矿井注浆堵水技术

矿井注浆堵水技术 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～[换行]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[换行]（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[换行]）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，