注漿工藝

1、注漿工藝及應用,,一、 注漿設備,1）鉆機2）注漿機3）攪拌機4）止?jié){塞,,二 注漿工藝,3．注漿段高和注漿方式,4．注漿孔的鉆進,5．注漿參數(shù)的確定,6. 注漿效果檢查,,,,2. 注漿方案設計,1．注漿前的水文地質(zhì)調(diào)查,,,,1．注漿前的水文地質(zhì)調(diào)查,巖層的含水性、透水性，以及含水層的裂隙、巖溶發(fā)育程度等；含水層的埋藏條件、厚度、位置及其相互聯(lián)系；地下水的靜水壓力、流向、流速、化學成分，不同含水層、不同深度的涌水量

2、及滲透系數(shù)；附近有無溶洞、斷層、河流、湖泊及其與含水層的聯(lián)系。,,2．注漿方案設計,設計內(nèi)容一般包括：確定堵水范圍、注漿層段和部位注漿孔、觀測孔的數(shù)目及布置方式，注漿深度確定，注漿段劃分，注漿方式確定，注漿材料選擇和配方試驗要求，注漿參數(shù)確定和檢查評價方法，注漿設備選擇及注漿站布置，材料消耗量估算，設備和資金概算，勞動組織和工期安排，以及主要安全技術措施和操作規(guī)程等。,,3．注漿段高和注漿方式,注漿段高指一次注漿的長度。注漿工作可分

3、為分段注漿和全段注漿兩種.當注漿深度較大，穿過較多含水層，且裂隙大小不同，在一定的注漿壓力下，漿液的流動和擴散在大裂隙內(nèi)遠些，在小裂隙近些。同時，靜水壓力隨含水層埋藏深度增加而增加，在一定的注漿壓力下，上部巖層的裂隙進漿多，擴散遠，下部巖層的進漿少，擴散近，或幾乎不擴散。因此，為使?jié){液在各含水層擴散均勻，提高注漿質(zhì)量，應分段注漿。,,根據(jù)鉆進與注漿的相互關系，分段注漿又分為下行式和上行式注漿兩種方式。下行式注漿是指從地表鉆進含水層

4、，鉆進一段注一段，反復交替直至終孔。其優(yōu)點是上段注漿后下段高壓注漿時不致跑漿而引起地面破壞，同時上段可得到復注，注漿效果好。其缺點是鉆進與注漿交替進行，總鉆進工作量大，工期長。上行式注漿是指鉆進一次到終孔，然后使用止?jié){塞自下而上逐段注漿。其優(yōu)點是無須反復鉆進，可加快注漿速度，缺點是需要性能良好、工作可靠的止?jié){塞。在煤礦堵水中，由于裂隙，巖溶發(fā)育，一般采用下行注漿。,注漿段高與注漿目的與工程性質(zhì)有關，不同的工程其注漿段高不同。一般5～

5、10m，如受注層厚度小于10m，則不分段。,全段注漿是指注漿孔鉆進至終深，一次注全段，優(yōu)點是不需要反復交替鉆進、注漿、減少安裝及起拔止?jié){塞的工作量，從而縮短施工工期。缺點是由于注漿段高且大，不易保證注漿質(zhì)量，巖層吸漿量大時要求注漿設備能力大，所以一般只在含水層距地表近且厚度不大，裂隙較發(fā)育的巖層中采用全段注漿方式。,4．注漿孔的鉆進,1）注漿孔深度2）注漿孔結(jié)構(gòu)3）注漿孔的鉆進 4）注漿孔沖洗,,5．注漿參數(shù)的確定,1）擴散

