地面预注浆堵水技术.pdf

第 1 8卷第 2期 1 9 9 7年4 胃 建 井 技 术 M 1 NF -,C 0NSr RU C T1 0N TEC HNo L 0GY Vo I ． 1 8 No ． 2 Ap r． 199 7 工程 技术 6 地 面 预 注 浆 堵 水 技 术 互 充州矿业 集团 公司 山束邹城市 摘要亮州矿区有 1 1 个 井筒采用地面预注浆堵水技术。 在工程设计和施．T - 中 总结 出少孔布置、 一孔多用、 防料、 纠偏、 橙软地层下止浆塞及控制浆液的经验 。 关 键 词 亘 J 毽 韭 ． 苎 圭 盘 丑 ， 扦 片 1 概 况 兖 州 矿 区 为全 隐蔽 型 石 炭 二叠 系煤 田， 主要含水层为第四系冲积层、 侏罗系红色砂 岩及 煤 系地 层 。第 四系 冲积 层厚 1 6 2 8 4 m， 含水 砂 层 多 ，水量 丰 富 ，最 大 涌水 量预计 可 达1 4 5 7 m ／ h 。 侏 罗 系红色砂 岩 最厚 达 7 9 5 m， 为紫 红色砂 岩 、 细 砂岩 及泥 岩互 层 ， 均 为泥 质 艘 结 ， 遇 水 松散 ， 最 大 涌水 量 预 计 可 达 2 6 6 9 m。 ／ h 。煤 系地层 主要含 水层 为 3层煤顶 底板 砂岩 ， 最大涌水量预计达 l 2 3 m ／ h ， 3 ， 8和 1 0 层灰岩晟大涌水量预计可达 1 5 4 m ／ h 。 1 9 7 6 ～l 9 8 3 年 ， 本矿区用地面预注浆法 共 治理 了 l 1 个 井筒 涌水 ， 注浆 最深 达 8 0 4 m， 凿井时井筒水量最小仅 1 ． 0 6 m。 ／ h ， 凿井平均 月进 度 由 1 2 ． 9 3 m 提 高 到 3 0 m 左 右 表 1 另 外 ， 通 过凿 井发 现 ， 在侏 罗 系混 质胶结 的红 色砂 岩中， 地面预注浆不仅封堵住 了井筒的 涌水 ， 而且提 高 了岩体 的密 实性 ， 起 到 了加 固 岩体的作用 。 自采用 地 面预 注 浆 技术 以来 ， 该技 术 有 了很大的发展。如采用高压少孔注浆工艺及 控制浆液扩散半径； 与科研院、 所合作研制成 Z G S 一 1型水力膨胀式单管止浆塞和声波探测 仪 } 为节 约 注浆 水 泥用 量 ， 于 l 9 8 5年研 究 试 验粘 土 水泥 浆液 。 2 地面预注浆工程设计的几个问题 2 ． 1注蔑 孔的 布置 注 浆 设 计 扩散 半 径 为 7 ～ 1 2 m， 通 常 取 8 m， 注浆孔圈径距 井筒荒径 1 ． 1 ～ 1 ． 6 m， 等 距 布置 3个孔 ， 最后 ， 按 3个 孔偏 斜情 况确 定 是否 补孔 。 井筒断面较大时， 注浆孔布置在净径内， 等距布置 3个孔 ， 同时要考虑注浆套管的偏 斜 率 ， 套 管 的偏 斜 率控 制在 l ‰～ 1 ． 5 g o 。 井筒与马头 门联接处处于富水层时， 采 用长 、 短轴等距布置 4个孔的方式 。 长轴布置 2个 孔 ， 平 行 于 马 头 门方 向 ； 短轴 布 置 2个 孔 ， 垂直于马头门方向， 杨村风井 即如此布置 附图 。 井 筒 开 凿 时 ， 井筒 及 马 头 门 联接 处 水 量 仅 1 ． 