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1、注浆技术在井筒施工中的运用,2013年4月25日,前 言,防治水工作是煤矿安全生产的一个重要环节，是一项极其复杂的牵涉多学科、多领域、多部门的系统工程，煤矿水害具有隐蔽性、复杂性的特点。煤矿防治水必须一靠技术，二靠管理，三靠工程来实施。本次讲座主要结合晋城公司煤矿实际，总结近两年来在井筒注浆堵水方面经验的基础上，简述井筒堵水有关规定、常用注浆工艺、主要材料性能、注浆参数等，并介绍超前注浆、壁后注浆技术在晋城公司煤矿井筒施工中的实践（注浆按照含水层揭露前后分为预注浆和壁后注浆），对取得的一些经验和教训进行分享，供兄弟单位参考。,主要内容,1 注浆堵水的有关规定,1.1煤矿安全规程,1 注浆堵水的
2、有关规定,第31条立井井筒穿过含水岩层或破碎带，采用地面或工作面预注浆法进行堵水或加固时，应遵守下列规定：(一)注浆施工前，必须编制注浆工程设计。(二)注浆段长度必须大于注浆的含水岩层的厚度，并深入不透水岩层或硬岩层510m。井底的设计位置在注浆的含水岩层内时，注浆深度必须大于井深10m。(三)地面预注浆的钻孔，每钻进40m必须测斜1次，钻孔偏斜率不得超过0.5%。(四)注浆前，必须进行注浆泵和输送管路系统的耐压试验。试验压力必须达到最大注浆压力的1.5倍，试验时间不得小于15min，无异常情况后，方可使用。(五)注浆过程中，注浆压力突然上升时，必须停止注浆泵运转，卸压后方可处理。,1.1煤矿
3、安全规程,1 注浆堵水的有关规定,(六)每次注浆后，应至少停歇30min，方可提拔止浆塞，以防高压浆顶出钻杆。(七)冬季注浆施工时，注浆站和地面输浆管路，必须采取防冻措施。(八)井筒工作面预注浆前，在注浆的含水岩层上方，必须按设计要求设置止浆岩帽或混凝土止浆垫。含水岩层厚度大，需采用分段注浆和掘砌时，对每一注浆段，必须按设计要求设置止浆岩帽或混凝土止浆垫。岩帽和混凝土止浆垫的结构形式和厚度应根据最大注浆压力、岩石性质和工作条件确定。混凝土止浆垫由井壁支承时，应对井壁强度进行验算。(九)孔口管必须按设计孔位埋设牢固，并安设高压阀门。注浆前，必须对止浆垫和孔口管进行耐压试验，试验压力必须大于注浆压
4、力1MPa。(十)钻注浆孔时，钻机必须安设牢固。取芯钻进时，应使用能够防止顶出钻具的钻头；无芯钻进时，可使用三翼钻头，以防承压水顶出钻具。,1.1煤矿安全规程,1 注浆堵水的有关规定,(十一)井内应设吊泵，及时排除井底积水。当钻进注浆孔时，如井筒涌水量接近吊泵额定排水能力，必须停止钻进，提取钻具，关闭高压阀门，及时注浆。(十二)注浆站设在地面时，井上、下必须有可靠的通信联系。(十三)制浆和注浆的工作人员，应佩戴防护眼镜和口罩，水泥搅拌房内应采取防尘措施。(十四)注浆结束后，必须检查注浆效果，合格后，方可开凿井筒。,1.1煤矿安全规程,1 注浆堵水的有关规定,第32条立井井筒漏水量每小时超过6m
5、3或漏水中含砂，采用井壁注浆堵水时，必须编制施工组织设计并遵守下列规定：(一)井壁必须有承受最大注浆压力的强度。(二)井筒在流砂层部位时，注浆孔深度必须小于井壁厚度200mm。井筒采用双层井壁支护时，注浆孔应穿过内壁进入外壁100mm。当井壁破裂必须采用破壁注浆时，必须制定专门措施。(三)注浆管必须固结在井壁中，并装有阀门。钻孔可能发生涌砂时，应采取套管法或其他安全措施。采用套管法注浆时，必须对套管的固结强度进行耐压试验，只有达到注浆终压力后，方可使用。(四)在罐笼顶上进行钻孔注浆作业时，必须安设工作盘和注浆管路安全阀，作业人员必须佩带保险带，并在井口设专职值班人员。,1.1煤矿安全规程,1
6、注浆堵水的有关规定,(五)井上、下都必须有可靠的通信设施，升降注浆作业吊盘或工作盘时，必须得到值班人员的允许。(六)井筒内进行钻孔注浆作业时，井底不得有人。注浆中必须观察井壁，发现问题必须停止作业，及时处理。(七)钻孔时应经常检查孔内涌水量和含砂量。涌水量较大或涌水中含砂时，必须停止钻进，及时注浆；钻孔中无水时，必须及时严密封孔。(八)注浆管露出井壁的管端与提升容器之间的间隙，必须符合本规程第三百八十七条的有关规定。,1.1煤矿安全规程,1 注浆堵水的有关规定,第275条：井筒穿过含水层段的井壁结构应当采用有效防水混凝土或设置隔水层。井筒淋水超过每小时6m3时，应当进行壁后注浆处理。,1.1煤
7、矿安全规程,第276条：井巷揭穿含水层、地质构造前，必须编制探放水和注浆设计。,1 注浆堵水的有关规定,第八十条 井筒预注浆应当符合下列规定：（一）当井筒预计穿过较厚裂隙含水层或者裂隙含水层较薄但层数较多时，可以选用地面预注浆；（二）在制定注浆方案前，施工井筒检查孔，以获取含水层的埋深、厚度、岩性及简易水文观测、抽（压）水试验、水质分析等资料；（三）注浆起始深度，确定在风化带以下较完整的岩层内。注浆终止深度，大于井筒要穿过的最下部含水层的埋深或者超过井筒深度10-20 m；（四）当含水层富水性较弱时，可以在井筒工作面直接注浆。,1.2煤矿防治水规定其中第六节注浆堵水的有关规定,1 注浆堵水的有