6、半徑 2）注漿壓力3）漿液濃度4）漿液注入量 5）注漿結(jié)束標準 。,,,,1）擴散半徑,漿液在巖石裂隙中的擴散范圍，稱為擴散半徑。有效擴散范圍內(nèi)漿液充塞、水化后的結(jié)石體能有效地封堵涌水。由于巖石的滲透性和裂隙發(fā)育的不均勻，致使?jié){液的擴散半徑極不規(guī)則，所以在注漿前應進行試驗，以取得布置注漿孔孔距的可靠依據(jù)。漿液的擴散半徑隨巖層滲透系數(shù)、注漿壓力、注入時間的增加而增加，隨漿液濃度和粘度的增加而減小。在施工中可通過調(diào)節(jié)漿液濃度、

7、注漿壓力和注漿量等參數(shù)，取得即能滿足工程需要又能降低漿液消耗量的合理擴散半徑。,,2）注漿壓力,影響注漿壓力的因素很多，既有地質(zhì)條件方面的，又有注漿方法與漿液濃度方面的，目前還沒有一套完整準確的方法計算注漿壓力的大小。比較合理的方法是通過注漿現(xiàn)場試驗來確定，也可用下列經(jīng)驗公式計算：P=(2-2.5)P1 式中 P— 最大允許注漿壓力，Mpa； P1—注漿段地下水靜水壓力，Mpa。,,3）漿液濃度,

8、采用水泥注漿時，所用的漿液濃度既取決于裂隙的大小，又取決于水泥漿及其附加劑的性質(zhì)及注漿壓力的高低。裂隙越大，采用的漿液越濃。由于在一個注漿段中含有多種不同寬度的裂隙，所以注漿過程中漿液的濃度有變化，原則是先稀后濃，用不同濃度的漿液分別去適應各種不同寬度的裂隙。,起始濃度通常是按巖層的吸水率q確定的。吸水率q為單位長度的注漿段在單位壓力作用下單位時間的吸水量，可在注漿前通過鉆孔壓水試驗求得。即 q =Q / （H

9、·h）式中 Q—單位時間內(nèi)試驗段在恒壓下的吸水量， L/（min.m.m）； H—壓水試驗段的水頭，m； h—壓水試驗段長度，m。由上式計算出鉆孔吸水率后，再參考下表選擇漿液濃度。,（1）起始濃度確定,鉆孔吸水率和漿液濃度關系表,注漿開始，首先使用起始濃度，然后由稀逐級加濃。濃度變更的原則為：①采用某一濃度漿液注漿時，注漿壓力保持不變

10、，吸漿量隨注漿過程的延續(xù)而逐漸變小；或吸漿量不變，壓力逐漸升高，表明注漿過程正常，不需改變漿液濃度。②采用某一濃度注漿持續(xù)了一定時間（一般20min～30min）或注入300L-600L漿液之后，注漿壓力和吸漿量均無變化，或變化很小時，漿液應加濃一級。③改變漿液濃度后，若壓力突然升高或注漿量突然減少，說明漿液濃度不合適，應變回到原來的濃度。④遇冒漿、大裂隙或大溶洞時，可越級加濃漿液，或在漿液中加摻合劑、速凝劑及采取間歇注漿等措施。

11、,,（2）漿液濃度的控制,4）漿液注入量,漿液注入量與巖層中孔隙、裂隙或巖溶的發(fā)育程度有關，可根據(jù)擴散半徑及裂隙率進行粗略計算，其公式為 式中 Q—漿液注入量，m³； —漿液擴散半徑，m； Η—注漿段長度，m； n —裂隙率（一般取n=1%-5%）； —漿液在裂隙內(nèi)的有效充填系數(shù)（一般取0.3-0.9，視巖性而定）,5）注漿結(jié)束標準,注漿結(jié)束

12、標準一般是用最終吸漿量（即漿液注至最后的允許吸漿量）和達到設計壓力（即終壓）時的持續(xù)時間等兩個指標來衡量。一般認為，注漿終壓達到設計要求，吸漿量小于20L/min～60L/min，穩(wěn)定20min～30min，即可認為達到結(jié)束標準。,,6)注漿效果檢查,,,,,,,,,分析法,分析法是通過對注漿施工中所收集的參數(shù)信息進行合理的整合，采取分析、比對等方式，對注漿效果進行定性、定量化評價。分析法具有快速、直接的特點，通過分析法可以

