注漿工藝

1、注漿工藝及應(yīng)用,,一、 注漿設(shè)備,1）鉆機(jī)2）注漿機(jī)3）攪拌機(jī)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(jìn),5．注漿參數(shù)的確定,6. 注漿效果檢查,,,,2. 注漿方案設(shè)計(jì),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(xué)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(shè)計(jì),設(shè)計(jì)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(yàn)要求，注漿參數(shù)確定和檢查評價(jià)方法，注漿設(shè)備選擇及注漿站布置，材料消耗量估算，設(shè)備和資金概算，勞動組織和工期安排，以及主要安全技術(shù)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(dāng)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(kuò)散在大裂隙內(nèi)遠(yuǎn)些，在小裂隙近些。同時(shí)，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(jìn)漿多，擴(kuò)散遠(yuǎn)，下部巖層的進(jìn)漿少，擴(kuò)散近，或幾乎不擴(kuò)散。因此，為使?jié){液在各含水層擴(kuò)散均勻，提高注漿質(zhì)量，應(yīng)分段注漿。,,根據(jù)鉆進(jìn)與注漿的相互關(guān)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(jìn)含水層

4、，鉆進(jìn)一段注一段，反復(fù)交替直至終孔。其優(yōu)點(diǎn)是上段注漿后下段高壓注漿時(shí)不致跑漿而引起地面破壞，同時(shí)上段可得到復(fù)注，注漿效果好。其缺點(diǎn)是鉆進(jìn)與注漿交替進(jìn)行，總鉆進(jìn)工作量大，工期長。上行式注漿是指鉆進(jìn)一次到終孔，然后使用止?jié){塞自下而上逐段注漿。其優(yōu)點(diǎn)是無須反復(fù)鉆進(jìn)，可加快注漿速度，缺點(diǎn)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(guān)，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(jìn)至終深，一次注全段，優(yōu)點(diǎn)是不需要反復(fù)交替鉆進(jìn)、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(diǎn)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(shí)要求注漿設(shè)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(jìn),1）注漿孔深度2）注漿孔結(jié)構(gòu)3）注漿孔的鉆進(jìn) 4）注漿孔沖洗,,5．注漿參數(shù)的確定,1）擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn) 。,,,,1）擴(kuò)散半徑,漿液在巖石裂隙中的擴(kuò)散范圍，稱為擴(kuò)散半徑。有效擴(kuò)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(kuò)散半徑極不規(guī)則，所以在注漿前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，以取得布置注漿孔孔距的可靠依據(jù)。漿液的擴(kuò)散半徑隨巖層滲透系數(shù)、注漿壓力、注入時(shí)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(kuò)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(zhǔn)確的方法計(jì)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(yàn)來確定，也可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(shí)，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(yīng)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(shí)間的吸水量，可在注漿前通過鉆孔壓水試驗(yàn)求得。即 q =Q / （H

9、·h）式中 Q—單位時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)段在恒壓下的吸水量， L/（min.m.m）； H—壓水試驗(yàn)段的水頭，m； h—壓水試驗(yàn)段長度，m。由上式計(jì)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(guān)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(shí)，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?。换蛭鼭{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(shí)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(shí)，漿液應(yīng)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(yīng)變回到原來的濃度。④遇冒漿、大裂隙或大溶洞時(shí)，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(guān)，可根據(jù)擴(kuò)散半徑及裂隙率進(jìn)行粗略計(jì)算，其公式為 式中 Q—漿液注入量，m³； —漿液擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn),注漿結(jié)束

12、標(biāo)準(zhǔn)一般是用最終吸漿量（即漿液注至最后的允許吸漿量）和達(dá)到設(shè)計(jì)壓力（即終壓）時(shí)的持續(xù)時(shí)間等兩個指標(biāo)來衡量。一般認(rèn)為，注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求，吸漿量小于20L/min～60L/min，穩(wěn)定20min～30min，即可認(rèn)為達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。,,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(jìn)行合理的整合，采取分析、比對等方式，對注漿效果進(jìn)行定性、定量化評價(jià)。分析法具有快速、直接的特點(diǎn)，通過分析法可以

13、較為可靠地進(jìn)行注漿效果評價(jià)。,(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(jìn)行 P-t，Q-t 曲線繪制，根據(jù)地質(zhì)特征、注漿機(jī)制、設(shè)備性能、注漿參數(shù)等對P-Q-t 曲線進(jìn)行分析，從而對注漿效果進(jìn)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(jìn)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(shí)間效應(yīng)法和注漿量分布