8、关规定,1.2煤矿防治水规定其中第六节注浆堵水的有关规定：第八十一条 注浆封堵突水点应当符合下列规定：（一）圈定突水点位置，分析突水点附近的地质构造，查明降压漏斗形态，分析突水前后水文观测孔和井、泉的动态变化，必要时需进行连通（示踪）试验；（二）探明突水补给水源的充沛程度或者来水含水层的富水性，以及突水通道的性质和大小等；（三）封堵突水点，注浆前，做连通试验和压（注）水试验；注浆前后，做好矿井排水对比分析；（四）编制注浆堵水方案，经煤矿企业总工程师组织审查同意后实施。,1.2煤矿防治水规定其中第六节注浆堵水的有关规定,1 注浆堵水的有关规定,1.3 煤矿井巷工程质量验收规范附录G 立井井筒、硐
9、室工程建成后总漏水量及防水标准：,1.3 煤矿井巷工程质量验收规范附录G,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,晋城地区地层发育较齐全，从老至新有太古界、元古界、古生界、中生界、新生界，以古生界和新生界地层为主，约占全区总面积的85%。按岩石地层单位划分原则可分为30个组，5个段。另于东北部一带发育极少量岩浆岩。本讲主要对晋城煤系地层以组为单位，对煤系地层厚度、岩性、含矿性等特征进行简述。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（1）太原组地层主要特征主要见于阳城、泽州、陵川、高平和城区境内，沁水境内也有少量分布。为一套由海相灰岩与砂岩、泥岩及
10、煤层等组成的多旋回沉积组合，下与本溪组整合接触。厚64129m，一般由西而东，厚度逐渐变厚，阳城、高平一带厚度一般80m左右，至陵川可达120m以上，如下图所示。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（1）太原组地层主要特征本组底部为砂岩或含砾石英砂岩，陵川棋子山一带为砾岩，其上发育812层煤层、58层（K1K6）含燧石生物碎屑灰岩及砂岩、泥岩。其中K2、K4和K5灰岩层位稳定，含丰富的蜓、腕足类化石等。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1
11、太原组(C3t)（1）太原组地层主要特征 本组赋存有煤、铁、铝、硫、粘土、煤层气等矿产。底部局部赋存有铁矿（陵川式），主要分布在陵川县张村、万章、椅掌等地。15号煤之下赋存有铝土矿，呈似层状、透镜状，分布较稳定，以泽州县衙道乡、南岭乡，阳城县驾岭乡、董封乡及高平市拥万乡、石末乡较发育。15号煤之下和15号煤中赋存硫铁矿层，呈似层状、透镜状、结核状，分布较稳定，阳城、泽州、陵川、高平、沁水和城区均有分布。含多层粘土矿层，呈似层状、透镜状，阳城、泽州、陵川、高平、沁水和城区均有分布。K2灰岩之下15号煤层（俗称臭煤）全区稳定可采，变化较小。K4灰岩之上9号煤（俗称半香煤）局部可采，在城区、泽州、高
12、平、阳城发育较好。本组含煤层气远景较好，受上覆盖层厚度、煤层顶底板透气性、构造等因素影响，煤层气含量由东到西由低变高，主要集中于阳城北、沁水一带。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（1）太原组地层主要特征太原组是区内主要含煤岩系，含多层标志层，可对比的主要标志层有：海相灰岩一般56层（K1K6），最多处（晋普山、白马寺、阳城町店、上黄崖等地）可达811层，砂岩标志层有3层（Ss-1Ss-3），辅助对比标志煤二层（15号、9号）。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（2）主要灰岩 K
13、2灰岩：称K2或L1灰岩，陵川附城老金沟剖面上又称“松窑沟灰岩”。属太原组下部，为太原组厚度最大，层位最稳定的一层海相含燧石条带生物碎屑灰岩，也是对比和寻找其下部的14号煤、15号煤的良好标志，厚1.610m，最大厚度可达20m，仅在阳城或沁水的局部地区因上部砂岩的冲刷而使其厚度明显变薄，甚至尖灭。其特点是由35个向上变薄的旋回性地层基本层序组成，层序厚1.53.7m，层序下部为灰色厚层状生物碎屑灰岩，其上为含燧石团块生物碎屑泥质灰岩，顶部为灰、紫色纸片状钙质页岩，含丰富的蜓、牙形刺、苔藓虫、珊瑚、介形类等动物化石。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太