13、較為可靠地進行注漿效果評價。,(1) P-Q-t 曲線法,P-Q-t 曲線法是通過對注漿施工中所記錄的注漿壓力 P、注漿速度 Q 進行 P-t，Q-t 曲線繪制，根據(jù)地質(zhì)特征、注漿機制、設備性能、注漿參數(shù)等對P-Q-t 曲線進行分析，從而對注漿效果進行評判。對于一般注漿工程，不必采取鉆孔取芯，基本上都可以采用 P-Q-t 曲線法對注漿效果進行十分有效的評判。,(2)注漿量分布特征法,注漿量分布特征法分為注漿量分布時間效應法和注漿量分布

14、空間效應法兩種。注漿量分布時間效應法是通過將各注漿孔注漿量按注漿順序進行排列，繪制注漿量分布時間效應直方圖，根據(jù)注漿量分布時間效應圖，對注漿效果進行宏觀評價。 注漿量分布空間效應法是通過將各注漿孔注漿量按注漿孔位置繪制注漿量分布空間效應圖，根據(jù)注漿量分布空間效應圖，對注漿效果進行宏觀評價。,,(3) 涌水量對比法,(4) 漿液填充率反算法通過統(tǒng)計總注漿量，可采用下式反算出漿液填充率，根據(jù)漿液填充率評定注漿效果，即式中：∑Q為

15、總注漿量(m3)， V 為加固體體積(m3)， n 為地層孔隙率或裂隙度， α 為漿液填充率， β 為漿液損失率。,檢查孔法,檢查孔法是針對注漿要求較高的工程所采用的一種方法，該方法也是目前公認的最為可靠的方法。檢查孔法是在注漿結(jié)束后，根據(jù)注漿量分布特征，以及注漿過程中所揭示的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特點，并結(jié)合對注漿 P-Q-t 曲線分析，對可能存在

16、的注漿薄弱環(huán)節(jié)設置檢查孔，通過對檢查孔觀察、取芯、注漿試驗、滲透系數(shù)測定，從而對注漿效果進行評價。一般來說，檢查孔數(shù)量宜為鉆孔數(shù)量的3%～5%，且不少于 3 個。注漿要求越高，檢查孔數(shù)量應越多。,開挖取樣法,開挖取樣法是在井巷開挖過程中，通過觀察注漿加固效果、對注漿機制進行分析、測試漿液固結(jié)體力學指標，從而對注漿效果進行有效評定，同時，開挖取樣法也為下一階段注漿設計與施工提供重要的價值。,變位推測法,變位推測法是通過監(jiān)測注漿前后，以及

17、施工過程中地下水位變化、地表沉降量變化等，分析評判注漿效果。 (1) 水位推測法： 通過監(jiān)測帷幕注漿圈外水位監(jiān)測孔的 水位變化，分析評判帷幕注漿效果。 (2) 變形推測法：通過監(jiān)測注漿前后，以及施工過程中被 保護體的沉降變形，分析評判注漿加固 效果。,物探法,黃宏偉利用

18、200 MHz高頻探地雷達對盾構(gòu)隧道壁后注漿效果進行了研究 ，結(jié)果顯示此種方法既可以滿足探測深度的要求，又可以清晰地反映管片及其背后的注漿和土體的情況。王水強等使用地質(zhì)雷達法和瑞雷面波法準確找到了需要注漿的位置，并且對注漿后漿液的分布情況進行了檢測。陳軍等使用地質(zhì)雷達法對某基坑維護工程注漿效果進行了檢測，對注漿后漿液的影響范圍、固結(jié)程度進行了分析。鄧凱斌利用地質(zhì)雷達、超聲電視、視頻電視和高密度彈性波CT等幾種無損檢測技術，對兩個國

