注漿堵水的適用條件

(1)當(dāng)老窯或被淹井巷的積水與強(qiáng)大水源有密切聯(lián)系時(shí)，可先注漿堵截水源，然后排干積水。例如，山東肥城國(guó)莊礦、河南焦作演馬莊礦等，都是先堵截水源后再排干積水恢復(fù)生產(chǎn)的。

(2)當(dāng)井巷工程必須穿過(guò)一個(gè)或幾個(gè)強(qiáng)含水層或充水?dāng)鄬樱绮欢陆厮矗瑢⒔o礦井生產(chǎn)和建設(shè)帶來(lái)很大困難和危害，甚至無(wú)法施工，我國(guó)許多礦井穿過(guò)強(qiáng)含水層時(shí)，都是利用這一方法。

(3)當(dāng)井筒或工作面發(fā)生嚴(yán)重淋水，為了加固井壁、改善勞動(dòng)條件、減少排水費(fèi)用，可以采取注漿措施。

(4)某些涌水量特大的礦井，為了減少礦井涌水量，降低常年排水費(fèi)用，亦可采用注漿堵截水源。

二、注漿工作程序

1．注漿材料的選擇

注漿材料的選擇應(yīng)根據(jù)堵水的目的、地質(zhì)條件、施工條件、注漿工藝和投資多少等因素決定。從水文地質(zhì)條件考慮，材料的選擇可參考表7 -1。

2．注漿工作步驟

1)注漿段高和注漿方式

注漿段高是指一次注漿的長(zhǎng)度，可分為全段一注漿和分段注漿兩種。前者是將注漿孔鉆至終孔后一次注漿，適用于含水層距地表近且厚度不大、裂隙發(fā)育較均勻的巖層，其優(yōu)點(diǎn)是一次鉆進(jìn)、一次完成注漿，縮短施工時(shí)間；缺點(diǎn)是段高大時(shí)不易保證質(zhì)量。當(dāng)巖層吸漿量大時(shí)要求注漿設(shè)備能力大，易出現(xiàn)不均勾擴(kuò)散，影響注漿堵水效果。當(dāng)注漿深度較大，穿過(guò)裂隙大小不同的多個(gè)含水層時(shí)，在一定注漿壓力下，為防止?jié){液在大裂隙擴(kuò)散遠(yuǎn)、小裂隙擴(kuò)散近，上部巖層的裂隙進(jìn)漿多、下部巖層裂隙進(jìn)漿少，應(yīng)采用分段注漿。

段高可按巖層破碎程度劃分。我國(guó)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：極破碎巖層一般為5 ~10 m;破碎巖層為10 ~15 m;裂隙巖層為15 -30 m；重復(fù)注漿可取30 -50 m。

注漿方式是指注漿順序，分下行式和上行式兩種。自上而下依次注漿稱下行式注漿，即從地表鉆進(jìn)含水層，鉆一段孔，注一段漿，反復(fù)交替，直至全深。其優(yōu)點(diǎn)是上段注漿后，下段高壓注漿時(shí)不跑漿，同時(shí)上段獲得復(fù)注，注漿堵水效果好。缺點(diǎn)是鉆孔與注漿交替進(jìn)行，工期長(zhǎng)。該方式適用于巖層破碎或裂隙發(fā)育的地層。自下而上的注漿稱上行式注漿，即注漿孔一次鉆進(jìn)到注漿終深，使用止?jié){塞，自下而上逐段注漿。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)重復(fù)鉆進(jìn)，能加快注漿速度。該方法適用于巖層較穩(wěn)定、垂直節(jié)理不發(fā)育的地層。

表7-1注漿材料選擇一覽表

2)注漿前壓水

注漿前壓水的目的在于將裂隙中松軟的泥質(zhì)充填物推送到注漿范圍以外，從而提高注漿質(zhì)量和堵水效果。對(duì)于大裂隙，壓水時(shí)間為10一20 min;中小裂隙，則需15 - 30 min或更長(zhǎng)一些。重復(fù)注漿鉆孔壓水時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)至30 - 60 min。壓水時(shí)壓力應(yīng)由小增大，最大不得超過(guò)注漿終壓。