14、原组(C3t)（2）主要灰岩 K4灰岩：K4或称L3灰岩，陵川附城老金沟剖面的“红矾沟灰岩”。为一层不太稳定的透镜状骨屑微晶灰岩、泥灰岩，厚01.25m，变化较大，下距Ls-2灰岩5m左右，局部可达15m，横向上可相变为黄色泥岩、钙质泥岩，其上则为较稳定的9号煤层，局部地区9号煤之上可见一层厚约2m左右的海相灰岩(K4上或称Ls-3上，或陵川剖面的“滩上洼灰岩”)。该灰岩标志层可与太原晋祠区的东大窑灰岩相对比。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（2）主要灰岩 K5灰岩：K5或称L4灰岩，即晋东南地区太原组上部的“附城灰岩”。此层分布较广
15、，层位稳定，厚度较大，一般25m左右，最大厚度晋普山一带达9.42m，灰岩特点是质纯，富含燧石层、蜓、牙形刺、珊瑚、介形类、腕足类等动物化石。陵川冶头一带局部可相变为泥灰岩或菱铁矿泥岩，个别地段沉积缺失，该灰岩可与太原晋祠区的舌形贝页岩相对比。（该地层是本区煤矿15#煤顶板主要的含水层）,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.1 太原组(C3t)（3）煤层9号煤：也称半香煤，位于k4灰岩之上，Ss-3砂岩之下的一层厚02.8m的煤层，区内较为稳定，平均厚1.4m，一般11.5m左右，局部可采，区内北部厚度较大，向南变薄。15号煤：晋东南俗称臭煤。位于本组下部，下
16、距平行不整合面510m，上距k2灰岩05m，厚0.14.79m，平均厚2.71m，为本区主要可采煤层，一般含15层夹矸，属复杂结构煤层。在本区内煤层由北向南逐渐变厚。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.1.2山西组(P1s)主要见于阳城、泽州、高平和城区境内，陵川西北和沁水南部也有分布。本组厚4.640m，厚度变化较大，一般10m左右，基本由西到东，厚度变厚，见图2-1柱状对比图。其下为灰、灰黑色中粗细粒岩屑石英砂岩或石英杂砂岩，其上为灰、灰黄色粉砂质页岩，局部为炭质页岩，横向上可被煤线所取代，该层页理发育。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文
17、地质条件,2.1.2山西组(P1s)主要煤层有：2号煤：位于二叠系下统山西组中下部，3号煤层位上部约20M左右，沁水西部3号煤层极不稳定，而往上的24个旋回沉积稳定，横向上变化不大，其沉积了稳定可采的2号煤层，煤层厚04.5m，平均厚3m。3号煤：赋存于本组下部，煤层结构简单，稳定，全区可采，厚08.3m，一般6m左右，除在泽州县、阳城南部煤层变薄分叉外，其余各县区变化较小，本区内基本呈东厚西薄之趋势。本组含煤层气远景较好，受上覆盖层厚度、煤层顶底板透气性、构造等因素影响，煤层气含量从东到西由低变高，主要集中于阳城北、沁水一带。,2.1 晋城区域煤系地层,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2
18、.2 区域水文地质,2.2.1区域水文地质单元情况 区域位于太行山脉南端西侧、沁水盆地的东南缘，晋(城)获(鹿)褶断带东侧。区域水文地质单元分为三姑泉域和延河泉域。三姑泉出露于泽州县晋庙铺镇三姑泉村丹河河谷,泉口出露标高302.33m，流量3.03.5m3/s。三姑泉域北起金泉山、色头一带，以丹河与浊漳河南源地表分水岭为界，与辛安泉域相邻；西北以丹河与沁河地表分水岭为界；西南以晋获断裂带白马寺断层为界，与延河泉域毗邻；南界以近东西向弧形褶断带地堑构造为界，自大箕三姑泉南石瓮一线为界；东至太行山麓隔水层隆起地带，从柳树口-夺火-黄金窑-马圈一带，与焦作泉域分界。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条
19、件,2.2 区域水文地质,2.2.1区域水文地质单元情况 延河泉出露于山西阳城县，自润城至五龙口，长达40km的沁河谷均有泉点出露，形成泉群排泄带，统称为延河泉。泉群出露标高380-485m，多年平均流量9.98m3/s，最大流量16.8 m3/s（1963），最小流量6.2 m3/s（1992），出露标高463.78m，泉水pH为7.56，水化学类型为HCO3SO4CaMg。泉域地势为四面高中间低，并向沁河倾斜。西部为太岳山和中条山，最高点为舜王坪，标高2322m，东部为中低山，标高1000m左右，泉域多年降水量612mm，最大年降水量852.3mm（1958）最小年降水量355.2mm（1
