1、,矿 井 水 灾 防 治,第九章 立井井壁壁后注浆,第一节 概 述,井筒穿越裂隙含水层段、不稳定松散层段、流沙层段、砾石层段，封闭井壁淋水； 井壁有集中涌水点，涌水较大； 复合井壁夹层需要注浆加固； 钻井井壁需要壁后充填； 井壁破碎并有淋水需要注浆加固； 立井井壁塌落片帮形成壁后空洞，需要壁后注浆充填等。,适用条件：,注浆程序：,壁内注浆： 浆液沿输浆管路，通过注浆管，把浆液注入到井壁裂缝及夹层中，并扩散一定距离凝胶而达到堵水效果。适用复合井壁以及井壁后流砂软弱层部位。如果注浆孔穿过井壁有可能发生跑砂涌水事故，壁内注浆孔的深度要小于井壁厚度。 壁后注浆： 钻孔打过井壁，向壁后注入浆液，浆液在壁
2、后岩层中较大范围扩散，堵塞涌水通道，封堵井壁淋水和加固壁后空间。 特点：使用凿岩机打眼，孔径小、钻孔浅、注浆压力低，具有施工简便、占用设备少、施工速度快，注浆效果好，安全性好等优点。,注浆分类：,第二节 普通混凝土井壁壁后注浆,一、壁后注浆方案,（一）注浆分段的划分,1. 分段下行、段内上行式： 2. 以壁座之间为一段，由下向上注浆 3. 以含水层厚度为注浆分段,图9-1 立井壁后注浆分段示意图,（二）注浆孔布置,在计算注浆孔距时经常依图9-3所示。,图9-3 注浆孔孔距计算示意图,D扩散直径，m； Rp扩散半径，m； T充塞厚度，m。 合理孔距约为1.73Rp。 料石井壁孔横距23m，纵孔距
3、34m，等距均匀布置。,（三）注浆管与注浆管路,1注浆管 采用25.4mm钢管作为注浆管，长度视井壁厚度及深入含水岩层深度而定，但外端要带3050mm长丝扣。 2注浆管路 注浆管路是连接注浆泵与注浆管之间的输浆管，一般采用两趟25.4mm钢管作为骨干注浆管路，管路两端与注浆泵和注浆管采用高压胶管连接，高压胶管通过一个混合器与注浆管连接。两趟注浆管路一趟输送水泥浆，一趟输送水玻璃等化学浆。造孔时可以利用注浆管路作为压风管，为凿岩机提供动力。,（四）注浆站布置,注浆站设在地面井口附近，注浆站配备双液注浆泵12台，灰浆搅拌机1台，储浆池、水池、水玻璃池各1个以及配套的供电系统和管路系统。近年来，立井
4、井筒越来越深，化学浆液已广泛应用，注浆设备小型化，立井壁后注浆已将注浆设备布置于工作吊盘上，进行低压井壁注浆，以控制注浆压力。,（五）注浆压力,（1）用注浆泵加压时，注浆泵所加之压力可用式（9-3）计算：,（2）用CS浆液注浆时，确定注浆终压常采用含水层原始静水位加系数求得：,Pa注浆初始压力，kg/cm2； Pb注浆正常压力，kg/cm2； Pc注浆终压，kg/cm2； P0注浆点静水压力，kg/cm2。,（3）根据井壁强度，确定注浆终压，即：,对于混凝土井壁,P注浆终压，MPa； E井壁厚度， cm； R井筒内径，m； K井壁允许抗压强度，MPa。,对于料石井壁,图9-6 壁后注浆管路布置