0 6 m ／ h 。施工马头门两佣平巷时， 在马 头门两侧各 1 9 m 范围内， 明显看到 l O 灰岩 裂隙被水泥浆充填 ， 从 1 9 m 以外 1 0 灰岩水 量 逐渐增 大 ， 2 5 m 处 水量增 加 到 1 5 4 m。 ／ h。 洼， 一强 ＼ ＼ 洼】 8 晶柏 ＼＼ l 幽 甜图杨村风井注浆孔布 置 维普资讯 第 2期 曹静 地 面预注浆 堵水技术 3 井 筒 净 径 ／ m 井筒棵度／ m 设计注浆起止舞度／ m 设计注浆圈径／ m 设计注浆孔戢／ 个 设计注浆孔开孔间眶／ r n 注浆工期 ／ 月 洼 东 泥量 每孔每米 注木泥量， t 每米井 筒注木泥量， t 打钻 及注浆 费用／ 万元 每米 井筒 打钻及 注浆 费用／ 元 注浆前植查孔木量／ ms h 井筒开凿实际水量／ m 一 h 堵木串／ 掘 砌 工 期 ／ 月 平 均 月 成 井 ／ m 8 ． 0 7 3 8． 9 1 3 5～ 5 O 0 7 ．5 6 ， 0 5 6 1 ． 7 l 3 5 ～ 5 8 0 9 69 3． 3 l5 2～ 7 0 0 内 圈 l O 外 圈 1 3 ． 5 9 45 ． 7 ． 2 5 l 5 4 2 1 5 ．6 O 1 ． 9 2 7 ． 6 9 l 9 2 ． 3 6 3 5 5 4 2 6 6 0 5 5 ． 4 9 8 ．O 0 l 9 ．8 O 3 5 ．0 2 6 ． O 3 3 0 8 2 l O ～ 0 ． 8 短 轴 1 0 长 轴 1 2 ． 5 4 ． 5 2 4 3 ． 8 l 8 0～ 2 5 l 3 短 轴 8 长 轴 1 2 往 饱店主井 注浆时 ． 井雇水平还丰最后确定 ， 因此注浆探班授有超过井 撵。 为节约打钻工程量 ， 应考虑一孔多用 。 本 此布置注浆孔时要兼顾冻结孔 的布置， 一般 矿区第四系地层均采用冻结法施工井筒 ， 因 可利用注浆 孔套 管段 下冻结测温管或 冻结 一 ～ ㈣ 。 ～ 。 ～ 补 “ Ⅲ 眦 0 蛐 ∞ 聃 朴 ∞ 盯 船 Ⅲ ∞ ∞ 蚰 维普资讯 4 建 井 技 术 1 9 9 7 年第 1 8卷 管。 如杨村副井 4个注浆孔 ， 其中 2个注浆孔 套 管被 用作 下冻结 管 ， 另 2个 下测 温管 。． 为 加快施 工进 度 ， 提 高 劳动生 产率 ， 确定 地 面预 注浆 圈径时 ，要 考虑 可 同时 布置 3台 钻 机 ， 由 2台钻机 人员进 行施 工 。 2 ， 2注浆深 度 注浆 深 度一 般 应 超 过井 深 l O m， 但 在 井 底 以下 l O m 为 富含水 层 时 ， 应 有一 定 的安 全 距离 。如杨 村风井 在 l 0 富含 水层 以下有 1 层 l 4灰及 奥灰， 此 2层有水力联系 ； 为保证 安 全 ， 注浆 深 度 距 井底 距 离 适 当减 小 ， 改 为 7 ． 5 m， 增 大距 1 4灰距 离 。 2 ． 3 注 浆段 高与方 式 段 高 划 分主 要 考 虑岩 层 涌水 量 、 注 浆 泵 排量等因素。 