19、家重點水利工程的防滲墻進行了檢測。,,吳圣林和丁陳建將高密度電法應用于檢測采空區(qū)注漿效果中，對飽水采空區(qū)注漿效果檢測非常有效結(jié)果顯示注漿達到了預期的效果。胡鵬利用高密度電法對地下高噴注漿工程進行了動態(tài)監(jiān)測研究。,使用地質(zhì)雷達方法檢測注漿效果的居多，電法應用較少。,應用局限于注漿效果的檢測中，缺少對注漿過程的跟蹤動態(tài)監(jiān)測。,應用高密度電法檢測注漿效果時，只使用視電阻率數(shù)據(jù)進行分析，缺少注漿過程中電位、電流等相關信息的分析。,（一）井筒巷

20、道預注漿 （二）井筒壁后注漿及巷道淋（涌）水的封堵（三）注漿恢復被淹礦井或采區(qū)（四）注漿帷幕截流（五）注漿改造薄層灰?guī)r含水層，確保工作面安全（六）防滲墻堵水技術,注漿堵水技術在煤礦防治水工作中的應用,,1．井筒預注漿井筒預注漿分為地面預注漿與工作面預注漿。前者是指在井筒開鑿前，從地面施工鉆孔，對含水層進行預先注漿；后者是當井筒掘進工作面接近含水層時，預留隔水巖柱（也可以在出水后打止水墊），向含水層施工鉆孔，進行預注漿。井筒

21、工作面預注漿與井筒地面預注漿相比較，優(yōu)點在于前者鉆探工程量少，節(jié)省管材，而且可使用輕便鉆機。由于鉆孔淺，易控制方向；孔徑小、孔數(shù)多，易與裂隙溝通，漿液易于控制，堵水效果好。缺點是工作面狹小，施工不便，且影響建井工期。地面預注漿的優(yōu)點是既可在井筒開工前進行，也可與井筒掘進平行作業(yè)，不占用建井工期。,（一）井筒巷道預注漿,,,,井筒淋水或巷道淋水都采用壁后注漿，即用風錘打透井（巷）壁，下好注漿管，待其與井壁固定固牢后，接管向壁后壓注漿液封水

22、。若井筒、巷道有較大涌水時，宜用水泥、水玻璃雙液漿臨時止水，待水止住后再延伸注漿鉆孔，進入含水層內(nèi)一定深度，壓入單液水泥漿，以保證長期使用中不致再度淋水。 如為個別較大的裂隙通道涌水，應向裂隙深部打鉆，進行專門封堵。具體做法是用較深鉆孔打透大的裂隙，插入注漿管進行引流疏水，用淺孔封好大裂隙口，并使注漿管固定，然后對引流孔加壓注漿封堵。,二）井筒壁后注漿及巷道淋（涌）水的封堵,1) 當?shù)V井或采區(qū)被淹后，注漿封閉突水點常是處理這類問題的有

23、效措施。例如，淹沒了40多年的山東淄博北大井，通過從地面施工鉆孔，注漿封閉了原先的突水點，后排水恢復，使礦井又獲得了新生；河南焦作馮營主井，當井筒掘至-120m時發(fā)生突然漏水，水量達210m3/h,井筒被淹后用注漿方法封閉了突水點，保證了井筒的順利施工。,（三）注漿恢復被淹礦井或采區(qū),,2) 礦井因突水被淹后，礦井水位與突水源天然水位相當時的注漿，稱為靜水注漿，如前述淄博北大井和焦作馮營主井的注漿。若突水后礦井局部淹沒，突水口處地下水位