20、965）雨季多集中在6-8月，占全年降水量的60%以上。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.2 区域水文地质,东界：以大阳为界，南端以晋获褶断代F6为界，与地表分水岭一致，自石盘-五门-甘润一线，东临三姑泉域。北段为丹河与沁河分水量，地表出露主要为古生界碎屑岩，自南向北为感人-中村-神武山。西界：为阳城以西沁河与汾河分水岭，山区标高2100-2300m，由于断层落差致使西部前寒武系变质岩与东部寒武奥陶系含水层对接，成为相对阻水边界，自南向北由小河湾-中村-鹿台山。南界：以地表出露的太古界长城系与下寒武统馒头页岩为阻水边界。北界：以寒武奥陶系碳酸盐岩深埋500-1000m，为滞留边界（但构
21、造带例外）泉域面积2575km2，其中裸露可溶岩面积1357km2。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.2 区域水文地质,泉水补给方式：东部大面积裸露可溶岩区降水入渗补给；西部砂岩区地表径流线状渗露补给。延河泉域岩溶地下水补给来源有三：1降水入渗，2河流和水库渗漏，3碎屑岩裂隙水侧向入渗补给。在泉域东、南、西、三面碳酸盐岩裸露面积1357km2，岩溶雷系发育，降水量大，灰岩区入渗系数为0.329，总部计量为6.44 m3/s，在析城山、上川等岩溶洼地，落水洞发育，降雨除蒸发外，几乎全部入渗，然后又以泉水形式在低凹地带排泄。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.2 区域水文地质,根据地
22、质构造、地形、地貌和岩溶水地下水位等高线图可以看出，泉域岩溶水从四面向润城-延河段集中汇集，东北部地下水自北东向南西方向流动。东部在川底至郭峪一带有东西向分水岭，北部流向下河泉组，南部流向延河泉组。北部及西北部补给量小，西部阳城一带和苏村一带为强径流带，南部为碳酸盐岩山区，地形陡峭为地下水补给来源，北部流向下河泉组，南部流向延河泉组。总之，泉域地势周边高中间低，周边水力坡度大，中间水力坡度小的半封闭型汇水盆地。泉域地下水排泄主要受地质构造控制，同时还受岩溶发育程度和地下水侵蚀排泄基准面控制。沁河干流是泉域最低排泄点，岩溶水在润城至小涧村一带以泉形式排泄入沁河。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条
23、件,2.2 区域水文地质,2.2.2 区域含水层情况区域内主要地下水(按含水介质分)有：松散岩类含水岩组、碎屑岩类含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐类含水岩组、碳酸盐类含水岩组。（1）松散岩类含水岩组指第四系（Q）松散沉积物含水岩组，由亚砂土夹细砂或卵石组成。地下水埋藏类型以潜水为主，含水层厚度不大，水位埋深一般较浅，富水性差异较大，受大气降水影响，季节性变化大，一般富水期在79月份，水质类型为HCO3SO4Ca型水，水质较差。该含水岩组地下水主要接受大气降水及煤矿排水补给，向河谷下游排泄或下渗补给其下基岩裂隙含水层。地下水水位、水量动态变化比较显著。（2）碎屑岩类含水岩组指二叠系（P）砂岩含水岩组，地
24、下水埋藏类型以潜水为主。主要接受大气降水补给，其富水性取决于裂隙发育程度，一般富水性较差。地下水位受地形影响因地而异。排泄方式主要为向下补给碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组或在地表有利部位以下降泉的形式排泄。水质类型为HCO3SO4K+Na型水，PH值为7.47.8，总硬度为56.16428.04mg/L。,2、晋城区域煤系地层、水文地质条件,2.2 区域水文地质,（3）碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组 指石炭系太原（C3t）组砂岩及灰岩含水岩组，地下水埋藏类型为承压水。该含水岩组主要接受上部碎屑岩类裂隙水的补给，局部接受松散岩类孔隙水或大气降水的补给，其富水性决定于砂岩及灰岩的裂隙与岩溶发育程度，K5灰
25、岩为其中主要含水层。据已有煤矿资料，水质类型多为HCO3SO4CaMg型水，PH值为7.4，总硬度为122.76309.42mg/L。（4）碳酸盐岩类含水岩组 指奥陶系(O)碳酸盐岩含水岩组，为本区最主要的含水层，具有埋藏深，厚度大，承压水头较高的特点。主要接受裸露灰岩山区大气降水补给，其次为地表水及上部含水层地下水通过裂隙等向深部的渗漏补给，经径流区向三姑泉排泄。从区域水文地质条件来看，含水层岩溶裂隙较发育，富水性一般较好，水质良好，水质类型为HCO3-Ca型或HCO3SO4-CaMg型水，PH值为7.07.5左右，总硬度为162.6441.07mg/L。中奥陶统混合抽水单位涌水量一般为0.