根据充州矿区施工经验 ， 富水层 注浆段 高为 2 O ～ 3 0 m， 一般地 层 为 3 O ～5 0 m； 注浆 方 式 采 用分 段下 行 直 到 注浆 全 深 ， 然后 由 下 而 上 分 段 上 行 复 注 ， 其 段 高 为 8 0 ～ 1 O O m 。 2 ． 4 注策材料的选择 兖州矿区多采用水泥浆液 ， 在石灰岩裂 隙较 大时 ， 除采用 高浓度 水 泥浆液 外 ， 曾采用 膨 胀水 泥 ， 效 果较好 。为节约 水泥 ， 研究 试验 用 粘土 水泥 浆 ， 经 配方试 验 、 模 拟试 验和 工业 性 试验 ， 证实 该浆 液价廉 、 源广 、 性 能可靠 、 可 注 性好 、 无污 染 ， 现 已在全 国广 泛采 用 。 3 地面预注浆工程施工的几个 问题 3 ． 1 钻 孔 防斜及 纠偏 为保 证 注 浆质 量 ， 注浆 孔 全 孔平 均偏 斜 率 控 制 在 5 ‰ 以 内， 注 浆 套 管 部 分 偏 斜 率 控 制在 1 ． 5 ‰ 以内， 测点距为 l O m， 做到及时发 现 偏斜 ， 及时 纠偏 。 为 防斜应 做到 以下几 点 1 灰 土盘 地 基要 平 ， 钻 机 安装 要 平整 ， 特 别是 天 轮 中心 、 立 轴 中心 和 钻孔 中心 要 成 一 直 线 ； 2 主 杆 、 钻杆 、 岩 芯管 和 加 重 管均 要 垂 直 ， 岩 芯 管长度 应不 小于 4 m； 3 钻 进 时 立 轴 螺 丝 要 拧 紧 ， 给 压 要 均 匀 ， 换层 和 钻进倾 角 大的岩 层时 要减 压 钻进 ， 在扩 大钻孔 时要 使用 导 向钻具 。 纠偏时 要 采用加 重钻 具 ， 加 长岩 芯 管 ， 使 用无外 齿刃 钻 头 ， 必要 时采 用 自制纠 偏器 。 3 ． 2 松 软 地层 下止 浆塞 在松 软 地 层 下 止浆 塞 时 ， 应 注意 以下 几 点 1 小 径钻 ， 大径 扩 ， 保 证形 成变 径 台阶 ， 这样 易于下 住止浆 塞 ； 2 搭桥 ， 即在未 注浆段 以上 ， 先用 草 、 黄 泥 把孔塞 住 ， 后 灌注 水泥 浆 1 0 ～ 1 5 m， 养 护 7 ～ l o d ； 再用 7 4 mm 钻 头钻 开 ， 下 异径 止浆 塞 在水 泥 台上 ， 效果较 好 ； 3 合理选 择钻 头 ， 在松 软破 碎层段 先用 四翼 钻头 钻进 ， 后用 圆形 钻 头扩孔 ， 这 样进度 快 ， 孔 壁完 整 { 4 小段 高钻 进 ， 主 要是 缩 短 钻 进 时 间 ， 减 少钻 杆 惯性 力 破 坏孔 壁的 机会 ， 保 证 孔壁 完整 ； 5 将 三 爪 止 浆 塞 张 开 直 径 由 1 5 0 mm 改为 2 l O mm， 以增 加三 爪插入 孔壁 深 度 ； 6 在浅 井 注 浆 时 ， 可采 用 人 造孔 壁 ， 即 在 管 口用 压 盖 注 入 定 量 的 浓 水 泥 浆 液 ， 1 2 h 后 ， 下 8 9 ram 钻头 扫 孔 至 止 浆塞 位 置 ， 再 下 ≠ 1 0 8 mm 钻 头扩孔 到 下止浆 塞 位置 。 3 ． 3 注浆过 程 中应注 意 的 问题 1 严格 掌握 泵压 和泵 量 的变化 。 开 始时 泵 量 控 制 在 1 5 0 1 ／ mi n以 下 ， 压 力 由 小 到 大 慢 慢 上 升 。