道充水的良好通道。断层是构造裂隙中易造成灾害性事故的进水通道。根据断裂带的水文地质特征，可分为隔水断层和透水断层两类。隔水

26、断层主要是由压应力及部分扭应力形成的断层，后经充填胶结而成。由于致密，不仅断层带本身不含水，而且还可切断某些含水层，使含水层在断层两侧具有不同的水文地质特征。一般来说，这类断层在保持其隔水性能的条件下，对分区疏干可起有利的作用。透水断层，多数是张性和张扭性断层，少数是压扭性断层。当它们与其他水源有联系时，这种断层可造成突水，突水时水量大而稳定，不易恢复；当它们与其他水源无联系时，其内水储量有限，这种断层突水时开始水量较大，以后逐渐减小，甚至干涸。岩石中的构造裂隙比较复杂，应掌握它们的透水规律，这对分析充水来源、预测突水等具有实际意义。（三）岩石的溶隙岩石的溶隙是指可溶性的碳酸盐类岩石被溶蚀而形成。它可以是细小的溶孔直到巨大的溶洞，彼此可以连通，也可以形成单独的管道，其内可储存大量的水或沟通其他水源，当巷道接近和揭露它们时，易造成灾害性的冲溃。可溶性岩石在我国分布广泛，因而使岩溶溶隙成为巷道充水的主要通道。根据溶隙发育规律，即可了解巷道充水通道的规律。所以，在分析巷道充水通道之前应首先研究岩溶的发育规律。1、溶隙主要分布在质纯的可溶岩地段可溶性岩石的性质是溶隙发育的内在因素，因此岩溶发育的强弱