24、低于突水水源的天然水位時的注漿，稱為動水注漿，如開灤范各莊特大型突水災害的注堵工程。動水注漿時，為增加水的流動阻力，減緩地下水流速，需先投入骨料（砂、礫石、壓縮木或其它特制品），然后注入速凝漿液，使之快速凝固，以避免漿流被高速水流稀釋或沖跑，達不到堵水效果?，F(xiàn)結(jié)合開灤范各莊礦注漿搶險實例加以說明。,對具有充沛補給水源的大水礦區(qū)，為減少礦井涌水量，可在礦區(qū)主要進水邊界或淺部垂直補給帶施工一定間距的鉆孔排，向孔內(nèi)注漿，形成連續(xù)的隔水帷幕，阻

25、截或減少地下水對礦區(qū)的影響，提高露天邊坡的穩(wěn)定性，防止礦井疏降排水引起的地面沉降或巖溶塌陷等環(huán)境問題，保護地下水資源。,（四）注漿帷幕截流,從理論上說，注漿帷幕在任何情況下都能采用，但從技術濟濟原則出發(fā)，帷幕線的選定應考慮：線的走向應與地下水流向垂直，線址應選擇在進水口寬度狹小、含水層結(jié)構(gòu)簡單、地形平坦的地段；帷幕線應盡可能設置在含水層埋藏淺、厚度薄、底板隔水層帷幕線兩端隔水邊界穩(wěn)定的地段；帷幕注漿段巖層的裂隙、巖溶發(fā)育且連通性好

26、，以保證注漿時具有較好的可灌性和漿液結(jié)石后能與圍巖結(jié)成一整體，帷幕線應選定在礦區(qū)開采影響范圍或露天開采場最終境界線以外。,注漿帷幕在國外礦山防治水工作中應用較廣，我國也在應用，并取得一定效果。如河南焦作演馬莊礦為減少上覆沖積層水對C3灰?guī)r（礦井主要充水巖層）的補給，在淺部沖積層與C3露頭相交處進行截流堵水，共施工鉆孔84個，孔距30m～50m，截流帷幕全長500m，注入黃土20519m3，石子114m3，水泥1103t。帷幕形成后，井

27、下水量減少79%，每年可節(jié)省排水費用56萬元。,（五）注漿改造薄層灰?guī)r含水層， 確保工作面安全,華北開采下組煤時，受奧陶紀灰?guī)r含水層的威脅。如肥城礦區(qū)主要含水層有7層，由于第四系底部有一層隔水性能良好的粘土層，故第四系含水層基本不與基巖含水層發(fā)生水力聯(lián)系，山西組砂巖、太原組一灰、二灰及大部分四灰含水層都可以直接疏干。肥城礦區(qū)從20多年的防治水生產(chǎn)實踐中得到如下認識：五灰水是直接威脅安全開采九、十煤層的主要含水層，但其厚

28、度僅10m左右，可以直接治理。奧灰水是間接威脅礦井安全的水源層，厚度大，富水性強，難以直接治理。,,因此，防治水的原則是：奧灰水以防為主，五灰水以治為主。對五灰水治理的方法是“疏堵結(jié)合，綜合治理”。具體地說，若五灰富水性較弱，但水壓高，采用疏水降壓的方法；若五灰富水性強，水壓高或底板存在變薄帶、構(gòu)造破碎帶、導水裂隙帶，疏水降壓采煤費用高，經(jīng)濟上不合理，浪費地下水資源時就對五灰進行注漿改造。,注漿改造的目的：變強含水層為弱含水層或隔水層，

29、增加隔水層的厚度；堵截奧灰水補給五灰的垂直通道；堵塞底板的導水裂隙，消除導高，強化底板。注漿改造的方法是在工作面的軌中巷打注漿孔，然后通過注漿孔向五灰灌注水泥漿或其它漿液。據(jù)統(tǒng)計，從1986年到1991年，肥城礦區(qū)注漿改造九、十煤層工作面23個，安全采出煤炭152.32萬t。此種方法在類似條件的礦區(qū)防治水工作中也有應用，具有推廣意義。,（六）防滲墻堵水技術,防滲墻是上世紀50年代開始興起的一種防水技術。它是用特殊的施工機具，沿工程線邊