当 泵压 长期 不 上升 、 且 吸浆 量大 时 ， 应提 高浆 液浓 度 ， 使 泵压 逐渐 上 升 。当吸 浆量 减 少很 快 时 ， 要稀释 浆 液浓度 ， 以满 足扩 散 距离和 单位 注入 量 的要 求 。 2 把握好 提 钻 、 扫 孔和 复注 三者 时 间关 系 。 过早提 钻会 造成 孔 口返 浆 ， 过 晚会 提 不上 钻 杆 ， 通 常 在 注 浆 后 3 0 mi n提 钻 ； 扫孔 过 早 会把 浆液带 出孔外 ， 过 晚浆 液会 凝 固， 扫 孔时 钻孔偏斜 ， 通常在提钻后 曲 扫孔为宜 ； 复注 过早 会 因裂 隙 内的 浆 液结 石 体 强度 低 ， 被泵 维普资讯 第 2期 曹静 地面预 注浆堵水技术 5 的高压作用推动， 破坏其完整性， 过晚又影响 注浆进度 ， 通常定为 2 4 h后复注。 3 防 止注浆 L 内压 人 空气 ， 影 响浆 液 注 人量 。 当空气 压 人岩石裂 隙 后 ， 其体 积 随注浆 压力的增 高而减小 ， 空气存在于裂隙中将浆 液 隔开 ， 使裂 隙 中浆液 不能 连续 。提钻 杆时 ， 止 浆 塞 泄压 ， 裂隙 中空气 膨 胀恢 复 原来 的体 积 ， 将 初 凝 的浆 液 喷 出孔 外 ， 为此 一定要 将笼 头处 于浆 面以下 。 3 ． 4 岩 层 裂隙 阻力小 、 吸浆 量太 时采取 的措 施 1 问歇 注浆 ， 用 分次 升压 的办 法来 达到 终压 、 终量 的标 准 。 2 裂 隙较大 时， 采 用问 隙定量 注浆 。先 注入 设计 注入量 的 5 O ～6 O ， 待 2 4 h后 再 注入剩余浆量 ； 若仍不升压可再复注。 3 提高浆液浓 度， 通常采用 0 ． 8；1 ， O ． 6；1 ， 并加早强 外加 剂 。 4 缩短段高并加膨胀水泥， 利用其膨胀 性 能增 强充 填裂 隙效 果 4 地 面预 注浆新 技术 的应 用 4 ． 1 Z GS 一 1 型 水 力膨胀 式单 管止浆 塞 该止浆 塞是 由 1 根 中心管及 其可膨 胀 的 胶筒 外 壳 组成 ， 中心 管通 过 连 接锁 栓 与 花 兰 螺母 将外壳 莲成 ～体 。止浆 塞是 以液体 压力 使胶筒膨胀与孔壁贴紧， 提高对不规则井壁 的适 应性 。在东 滩矿 主 、 副井 使用 中， 该 止浆 塞下塞成功率达 7 8 ， 比常规用的三爪异径 止浆塞操作方便． 下塞成功率高， 提高了止浆 效 率 。 4 ． 2 D S C 一 1 型冻结壁 声波测厚仪 在 东 滩 矿 西 风 井首 次 应 用 D S C 一 1型 冻 结壁声波襁 5 厚仪测试注浆效果 ， 取得一 定的 效果 。 岩体 声 波测试 就是 向被测 岩体 发射一 定 频率的声波， 根据声波在岩体 中传播 的特征 来判 断岩体 结构 特性 。需 要 注浆 的地层 多 为 节 理发 育、 声波 传播 速 度小且 振幅 衰减较快 ， 注浆后 ， 裂隙中的水及其它物质被浆液 代替 变 成 较 为完 整 的 岩体 ， 所 以声 波 在 注浆 后 的 岩体 中传 播 的速度 随裂 隙 的减少 而提 高 。