26、655.0L/S.m，最大可达1523L/S.m。,3、主要注浆材料及性能,注浆材料是注浆技术中不可忽视的重要组成部分，注浆之所以能够对被注体起到堵水和加固的作用，主要是由于注浆材料在注浆进程中经过一段可人工控制的时间，生由液相到固相再到结石体充填被注体裂隙，并将松散块体联结成整体的结果。在注浆工程中所用的浆液是由主剂原材料、溶剂水或其它溶剂及各种外加剂混合而成，通常所说的注浆材料是指浆液中所使用的主剂。外加剂分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。,3.1 注浆材料分类,3、主要注浆材料及性能,3.1 注浆材料分类,3、主要注浆材料及性能,3.2.1 原材料原材料包括主剂和助剂，助剂可
27、根据它在浆液中的作用，分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。3.2.2 浆液是原材料用水或其他溶剂混合后所配制的液体，也是注浆时所用的材料。3.2.3 结石体 是浆液经过一定的化学或物理反应之后形成的固体，用于充填、堵塞地层中的裂隙或孔隙，达到堵水或加固目的。,3.2 注浆材料的组成,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 水泥浆是最常用的注浆液，注浆用的水泥多数为普通硅酸盐水泥（普通水泥）或矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）。普通硅酸盐水泥的密度为3.03.15g/cm3，通常采用3.1 g/cm3。水泥的细度是一个重要的物理性能指标，其颗粒越细，比表面积越大，水化反应速度越快，标准强度
28、越高。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.1 水泥浆的性能 纯水泥浆的基本性如下表：,3.3 主要浆液及性能,可以看出，随着水灰比的增大，水泥浆的粘度、密度、结石率、抗压强度等都有十分明显的降低，初凝、终凝进间逐渐延长。,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆3.3.1.2 单液水泥浆 单液水泥浆：为改善水泥浆的性质，以水泥为主，常在水泥浆中掺入各种外加剂，用水配置成浆液，称该浆液为单液水泥浆。常用的外加剂种类很多，主要有速凝剂、早强剂、减水剂、塑化剂、悬浮剂等。常加的外加剂有速凝剂和速凝早强剂，性能如下：,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆
29、材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.2 单液水泥浆（1）速凝剂 速凝剂是能够缩短水泥浆凝固时间的化学药剂。一般情况下，单液水泥浆还是采用古老的办法，即是在水泥浆中加入占水泥重量5%以下氯化钙或占水泥重量3%以下的水玻璃，其性能如表所示：,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆3.3.1.2 单液水泥浆（2）速凝早强剂 为了控制水泥浆的扩散范围，缩短注浆工程的时间和提高注浆堵水效果，加入速凝早强剂可以起到很好的效果。一般水泥的速凝早强剂是复合附加剂。它不仅能缩短水泥浆凝固时间，而且能提高水泥结石体早期强度，对注浆堵水具有较好的作用。下表所列为水泥浆的常用外加剂
30、及掺量,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.2 单液水泥浆 其它常用的外加剂和用量,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.3 水泥浆的配制配制水泥浆时，力求加料严格准确，顺序一定要在加水后，在搅拌的情况下方能加入水泥，待搅拌均匀后，再加入附加剂。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.4 其它水泥浆 超细水泥浆 湿磨水泥浆 膏状水泥浆,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.1 水泥浆 3.3.1.5 水泥浆的特性1)水泥注浆材料，来源丰富，价格低廉
31、2)浆液结石体强度高，抗渗性能好；3)采用单液方式注入，工艺及设备简单，操作方便；由于水泥是颗粒材料，可注性差，难以注入中细粉砂层及裂隙岩层；4)水泥浆液初、终凝时间长，不能准确控制，容易流失，结石率低。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 水泥-水玻璃浆称CS浆液，是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入附加剂所形成的注浆材料。（C代表水泥，S代表水玻璃）水泥-水玻璃浆中的水泥浆，一般使用的水灰比为0.6:12.0:1，水玻璃浓度为3045Be。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3