3)下放止?jié){塞及注漿

止?jié){塞放至規(guī)定位置后，接好輸漿管，壓縮膠塞止?jié){并經(jīng)壓水試驗(yàn)檢查好，即可進(jìn)行注漿。注漿過(guò)程中應(yīng)特別注意堵漿、跑漿及冒漿，對(duì)待不同情況采取相應(yīng)措施，以保證注漿工作正常行。

三、注漿參數(shù)

(l)漿液擴(kuò)散半徑。裂隙中漿液的擴(kuò)散半徑隨巖石的滲透系數(shù)、注漿壓力、注入時(shí)間的增加而增大，隨漿液的濃度和黏度的增加而減小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，巖溶地層注漿，漿液平均擴(kuò)散半徑為10 -15 m，裂隙地層注漿．漿液平均擴(kuò)散半徑為4-8 m。

(2)注漿壓力。注漿壓力對(duì)漿液的擴(kuò)散影響很大，經(jīng)驗(yàn)表明，隨著注漿壓力的提高，充塞物質(zhì)的強(qiáng)度急劇增加，這就保證了充塞物具有足夠的強(qiáng)度和不透水性。在地下水流速大的情況下，應(yīng)設(shè)法增加漿液的流動(dòng)阻力，需降低注漿壓力，故合理運(yùn)用注漿壓力是注漿的關(guān)鍵。不同地區(qū)因地質(zhì)條件不同，注漿壓力也不盡相同。有的地區(qū)選用注漿壓力為靜水壓力的2―2.5倍，有的則根據(jù)巖石裂隙采用合適的壓力值。

(3)漿液注入量。

(4)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。一般是用兩個(gè)指標(biāo)表示：一個(gè)是最終吸漿量，即注漿注至最后的允許吸漿量；另一個(gè)是達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)（即終壓時(shí)）的持續(xù)時(shí)間。從理論上講，最終吸漿量是越小越好，最理想的情況是注至完全不吸漿，但難以做到，敢結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，一般為受注含水層水壓的1.6~2.5倍，吸漿量小于80 Umin，時(shí)間不少于30 min即可。

四、方案設(shè)計(jì)

說(shuō)明：制訂方案時(shí)應(yīng)反復(fù)研究分析，在弄清水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)堵水工程作出正確部署，對(duì)堵水方法提出明確要求，在資金來(lái)源、設(shè)備、人力、物力上進(jìn)行安排。

主要措施及要求：確定堵水部位或地段，堵住主要水源通道。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：

(1)確定堵水范圍、注漿層位和部位，以及注漿孔、觀測(cè)孔、檢查孔孔數(shù)及其布設(shè)方式。

(2)確定注漿深度，劃分注漿段，選擇注漿方式和止?jié){方法。

(3)選擇注漿材料，提出配方試驗(yàn)要求。

(4)確定注漿參數(shù)及質(zhì)量檢查和評(píng)價(jià)方法。

(5)選擇鉆探設(shè)備，確定鉆孔結(jié)構(gòu)及施工方法。

(6)注漿設(shè)備選用及注漿站布置。

(7)確定主要安全技術(shù)措施（含注漿操作規(guī)程）。

(8)估算材料消耗量，編制設(shè)備．材料及試驗(yàn)用儀器等清單和資金概算。

(9)確定施工勞動(dòng)組織與工期安排。

(10)編制相應(yīng)圖件。

五、鉆孔準(zhǔn)備（施工注漿孔）

說(shuō)明：工程進(jìn)展快慢，關(guān)鍵是施工注漿孔，既要速度快，又要取準(zhǔn)取全資料。注漿孔結(jié)構(gòu)與注漿方式、巖層條件有關(guān)，根據(jù)注漿目的和裂隙發(fā)育程度及主要分布方向進(jìn)行布孔。