根 据注 浆前 后声波 对 比， 来 评价 注浆 效 果 。 注 浆 测 试结 果 与 实 际 开凿 情 况 对 比， 水 量 基本 相符 ， 不 足之 处是 只能 定性 不 能定 量 。 如 东滩 矿 西 风 井 测 试 套 管 以 下 1 4 8 ～ 2 3 5 m 及 2 6 8 ～3 1 8 m 段 的声速 提 高 了 1 3 ． 2 6 ～ 4 ． 6 8 ， 井 筒 开 凿 时 几 乎 无 水 ； 3 1 8 ～ 3 3 8 m 段声速提高 了 3 ． 2 4 ～0 ． 7 3 ， 井 筒开凿时 水 量 不 足 2 m。 ／ h； 3 3 8 ～, 1 0 0 m 段 声 速 提 高 呈 负值 ， 井 筒开 凿 时 4 0 0 m 以下 水 量 由 2 ． 2 m ／ h逐渐增 大 到 4 7 ． 3 m。 ／ h 。 4 ． 3 粘 土 水泥 浆液 4 ． 3 ． 1 浆液 组成 该 浆液 中粘 土 为 其主 要 成 分 ， 通 常 占浆 液 干料 的 7 O ； 另有水 泥、 水 玻璃 和水 。室 内 试验时其配方为粘土 水泥 一2 6 6】 质量 比 ； 干 料 水 一1 0 ． 7 5 质 量 比 ； 水 玻璃 浆 液 一I _ 5 ～2； 1 0 0 体积 比 工业 性 试验 时 配 方 为粘 土 水 泥 31 质量 比 ； 干 料 水 一 1 1 ． 6 质量比 ； 水玻璃 浆液1 ． 5 ～2； 1 0 0 体 积 比 。 4 ． 3 ． 2 浆液 的性能 1 塑性强度 。 是粘塑性体的极 限抗剪切 强度 ， 其 实测 结果 见 表 z 。 由表 2可见 ， 塑 性 强 度 在 最 初 几小 时内较 低 ， 这有 利 于 操 作 和 浆 液的 扩散 ； 随后 一 段 时 问 内塑 性 强 度 保 持 较快增长趋势 ， 其指标超过前苏联公布的数 值 。 表 2 塑性强度 实硼结 果 P a 2 粘度 。测 定结 果 与单 液 水 泥浆 相近 。 3 析水率 测定结果为 4 7 ～6 9 ， 明显低 于单 液水 泥浆 。 4 抗 渗性 。经 测 定 ， 渗透 系 数 为 1 1 8 6 ～2 ． 3 5 5 c m／ s ， 优于单 液 水泥浆 、铬素 浆液 和 维普资讯 第 1 8卷第 2期 1 9 9 7年1月 建 井 技 术 M I N E C0NS TRUCT1 0N TECHN0L0GY Vo I ． 1 8 No ． 2 Ap r ． 1 9 9 7 ． 一 3 毒 j 反井钻机在赵各庄矿的应用与钻孔塌孔防治 开 鲁 庄 矿 7 7 7 ／ ／ ／ 河 北 唐 山 市 摘要介绍 了L M 系列反井钻机在赵各庄矿 的应用情况及其相应的社会 、 经 济效益 ， 结合实例叙逮 了反井钻孔的塌孔现象及预防、 解次的办法。 关键词 垦立地 ， 防 治 彬 ； 鲁 矛 荔 乒 良 1 反井钻机的推广应用 I M 系列 反井钻 机是 由煤 炭 科学 研 究 总 院北 京 建井 研究所 设计 、 苏南煤 机 厂制 造 的。 I M一 1 2 0型 反 井 钻 机 于 1 9 8 6年 8月 在 我 矿 进 行 了工业 性试 验 ， 试 验 时 采用 泥浆 护壁 方 法较顺 利 地通 过 了 5 ． 