32、.2.2.1 水泥-水玻璃的性能水泥-水玻璃浆液的组成及配方见表3-4。水泥-水玻璃浆液的性能一般注重浆液的凝胶时间和抗压强度这两种性能。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（1）凝胶时间凝胶时间是指水泥浆与水玻璃相混合时起，直到浆液不能流动为止的这段时间。该浆液的凝胶时间可以从几十秒到几十分钟内精确控制。影响凝胶时间的因素很多，其凝胶时间与水泥品种、水泥存放时间、水泥浆水灰比、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃体积比等因素有关。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥
33、-水玻璃的性能（1）凝胶时间 水泥浓度对水泥-水玻璃浆液凝胶时间的影响。在同一条件下，水泥中硅酸三钙越多、水泥浆水灰比越低、水玻璃浓度越低、水泥浆与水玻璃的体积比越大，浆液凝胶时间越短。如下表：,3.3 主要浆液及性能,表3-5,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（1）凝胶时间 水泥浆与水玻璃体积比对水泥-水玻璃浆液凝胶时间的影响。水泥浆与水玻璃的体积比由1:0.4到1:1，随水玻璃用量的增加凝胶时间是延长的；水玻璃的波美度加大，凝胶时间延长；水泥浆水灰比加大，凝胶时间延长。如下表：,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2
34、 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（1）凝胶时间,3.3 主要浆液及性能,表3-6,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（2）抗压强度 水泥-水玻璃浆结石体抗压强度较高，特别是早期强度较高，并且增长速度很快，抗压强度与水泥浆浓度、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃体积比有关。表3-5数据表明水泥浆浓度越高（水灰比越小），抗压强度越高。水玻璃浓度对结石体抗压强度的影响，表3-6的数据表明，当水泥浆与水玻璃的体积比固定为1:1时，其强度随水玻璃浓度增加而提高，随龄期延长而提高。表3-7数据表明，等水玻璃浓度和水灰比固定时，水泥浆与水玻璃体
35、积比不大于1:0.8时，抗压强度随体积比增大，水泥浆与水玻璃体积比大于1:0.8后，强度下降。具体影响情况见下表,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（2）抗压强度 水泥浆浓度的影响。水泥浆浓度越高（水灰比越小），抗压强度越高。性能见表37,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（2）抗压强度 水玻璃浓度的影响。水玻璃浓度对结石体抗压强度的影响，表3-8的数据表明，当水泥浆与水玻璃的体积比固定为1:1时，其强度随水玻璃浓度增加而提高，随龄期延长而提高
36、。,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.1 水泥-水玻璃的性能（2）抗压强度 水泥浆与水玻璃体积比对抗压强度的影响。见表3-9等水玻璃浓度和水灰比固定时，水泥浆与水玻璃体积比不大于1:0.8时，抗压强度随体积比增大，水泥浆与水玻璃体积比大于1:0.8后，强度下降,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.2 水泥-水玻璃浆 3.2.2.2 水泥-水玻璃的特点（1）浆液可控性好，凝胶时间可准确控制在几秒，至几十分钟的范围内；（2）浆液结石体强度高，可达10.020.2MPa；（3）浆液的结石率高，可达100%；（4）结石的渗透系数
37、小，为10-3cm/s；（5）该浆液适宜于0.2mm以上的裂隙。（6）材料来源丰富，价格便宜；,3.3 主要浆液及性能,3、主要注浆材料及性能,3.3.3 无颗粒性浆,3.3 主要浆液及性能,3.3.3.1 酰胺类浆液丙烯酰胺类浆液（简称丙凝浆液），是以有机化合物丙烯酰胺为主剂，配合其他交联剂、促进剂和引发剂等材料而制成的液体，其以水溶液状态注入地层，在地层中发生聚合反应而形成具有弹性、不溶于水的聚合体。要求:双液系统注入，主剂、交联剂、还原剂（或强还原剂）及缓凝聚剂溶解在水中单独存放，简称甲液；氧化剂也溶解在水中单独存放简称乙液。性能：它的抗压强度一般来讲是比较低的，改变配方对其抗压强度影响