主要措施及要求如下：

(1)采取措施，防止鉆孔偏斜。

(2)盡量用注漿法護(hù)壁，孔內(nèi)不下套管。

(3)注漿段必須清水鉆進(jìn)，遇坍孔可注漿或下護(hù)壁管。

(4)受注層鉆進(jìn)需取芯，并對(duì)巖芯的溶隙、裂縫等進(jìn)行詳細(xì)記錄。

(5)注漿孑L過(guò)采空區(qū)應(yīng)下套管通過(guò)，至受注層前1.5 m時(shí)應(yīng)止水換徑。

(6)注漿孔盡量與更多的裂隙或巖溶交切，或沿主要巖溶裂隙發(fā)育方向和部位布孔。

六、建立注漿站（圖7 -1）

說(shuō)明：注漿站必須充分估計(jì)注漿孔位置的變化，設(shè)立在最適中的地點(diǎn)（即應(yīng)靠近注漿孔），輸漿管路要短、彎頭少、變徑少，設(shè)備及管路排列要緊湊，便于操作與管理。

1-黏土；2一帶式輸送機(jī)；3-制漿機(jī)；4-旋流泵（雜污泵）；5-除砂器（凈化器）；

6-攪拌機(jī)；7-水泥計(jì)量器；8-散裝水泥罐；9-水泥攪拌機(jī)；10-注漿泵

（泥漿泵）；11-壓力表；12-高位水箱；13-粗漿池；14-廢渣池；15-精

漿池；16-漿池；17-=漿池；18-吸漿池；19-送料孔

圖7-1注漿站示意圖

主要措施及要求如下：

(1)密封式風(fēng)動(dòng)運(yùn)灰和造漿系統(tǒng)，是較科學(xué)的注漿系統(tǒng)，目前射流造漿更先進(jìn)、更好，大的堵水工程應(yīng)盡可能采用。

(2)水泥漿必須攪拌兩次。

(3)采用地道吸塵。

(4)要求供水充足，運(yùn)輸通暢，能風(fēng)雨無(wú)阻地工作。

(5)注漿泵的易損件要有足夠的備用件。

(6)冰凍季節(jié)施工要有保暖防凍設(shè)施。

(7)設(shè)置排水溝。

七、注漿系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)并對(duì)管路設(shè)備做耐壓試驗(yàn)

說(shuō)明：注漿系統(tǒng)安裝后，應(yīng)立即進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

主要措施及要求如下：

(l)操作時(shí)應(yīng)先打開(kāi)回水閥，然后開(kāi)泵，逐漸關(guān)閉回水閥，使整個(gè)管路逐步升壓。

(2)斌壓時(shí)需有安全措施。

八、鉆孔沖洗與壓水試驗(yàn)

說(shuō)明：由于受注層鉆進(jìn)使用清水，易使巖粉沉淀后進(jìn)入巖層裂隙、溶隙中。另外，裂隙、溶隙或溶洞內(nèi)充填有黏土和黏泥，它們與水泥漿漿液或其他漿液不膠結(jié)，故須把它們沖洗掉或沖走，從而提高注漿質(zhì)量和堵水效果。

壓水試驗(yàn)壓力值應(yīng)視工程的具體情況確定，為便于成果分析對(duì)比，所采取的壓力標(biāo)準(zhǔn)盡量一致。

主要措施及要求如下：

(1)下止?jié){塞前應(yīng)沖洗受注層段，事先應(yīng)測(cè)量漏失量，如失水量不大，應(yīng)找出原因，必要時(shí)可采取刷孔、沖孔，加化學(xué)劑[ Na：CO，、NaOH、HCl（對(duì)灰?guī)r段）]，甚至采用爆破方法等措施擴(kuò)大裂隙或溝通裂隙、溶洞或巷道。