8 m 厚 的瓦斯 突 出煤 层 和 我 矿 第 Ⅲ断层 破 碎 带 ， 完 成 了采 用 人 工普 通反 井 法无 法施 工 的工 程 ， 同时 对 瓦斯 突 出 煤 层也 进行 了解放 ， 保证 了刷孔 施 工 的安全 。 该 I M一 1 2 0型 反 井钻 机 于 1 9 8 7年 5月通 过 了技术 鉴定 。之后 ， 该 机继续 在我 矿使用 ， 先 后 在 我 矿 又 钻 反 井 8 次 ， 共 钻 进 深 度 7 5 0 ． 1 m； l 9 9 2年 我矿 又 购买 了 l台 I M一 2 0 0 型反井 钻机 ， 该机 在我 矿共 钻反井 2次， 钻进 深度 2 7 6 ． 3 m。 I M 系 列 反 井 钻 机 在 我 矿 共 钻 进 1 0 2 6 ． 4 m， 给 外单位 钻进 9 1 8 ． 3 m。采用 I M 系列反 井 钻机钻 进 的工程 类别 有 2 4 4 mm 的 泄 水孔 ， 有 ． 2 m， ． 4 m 的暗 立 井 反 井 ， 有 ≠ 1 ． 2 m， ． 4 m 的煤 仓 反 井 ， 有 ． 2 m， ． 4 m 的通 风孔 。反井 施 工工程 最浅 的 1 5 ． 8 m， 最 深 的 l 7 4 m， 所有钻 机 的偏斜 率均 达 到 了设计 要 求 ， 见表 1 。 2 反井钻机的社会 、 经济效益 I M 系 列 反 井 钻 机 在 我 矿 的 试 验 和 推 广 ， 经受 了较复 杂的施 工条 件 的考 验 ， 大大 降 低 了工 人 的 劳动 强 度 ， 彻 底 改 变 了人 工 施 工 反井 的恶 劣施工 条件 ， 保证 了安全施 工 。 同时 使 暗立井 的施 工 速 度提 高 1 ／ 3以 上 ， 对缓 解 矿井 的衔 接紧张 、保证 工程 进度 和施 工 安全 丙烯 酸类 ， 与聚 氨脂类 浆液 相 近。 5 耐 久性 将试件 缦泡 在水 中 l a多 ， 试 件无睁胀疏松及开裂等崩解现象。 4 ． 3 ． 3 工 业性试 验 研 究试 验 牯 土水 泥 浆 液时 ， 兖 州 矿 区无 立井施 工 ， 故选 在某金 矿 的平巷 中试验 ， 共 进 行 3次， 工 作 面 原 涌 水量 为 1 2 ～ 1 3 m。 ／ h， 经 注浆 ， 掘进 时剩余 水量 仅 0 ． 1 ～O ． 2 m。 ／ h 。 总之 ， 粘土 水泥浆 具有 良好 的可 注性 。 粘 稠性 好 ； 粘度 和 凝胶 时 间可 控 易调 ， 注浆时 吸 浆率 大且 分布均 匀 ； 要 求 注浆 压力 不 高 ； 扩 散 范围 达 4 ～5 m， 最远达 8 ． 9 5 m。 它是 一 种应 用 前景 广阔 的新型 注浆 堵水 材料 作者简舟曹静， 1 9 3 4年 5月生 ． 1 9 5 4年毕 业f西 北工学院采矿系 ． 高级工程师。曾参与犏 写 建井工程施工 手册 、 E 中国煤矿建井技 术 ； 、 立井 装备与井塔 架 施工 } 等书 ， 已发袁 2 0多 篇 论 文。 山 东省 郜 城 市 ． 邮政 犏 玛 2 73 50 O． 收 稿 日期l 9 9 6 1 0 3 O 维普资讯