38、不大。凝胶时间则可以控制在几秒到几个小时之间。特点：（1）粘度小；（2）凝胶时间可以准确地控制在几秒至几十分钟的范围内；（3）凝胶体抗渗性能好，渗透系数为10-910-10cm/s；（4）凝胶体抗压强度低。,3、主要注浆材料及性能,3.3.3 无颗粒性浆,3.3 主要浆液及性能,3.3.3.2 聚氨酯类浆液聚氨酯类浆液是一种防渗堵漏能力较强、固结强度高的注浆材料，浆液中含有未反应的异氰酸基团，遇水发生化学反应，交联生成不溶于水的聚全体，因此能达到防渗、堵漏和固的目的。聚氨酯类浆液可分为:水溶性和非水溶性浆液两大类。非水溶性聚氨酯特点：（1）浆液是非水溶液性的，遇水开始反应，因此不易被地下水冲稀
39、或冲失；（2）浆液遇水反应时发泡膨胀，进行二次渗透，扩散均匀，注浆交果好；（3）结石体抗压强度高；（4）采用单液系统注浆，工艺设备简单。水溶性聚氨酯特点：（1）浆液能均匀地分散或溶解在大量水中，凝胶后形成包有水的弹性体；（2）结石体的抗渗性能好，一般在10-610-8cm/s之间；（3）浆液的凝胶时间同经根据催化剂或缓凝剂的用量在数秒到数十分钟之间调节。,3、主要注浆材料及性能,3.3.3 无颗粒性浆,3.3 主要浆液及性能,3.3.3.3 糠醛树脂浆液（1）糠醛是非水溶性油式液体，微溶于水，加表面活性 剂便产生稳定的乳浊液，在酸性催化剂作用下，与脲发生反应生成数脂状固体。（2）浆液粘度低，可
40、注性好；（3）浆液原材料来源丰富，价格便宜；（4）浆液固化时间长，不能准确控制，是一个很大的缺点；（5）糠醛有刺激性气味。,3、主要注浆材料及性能,3.3.3 无颗粒性浆,3.3 主要浆液及性能,3.3.3.4 脲醛树脂类浆液 脲醛树脂是由脲素和甲醛缩合而成的一种高分子聚合物，固化前是一种水溶性树脂，用水配制成水溶液，这种溶液在酸性条件下，在常温、常压下就能迅速固化，并且具有一定的强度，因此，它可作为浆材料使用。脲醛树脂类浆液根据工艺可分为三类：脲醛树脂浆液：市售固体含量为55%左右的脲醛树脂为主剂，注浆时加水稀释至40%，然后加入酸或强酸弱碱盐作固化剂，该浆液的特点：（1）材料来源丰富，价格
41、便宜；（2）浆液结石体的强度较高，达4080MPa，但较脆；（3）浆液粘度较大，并且在酸性条件下，对设备有腐蚀性;（4）凝胶体抗渗性差。,3、主要注浆材料及性能,3.3.3 无颗粒性浆,3.3 主要浆液及性能,3.3.3.4 脲醛树脂类浆液 脲素-甲醛浆液：直接用脲素和甲醛作注浆材料的甲液，固化剂作乙液的一种浆液，脲素-甲醛浆液有以下特点：（1）浆液的流动性好，粘度低；（2）解决了浆液长期存放的问题；（3）材料来源广泛，成本下降。改性脲醛树指浆液：质脆易碎，抗渗性差，与岩石胶结力不强，并有收缩现象，有效期短等，脲醛树脂生产过程中，加入一种或几种能参与反应的化合物或在脲醛树脂浆液中加入另一种浆材
42、料混合使用，以取长补短，改性脲醛树脂的特点是：（1）浆液结石体可度大，胶结力强，固砂强度可达10.0MPa；（2）浆液粘度低，为25MPaS；（3）浆液凝脱贫时间可控范围宽；（4）凝胶及春固砂体耐久性好，可抗5%浓度的强酸、强碱和盐的腐蚀；（5）材料来源丰富，成本较低。,4、壁后注浆工艺,井巷工程永久支护后，遇有井壁或衬砌出现渗漏水、漏水带砂、壁后空洞，或为提高围岩稳定等，均须用（壁）后注浆法进行堵水或加固。适用于井巷工程后注浆的条件主要包括渗（漏）水、漏水带砂、壁后空洞、井壁断裂、围岩破碎、冻结法双层井壁漏水、沉井井壁、钻井井壁等。注浆后可以有效地减少排水费用、改善劳动条件、延长井巷工程寿命
43、、保障矿井安全生产。,4、壁后注浆工艺,4.2 立井井筒后注浆方案,4.1 壁后注浆的类型,4.2 立井井筒后注浆方案,4.3 井壁后注浆施工,4、壁后注浆工艺,（1）壁后注浆：井巷支护后，按设计要求向壁后进行的注浆，即在已浇筑好的井巷工程壁后注浆，目的是为了进行堵水或加固。（2）壁内注浆：由于浇筑井壁内有裂隙或空洞，产生漏水，而对井壁进行的注浆加固，提高了井壁的强度，同时也起到阻止壁后的渗水。（3）壁内和壁后同时注浆：同时直到充填、加固和堵水的作用。,4.1 壁后注浆的类型,3.3.3.6 脲醛树脂类浆液脲醛树脂是由脲素和甲醛缩合而成的一种高分子聚合物，固化前是一种水溶性树脂，用水配制成水溶
