陳丹

摘 要：礦井防治水是保障礦井安全建設(shè)和生產(chǎn)的重要手段。防治水方法主要有：注漿法和凍結(jié)法，這兩種方法都屬于井筒特殊施工法，本篇主要介紹注漿法。

關(guān)鍵詞：礦井；防治水；注漿；礦井建設(shè)

中圖分類號(hào)：TD74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0182-02

1 注漿的定義

注漿堵水是指將注漿材料制成漿液，壓人地下預(yù)定位置，使其擴(kuò)張固結(jié)、硬化，起到堵水截流，加固巖層和消除水患的作用。從定義中就可以看出注漿的目的即是為了堵水，為了保障在礦井建設(shè)和生產(chǎn)中安全生產(chǎn)。

2 注漿的分類

按照注漿的流程和方式等，注漿可以分為：地面預(yù)注漿、工作面注漿、壁后注漿。采用何種方法注漿要根據(jù)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、工程工期、所采用的設(shè)備能力和經(jīng)濟(jì)合理性等因素決定。

2.1 地面預(yù)注漿

即在井筒建設(shè)前預(yù)先參照水文地質(zhì)資料從地面布置注漿孔進(jìn)行注漿，以此形成以井筒中心為半徑的圓形（理想形狀）隔水帷幕，達(dá)到永久堵水的目的，保障礦井建設(shè)和生產(chǎn)的安全。當(dāng)含水層且層間距不大時(shí)，宜采用地面預(yù)注漿，但因其鉆孔深度大、孔斜控制要求高、對(duì)注漿設(shè)備和技術(shù)要求高，用此法注漿時(shí)工程費(fèi)用較高。

（1）當(dāng)分段進(jìn)行注漿時(shí)，可采用上行式注漿、下行式注漿或上行與下行混合式注漿。注漿施工一般有以下兩種施工方案：1）全直孔方案：此方案以井筒中心為半徑的圈徑上布置注漿孔施工即可。一般不與凍結(jié)、鑿井平行作業(yè)時(shí)采用此方案。直孔施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用較低，風(fēng)險(xiǎn)較小，安全可靠。2）直孔—S孔方案：此方案內(nèi)圈為直孔，外圈為S孔，在施工時(shí)先施工內(nèi)圈直孔，施工完畢后把施工場(chǎng)地閑置出留給凍結(jié)和鑿井單位，再施工外圈S孔。一般與凍結(jié)、鑿井平行作業(yè)時(shí)，采用此方案施工。與凍結(jié)、鑿井可平行作業(yè)，縮短建井工期。但S定向孔施工較復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)多，施工費(fèi)用較高，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。隨著我國(guó)定向技術(shù)的發(fā)展，在施工中采用隨鉆定向、無線定向、陀螺儀定向及螺桿鉆具糾斜等技術(shù)，一般均能達(dá)到定向施工要求。

（2）注漿孔的要求。1）預(yù)注漿孔的數(shù)量一般為3—8個(gè)。2）孔位距井筒荒徑應(yīng)大于1米，鉆孔應(yīng)在相同的注漿深度內(nèi)呈相對(duì)均勻分布狀態(tài)。3）注漿孔的深度應(yīng)超過所注含水層底板以下10米，當(dāng)井筒底部位于含水層時(shí)，終孔的深度應(yīng)超過井筒底部10米。4）注漿鉆孔每隔40米應(yīng)測(cè)斜1次，鉆孔的偏斜率不應(yīng)大于0.5%，注漿鉆孔的落點(diǎn)在相同的注漿深度。5）注漿孔與凍結(jié)孔的最小距離應(yīng)大于6米。6）需凍結(jié)段與注漿段交叉共同封水時(shí)，其交叉段長(zhǎng)度要大于15米。7）需直孔注漿段與S孔交叉段共同封水時(shí)，其注漿封水交叉段長(zhǎng)度要大于10米。

（3）注漿段高的劃分。

如表1。

（4）地面預(yù)注漿準(zhǔn)備工作。1）注漿孔鉆成后，應(yīng)用清水沖孔，并應(yīng)直至返清水為止，當(dāng)裂隙小且沖孔效果不好時(shí)，應(yīng)采用抽水洗孔。2）整個(gè)注漿管路系統(tǒng)壓水試驗(yàn)的壓力宜為注漿終壓的1.2倍～1.5倍，試壓的持續(xù)時(shí)間要不少于15min。3）對(duì)鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，應(yīng)檢查止?jié){塞的密封效果和測(cè)量鉆孔的吸水量，并應(yīng)作為確定漿液品種、配比或濃度、泵壓、泵量的依據(jù)。4）正常注漿段壓水時(shí)間宜為10min～20min；復(fù)注注漿段壓水時(shí)間宜為20min～30min；流量應(yīng)由小逐漸增大，應(yīng)選擇2個(gè)～3個(gè)壓力值的流量，每個(gè)壓力值壓水時(shí)間不應(yīng)少于10min。

（5）地面預(yù)注漿終壓值。1）巖帽段注漿終壓值應(yīng)大于靜水壓力值的1.5倍。2）注漿段水泥和水泥-水玻璃漿液的注漿終壓值應(yīng)為靜水壓力值的2倍-4倍。3）注漿段黏土-水泥漿注漿終壓值：對(duì)孔深小于或等于400m的注漿段終壓值，應(yīng)為靜水壓力值的2.5倍～3倍；對(duì)孔深大于400m的注漿段終壓值，應(yīng)為靜水壓力值的2倍～2.5倍。