(2)沖洗前先測(cè)量注漿孔及鄰孔水位，沖洗過(guò)程中也要觀測(cè)鄰孔水位，以了解孑L間串通或是否有水力聯(lián)系。

(3)下塞前應(yīng)測(cè)水位，下鉆試探孑L探。

(4)止?jié){塞應(yīng)下至受注層以上0.5-1.5 m處，盡量選在堅(jiān)硬巖石、孔壁規(guī)則和無(wú)垂直節(jié)理處。

(5)壓水過(guò)程中及壓水后，應(yīng)觀測(cè)鄰孔水位及下降速度。

九、造漿注漿

說(shuō)明：注漿孔注漿一般有下列方式：自上而下分段注漿法（下行式）、自下而上分段注漿法（上行式）、綜合注漿法、全孔一次注漿法（不分段）及鉆孔孔口封閉注漿法。

由于我國(guó)煤礦水害主要為巖溶水，因此，漿液濃度多以稠漿為主。一般水泥漿或黏土水泥漿水灰比為1:1、0.9：1、0.8：l、0.7：1、0.6：1、0.5：1。

泵液擴(kuò)散距離與注漿壓力、漿液稠度、漿液初凝速庋、注漿材料、注漿方法、地下水流速、溶洞裂隙寬度及其形態(tài)，以及注漿孔穿過(guò)溶洞裂隙的部位等有關(guān)，因此，每項(xiàng)工程的漿液擴(kuò)散距離應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。在灰?guī)r中注漿，擴(kuò)散距離最遠(yuǎn)可達(dá)100 m，有的方向?yàn)榱悖o(wú)裂隙），一般為5 -20 m（松散地層例外）。

主要措施及要求如下：

(l)注漿段長(zhǎng)度，一般長(zhǎng)5-10 m，如受注層厚度小于10 m，則不分段。

(2) -般先注下游孑L，后注上游孔。

(3)注漿濃度，應(yīng)遵循由稀到濃的原則，逐級(jí)改變，結(jié)束時(shí)又略變稀，初始濃度根據(jù)吸水率確定，見(jiàn)表7-2。

表7-2吸水率與初始濃度

(4)根據(jù)單位吸水量和巖石裂隙率，應(yīng)對(duì)每一注漿段的漿液注入量作出估算，與實(shí)際注入量比較，以判斷漿液充填的范圍或距離，一般采用下式進(jìn)行計(jì)算：

V=AHπR² nB (7-1)

式中V-本段漿液預(yù)計(jì)注入量（可按水灰比0.75：1考慮），m³；

A-漿液消耗系數(shù)，一般取1.2~1.3；

H-一注漿段巖溶裂隙層厚度，m；

R-漿液有效擴(kuò)散半徑（距離），m；

n――巖溶裂隙率，%；

B-漿液充填系數(shù)，為0.7 -0.9。

(5)當(dāng)注漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時(shí)，或當(dāng)吸漿量不變，壓力均勻升高時(shí)，注漿工作應(yīng)持續(xù)下去，一般不得改變水灰比。

(6)注漿前后及注漿時(shí)必須觀測(cè)鄰孔的孔深及水位變化，以判斷鉆孔是否竄漿，便于及時(shí)處理。

(7) -般注漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，直至結(jié)束。

(8)注漿孔段注到最濃一級(jí)漿液，仍不升壓（吸漿不減），甚至采用間歇注漿也仍無(wú)升壓顯示時(shí)，或單位吸水量大于10 U(min．m-m)，同時(shí)是較大溶洞、裂隙或破碎帶時(shí)，可注砂、碎石、石碴等骨料。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)結(jié)束壓力，可隨注漿深度增加而增大，一般取大于含水層靜水壓力的2倍，也可按下式計(jì)算：

P=P_H +9.8 x10 ^-6HΡ (7-2)