44、液，这种溶液在酸性条件下，在常温、常压下就能迅速固化，并且具有一定的强度，因此，它可作为浆材料使用。脲醛树脂类浆液根据工艺可分为三类：脲醛树脂浆液：市售固体含量为55%左右的脲醛树脂为主剂，注浆时加水稀释至40%，然后加入酸或强酸弱碱盐作固化剂，该浆液的特点：（1）材料来源丰富，价格便宜；（2）浆液结石体的强度较高，达4080MPa，但较脆；（3）浆液粘度较大，并且在酸性条件下，对设备有腐蚀性;（4）凝胶体抗渗性差。脲素-甲醛浆液：直接用脲和甲醛作注浆材料的甲液，固化剂作乙液的一种浆液，脲素-甲醛浆液有以下特点：（1）浆液的流动性好，粘度低；（2）解决了浆液长期存放的问题；（3）材料来源广泛，
45、成本下降。改性脲醛树指浆液：质脆易碎，抗渗性差，与岩石胶结力不强，并有收缩现象，有效期短等，脲醛树脂生产过程中，加入一种或几种能参与反应的化合物或在脲醛树脂浆液中加入另一种浆材料混合使用，以取长补短，改性脲醛树脂的特点是：（1）浆液结石体可度大，胶结力强，固砂强度可达10.0MPa；（2）浆液粘度低，为25MPaS；（3）浆液凝脱贫时间可控范围宽；（4）凝胶及春固砂体耐久性好，可抗5%浓度的强酸、强碱和盐的腐蚀；（5）材料来源丰富，成本较低。,4、壁后注浆工艺,4.2.1 后注浆设备布置方案,4.2 立井井筒后注浆方案,注浆设备布置在井筒内时，通常是把注浆机具布置在凿井吊盘或特制的工作盘上，常
46、见的布置形式有以下两种情况。（1）地面搅拌浆液吊盘注浆注浆机具布置在吊盘上，搅拌浆液布置在地面井口附近，用吊桶下送浆液，在同一层吊盘上进行注浆工作。这种方式适用于化学浆液或注浆量较少、注浆段距离地面较浅的情况。（2）上层盘搅拌浆液下层盘注浆注浆泵和注浆桶等布置在上层吊盘，打孔和注浆工作在下层盘。这种方式适用于浆液注入量及注浆段较小的情况。（如果注浆量大的情况下，设备布置在地面，本区注浆量一般较小。例如：焦作地区，注浆量大，矿井建设有地面注浆站）,4、壁后注浆工艺,4.2.2 井巷壁后注浆方案,4.2 立井井筒后注浆方案,一般根据地质条件、井壁结构及质量、漏水特征和注浆目的等因素确定后注浆施工方
47、案。在确定注浆方案时应遵循一定的程序，确定出合适的注浆施工方式。,4、壁后注浆工艺,4.2.2 井巷壁后注浆方案,4.2 立井井筒后注浆方案,确定后注浆方案的程序：收集资料分析资料确定工艺技术措施制定施工方案（1）收集资料。常用的原始资料包括：巷道工程地质实际柱状图，立井特征及井壁结构图纸，掘砌施工方法、隐蔽工程记录和井壁质量记录，漏水部位及涌水段岩性资料，漏水特征和水源、水量资料。（2）分析资料。对所收集的资料进行分析，目的是明确注浆的理由、注浆范围、重点注浆部位。（3）确定工艺技术措施。主要确定注浆的合理施工方式、注浆段高和注浆顺序、注浆材料、注浆工艺流程和注浆机具等。（4）制定完整的施工
48、方案。依据不同条件，研究与确定采取的手段，实现所采取的技术措施、组织措施和工期安排。,4、壁后注浆工艺,4.2.3 井巷后注浆孔布置与注浆参数确定 4.2.3.1 注浆孔布置原则及排列,4.2 立井井筒后注浆方案,在已划分的注浆段范围内，进行合理的布孔与确定注浆孔数，是达到有效封堵地下水的重要环节。根据注浆带漏水特征的不同，注浆孔布孔应遵循不同的原则：（1）当注浆带为片状渗水时，注浆孔布置应当密布孔、尽量多贯通细小裂隙，可采用三花眼或五花眼布孔。（2）当出现条状裂隙时，应沿缝挖补布孔，孔间距可稍大一些。（3）当出现集中出水点时，应尽量利用现有出水点顶水，对点布孔。（4）有大股漏水裂隙时，若水流
49、方向与裂隙方向平行，则应在裂隙两侧按等距布置泄水孔兼作注浆孔；若水流方向与裂隙方向垂直，则应在其来水方向的一侧布置泄水孔。封堵裂隙水，注浆孔要与裂隙相交。,4、壁后注浆工艺,4.2.3 井巷后注浆孔布置与注浆参数确定 4.2.3.1 注浆孔布置原则及排列,4.2 立井井筒后注浆方案,（5）当属于含水砂、砾石层时，应在层界面位置密布孔。当为砂层或细小裂隙时，孔间距一般取0.51.2m；当为砾石层时，孔间距取2.53m。（6）当出现壁后空洞时，若空洞连通性好则布孔间距要适当加大，若空洞连通性差则布孔间距可适当减少。一般孔间距可取35m。（7）当为料石井巷壁、预制块及强度受破坏的混凝土井巷壁时，一般
50、布孔应密且沿井周布置注浆孔。（8）当注浆后又有水流出时，应追踪水流，布置注浆孔。（9）当混凝土接茬缝处漏水时，一般采用均匀布置注浆孔。三花眼或五花眼孔间距为0.71.5m。（10）当为破壁注浆时，一般采用均匀注浆孔。三花眼或五花眼注浆孔间距为1.52.0m。,4、壁后注浆工艺,4.2.3 井巷后注浆孔布置与注浆参数确定 4.2.3.2 后注浆压力及注浆量,4.2 立井井筒后注浆方案,后注浆压力在静水压力的基础上增加一定的富余压力，其计算式为 式中 Pa-注浆初始压力，MPa；Pb正常注浆压力，MPa；Pc-注浆终压力，MPa；Po-注浆点静水压力，MPa；富余压力的选取应注意以下几点：壁内注浆