14、空間效應(yīng)法兩種。注漿量分布時(shí)間效應(yīng)法是通過將各注漿孔注漿量按注漿順序進(jìn)行排列，繪制注漿量分布時(shí)間效應(yīng)直方圖，根據(jù)注漿量分布時(shí)間效應(yīng)圖，對注漿效果進(jìn)行宏觀評價(jià)。 注漿量分布空間效應(yīng)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(yīng)圖，根據(jù)注漿量分布空間效應(yīng)圖，對注漿效果進(jìn)行宏觀評價(jià)。,,(3) 涌水量對比法,(4) 漿液填充率反算法通過統(tǒng)計(jì)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(rèn)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(diǎn)，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(shè)置檢查孔，通過對檢查孔觀察、取芯、注漿試驗(yàn)、滲透系數(shù)測定，從而對注漿效果進(jìn)行評價(jià)。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(yīng)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(jī)制進(jìn)行分析、測試漿液固結(jié)體力學(xué)指標(biāo)，從而對注漿效果進(jìn)行有效評定，同時(shí)，開挖取樣法也為下一階段注漿設(shè)計(jì)與施工提供重要的價(jià)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(hù)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(dá)對盾構(gòu)隧道壁后注漿效果進(jìn)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(qiáng)等使用地質(zhì)雷達(dá)法和瑞雷面波法準(zhǔn)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(jìn)行了檢測。陳軍等使用地質(zhì)雷達(dá)法對某基坑維護(hù)工程注漿效果進(jìn)行了檢測，對注漿后漿液的影響范圍、固結(jié)程度進(jìn)行了分析。鄧凱斌利用地質(zhì)雷達(dá)、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(shù)，對兩個國

19、家重點(diǎn)水利工程的防滲墻進(jìn)行了檢測。,,吳圣林和丁陳建將高密度電法應(yīng)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(dá)到了預(yù)期的效果。胡鵬利用高密度電法對地下高噴注漿工程進(jìn)行了動態(tài)監(jiān)測研究。,使用地質(zhì)雷達(dá)方法檢測注漿效果的居多，電法應(yīng)用較少。,應(yīng)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(yīng)用高密度電法檢測注漿效果時(shí)，只使用視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，缺少注漿過程中電位、電流等相關(guān)信息的分析。,（一）井筒巷

20、道預(yù)注漿 （二）井筒壁后注漿及巷道淋（涌）水的封堵（三）注漿恢復(fù)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(shù),注漿堵水技術(shù)在煤礦防治水工作中的應(yīng)用,,1．井筒預(yù)注漿井筒預(yù)注漿分為地面預(yù)注漿與工作面預(yù)注漿。前者是指在井筒開鑿前，從地面施工鉆孔，對含水層進(jìn)行預(yù)先注漿；后者是當(dāng)井筒掘進(jìn)工作面接近含水層時(shí)，預(yù)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(jìn)行預(yù)注漿。井筒

21、工作面預(yù)注漿與井筒地面預(yù)注漿相比較，優(yōu)點(diǎn)在于前者鉆探工程量少，節(jié)省管材，而且可使用輕便鉆機(jī)。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(diǎn)是工作面狹小，施工不便，且影響建井工期。地面預(yù)注漿的優(yōu)點(diǎn)是既可在井筒開工前進(jìn)行，也可與井筒掘進(jìn)平行作業(yè)，不占用建井工期。,（一）井筒巷道預(yù)注漿,,,,井筒淋水或巷道淋水都采用壁后注漿，即用風(fēng)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(shí)，宜用水泥、水玻璃雙液漿臨時(shí)止水，待水止住后再延伸注漿鉆孔，進(jìn)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(yīng)向裂隙深部打鉆，進(jìn)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(jìn)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(dāng)?shù)V井或采區(qū)被淹后，注漿封閉突水點(diǎn)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(diǎn)，后排水恢復(fù)，使礦井又獲得了新生；河南焦作馮營主井，當(dāng)井筒掘至-120m時(shí)發(fā)生突然漏水，水量達(dá)210m3/h,井筒被淹后用注漿方法封閉了突水點(diǎn)，保證了井筒的順利施工。,（三）注漿恢復(fù)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(dāng)時(shí)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(shí)的注漿，稱為動水注漿，如開灤范各莊特大型突水災(zāi)害的注堵工程。動水注漿時(shí)，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(dá)不到堵水效果?，F(xiàn)結(jié)合開灤范各莊礦注漿搶險(xiǎn)實(shí)例加以說明。,對具有充沛補(bǔ)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(jìn)水邊界或淺部垂直補(bǔ)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(hù)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(shù)濟(jì)濟(jì)原則出發(fā)，帷幕線的選定應(yīng)考慮：線的走向應(yīng)與地下水流向垂直，線址應(yīng)選擇在進(jìn)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(yīng)盡可能設(shè)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(shí)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(yīng)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(yīng)用較廣，我國也在應(yīng)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(bǔ)給，在淺部沖積層與C3露頭相交處進(jìn)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(fèi)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(shí)，受奧陶紀(jì)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(shí)踐中得到如下認(rèn)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(qiáng)，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(qiáng)，水壓高或底板存在變薄帶、構(gòu)造破碎帶、導(dǎo)水裂隙帶，疏水降壓采煤費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)上不合理，浪費(fèi)地下水資源時(shí)就對五灰進(jìn)行注漿改造。,注漿改造的目的：變強(qiáng)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(bǔ)給五灰的垂直通道；堵塞底板的導(dǎo)水裂隙，消除導(dǎo)高，強(qiáng)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(jì)，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(yīng)用，具有推廣意義。,（六）防滲墻堵水技術(shù),防滲墻是上世紀(jì)50年代開始興起的一種防水技術(shù)。它是用特殊的施工機(jī)具，沿工程線邊