式中 P-有效全壓力，MPa；

P_H -孔口壓力，MPa；

H一計(jì)壓點(diǎn)以上漿液柱高度，m；

Ρc――漿液密度，kg/rri3。

(2)結(jié)束吸漿量一般為20 - 60 L/min，越小越好。

十、觀測(cè)與記錄

說(shuō)明：觀測(cè)記錄泵壓、孔口壓力、泵量及漿液濃度，借以判斷注漿是否正常，是否跑漿或堵塞管路或接近注漿結(jié)束。

主要措施歿要求如下：

(1)用流量計(jì)觀測(cè)鉆孔受注層段的吸漿量或用液面下降及計(jì)量直尺、浮標(biāo)指示器觀測(cè)泵的吸漿量。

(2)觀測(cè)吸漿量的同時(shí)，觀測(cè)泵壓及孔口壓力。

(3)根據(jù)泵壓、孔口壓力及吸漿量的觀測(cè)和記錄，判斷是否正常進(jìn)漿，是否跑漿或接近注漿結(jié)束。

十一、注漿結(jié)束后壓水

說(shuō)明：掌握好這一工序，有利于保證注漿質(zhì)量，防止堵管、堵孔，從而充分發(fā)揮注漿孔的作用。這種壓水分間歇壓水和結(jié)束壓水兩種情況。

主要措施及要求如下：

(1)間歇壓水目的是保留再次注漿的條件，而又不沖刷已注入的漿體。壓水量一般

不宜太大或太小，多為注漿管路（含鉆孔）容積的4倍左右。

(2)結(jié)束壓水是指注漿段已達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，在準(zhǔn)備起拔套管前，為防止堵管和提管后的噴漿而進(jìn)行的工序。一般以壓人注漿管路容積1-2倍的水量為宜。

十二、關(guān)孔口閥，拆洗孔外注漿管路及設(shè)備等

說(shuō)明：注漿結(jié)束后壓水，必須關(guān)閉孔口閥門(mén)，待孔內(nèi)壓力消失后方可打開(kāi)。

主要措施及要求如下：

(1)關(guān)閉時(shí)間一般達(dá)4h，待水泥初凝后，方可慢慢啟動(dòng)，放氣放水查看情況。

(2)孔外注漿系統(tǒng)須及時(shí)清洗檢查；冬季放盡積水，或包孔防凍。

十三、打開(kāi)孔口閥，提取止?jié){塞或再次注漿

說(shuō)明：正確分析孔內(nèi)情況，防止埋住注漿管。無(wú)埋管危險(xiǎn)，可不提止?jié){塞，再次注漿（復(fù)注）；有埋管危險(xiǎn)應(yīng)及時(shí)提塞沖管，再次掃孔復(fù)注。

主要措施及要求如下：

(1)如發(fā)現(xiàn)止?jié){塞有返漿可能，應(yīng)及時(shí)打開(kāi)孔口閥觀察動(dòng)靜。無(wú)嚴(yán)重噴漿現(xiàn)象，即可提出止?jié){塞。

(2)無(wú)埋管危險(xiǎn)，可待水泥初凝后，打開(kāi)孔口。

(3)如是間歇注漿，不論噴漿與否，可立即再次注漿。

十四、封孔

說(shuō)明：已達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的注漿孔，必須全部封孔。

主要措施及要求如下：漿液初凝后，應(yīng)下鉆探測(cè)封孔深度，達(dá)不到要求者，需重封。

十五、分析檢查注漿效果

說(shuō)明：檢查注漿效果的方法有注漿前后壓水試驗(yàn)對(duì)比；觀測(cè)已注孔巖芯是否有注漿體充填；注漿時(shí)及前后，鄰孔、觀測(cè)孔水位變化；注漿前后放水試驗(yàn)的漏水量、鉆孔水位對(duì)比；注漿蒔后鉆孔無(wú)線電波透視。

主要措施及要求如下：

(l)進(jìn)行放水試驗(yàn)，檢查礦井漏水量是否減少。

(2)為防止已封堵的出（突）水點(diǎn)第二次突水，對(duì)關(guān)鍵部位應(yīng)打檢查孔，注漿加固。

(3)應(yīng)在下列地段打檢查孔：①地質(zhì)條件復(fù)雜地段，如巖石破碎，有洞穴或構(gòu)造破碎帶，或單位吸水量大的地段；②注漿施工實(shí)踐結(jié)果與設(shè)計(jì)出入較大的地段，或主要水源通道地段；③注漿過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)事故或注漿質(zhì)量較差的地段。