（6）地面預(yù)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。1）單液水泥漿：當(dāng)終量為50L/min～100L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí)，繼續(xù)以同樣壓力注入較稀的漿液20～30min后，即可結(jié)束該段的注漿工作。2）粘土-水泥漿：當(dāng)終量小于250L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí)，經(jīng)穩(wěn)定20～30min后，即可結(jié)束該段的注漿工作。3）水泥-水玻璃漿：當(dāng)終量為100L/min～120L/min及注漿壓力達(dá)到終壓時(shí)，經(jīng)穩(wěn)定20～30min后，即可結(jié)束該段的注漿工作。

2.2 工作面注漿

一般指掌子面注漿，即對(duì)開挖面前方土體進(jìn)行注漿加固。當(dāng)井筒穿過的基巖含水層賦存較深，或含水層間距較大，中間又良好隔水層，宜采用工作面注漿法施工。此注漿法較為節(jié)省鉆孔工程量和工程工期。工作面注漿可分為工作面預(yù)注漿或工作面直接堵漏兩種方法。

2.2.1 注漿控制要點(diǎn)

（1）工作面預(yù)注漿的段高一般為30m～50m.

（2）直接堵漏注漿孔的深度應(yīng)始終超前掘進(jìn)進(jìn)尺2m以上。

（3）工作面預(yù)注漿的深度大于700m時(shí)，其注漿段黏土-水泥漿液終壓值應(yīng)為靜水壓力值的1.5倍～2倍，其他時(shí)候的終壓值與地面預(yù)注漿相同。

（4）直接堵漏注漿終壓值宜大于或等于靜水壓力的2倍～4倍。

2.2.2 工作面注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）工作面預(yù)注漿的注漿孔的注漿壓力達(dá)到終壓且注入量應(yīng)小于30L/min～40L/min。

（2）直接堵漏注漿時(shí)，各鉆孔的涌水已封堵、無噴水，且涌水量應(yīng)小于施工設(shè)計(jì)規(guī)定。

2.3 壁后注漿

指襯砌施工完畢后對(duì)襯砌和圍巖、初支和二襯之間的空隙進(jìn)行補(bǔ)充注漿，填充之間的空隙。當(dāng)井筒深度小于600m，涌水量超過6m3/h 、井筒深度大約600m，涌水量超過10m3/h 時(shí)宜采用壁后注漿。

2.3.1 壁后注漿控制要點(diǎn)

（1）注漿段壁后為沖擊層時(shí)，注漿孔的深度應(yīng)小于井壁厚度200mm；雙層井壁，注漿孔應(yīng)穿過內(nèi)層井壁進(jìn)入外層井壁，進(jìn)入外層井壁深度不應(yīng)大于100mm。endprint

（2）漏水的井壁段壁后為含水巖層時(shí)，注漿孔宜進(jìn)入巖層1m以上。

（3）壁后注漿的壓力值應(yīng)大于靜水壓力0.5Mpa～1.5 Mpa，在巖石裂隙中的注漿壓力可適當(dāng)提高。

（4）井筒進(jìn)行鉆孔注漿作業(yè)時(shí)，作業(yè)點(diǎn)下方不得有人。

2.3.2 壁后注漿的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）注漿孔的注漿壓力達(dá)到終壓。

（2）各鉆孔的涌水已封堵、無噴水，且涌水量應(yīng)小于施工設(shè)計(jì)規(guī)定。

3 注漿材料

（1）主要注漿材料選擇黏土、水泥、水玻璃，輔助添加劑選擇三乙醇胺、工業(yè)鹽等。注漿應(yīng)采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5；水玻璃模數(shù)應(yīng)為2.4～3.4，密度1.368×103kg/m3～1.465×103kg/m3；黏土塑性指數(shù)不應(yīng)小于10，粒徑不小于0.005mm的粘粒含量不應(yīng)低于25%，含砂量不應(yīng)大于5%，有機(jī)物含量不應(yīng)大于3%。

（2）注漿漿液分類：注漿漿液可分為單液水泥漿、水泥—水玻璃漿、黏土水泥漿、化學(xué)漿液，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)資料、水文資料以及實(shí)際施工情況來選擇漿液品種。

4 漿液注入量及注漿材料計(jì)算：

4.1 計(jì)算公式

Q=Aπ（R+r）2HnB/m

式中：Q— 漿液注入量（m3）；

A—漿液消耗系數(shù)（取1.2～1.5）；

R—漿液有效擴(kuò)散距離（m）；

r—注漿孔布置圈半徑（m）；

H—注漿段高（m）；

n—巖層平均裂隙率（%）；

B—漿液充填系數(shù)（取0.9～0.95）；

m--漿液結(jié)石率（取0.5～0.85）

4.2 計(jì)算方法

水泥：?jiǎn)我核酀{，固管段按水灰比0.6：1計(jì)算，1m3漿液需水泥1.10t，巖帽注漿段按0.75：1計(jì)算，1m3漿液需水泥0.95t，粘土水泥漿按1m3漿液需水泥200kg計(jì)算。

粘土：按所需粘土水泥漿體積30%計(jì)算，粘土密度取1.95t/m3。

水玻璃：按1m3粘土水泥漿需水玻璃30kg計(jì)算，水玻璃密度取1.4t/m3。

工業(yè)鹽和三乙醇胺：按單液水泥漿中水泥用量的0.5%和0.05%計(jì)算。endprint