5、1上桶；2阀门；3下桶；4管路阀门； 5、7注浆管及混合器；6、8压力表；9、10孔口阀门,（六）注浆材料与浆液配比,大多数立井壁后注浆采用水泥、水玻璃双液浆，水泥一般选用325#、425#普通硅酸盐水泥，水玻璃需要38Be和51Be两种。38Be水玻璃的模数为3.13.3，用于配置浆液；51Be水玻璃的模数为2.42.6，用于拌和速凝胶泥。 单液水泥浆： 水灰=0.811 CS双泥浆： 水灰水玻璃=0.8110.10.3,二、壁后注浆工艺,（一）工艺流程,壁后注浆的工艺有： 单液注浆和双液注浆两种，广泛应用双液注浆。,图9-7 井壁双泵双液注浆工艺流程 l手摇泵；2、3甲、乙液储浆桶；4清水
6、桶；5阀门； 6管路；7压力表；8活接头；9短管；10弯头； 11混合室；12三通；13泄浆管；14闸板阀； 15注浆管；16高压胶管；17井壁,图9-8 井壁单泵双液注浆工艺流程 1砼井壁；2岩体；3注浆埋管；4注浆孔；5固定道钉； 6进浆阀；7三通；8放浆阀；9高压胶管；10混合器； 11注浆泵；12安全阀；13吸水玻璃管；14吸水泥浆管； 15玻璃水桶；16过滤器水泥浆桶；17和浆桶；18清水桶； 19玻璃水调节阀门,（二）注浆与堵漏,立井壁后注浆施工： 1. 注前压水试验 2. 浆液注入方式 3. 造孔 4. 堵塞井壁裂缝，防止漏水跑浆 （1）压水冲风塑凝胶泥糊缝 （2）五矾快硬胶泥糊
7、缝堵水,三、壁后注浆施工注意事项, 制定合理的施工方案和安全技术措施，组织施工人员贯彻学习，保证方案全面落实。 井筒中的工作盘必须稳定可靠，确保万无一失。 井筒中工作人员必须佩带安全带，安全带要系在可靠处，工作中要不断检查安全带。 注浆站、工作盘与绞车房三者之间必须安装对讲电话，保持联络信号畅通。 合理安排吊盘上的技术装备，合理设计各种物品的摆放，保证稳定，防止坠落。 导水、糊缝、修复井壁是保证注浆效果的关键环节，必须认真进行。 混合器操作工、司泵工必须时刻注意压力表的变化，发现注浆压力突然变化，立即停泵处理。 保证高压管、输浆管、球阀、弯头、接骨、三通质量，防止在高压状态下崩裂伤人。 确保注
8、浆材料质量合格，正确配置浆液，使浆液凝胶时间和流程可控。 各工种人员必须坚守自己的工作岗位，厉行岗位职责，不得由他人代替自己的工作。,四、壁后注浆效果检查与评价,检查涌水封堵率，残余水量大小可以说明注浆效果。 检查对井壁及围岩的加固效果。 检查浆液材料的消耗量、浆液利用率。,第三节 复式壁后注浆,复式注浆的井筒有三种状态：, 井筒已全部施工完毕，尚未开始安装。 井筒工程全部完成，并已安装提升设备。 风井井筒已正式通风，不能停风。 正在安装装备的井筒采用注浆与安装平行作业，自上向下进行，双层吊盘安装，单层吊盘注浆。 技术装备已安装的主井筒，利用箕斗和罐道梁搭固定盘进行注浆，如图9-10所示。 副
9、井利用罐笼顶做工作台，其与井壁四周缝隙处镶上折页，如图9-11所示。,注浆施工时将井筒的淋水段分为若干个分段，每段2030m。注浆顺序先从上段开始，依次向下。每段由上向下注，避免水头过高、淋头水过猛影响施工。,图9-10 箕斗改装（活吊盘）示意图 A、B、C、D折页吊盘；F储料间；E搁杆； K警钟；G、N铁拉手；TM3/8钢丝绳拉手,第四节 特种井壁后注浆,特种井壁壁后注浆一般系指采用冻结法、钻井法、沉井法等方法施工的井壁，如果壁后存在空洞需要充填，或井壁断裂给安全生产带来威胁，需要采用注浆的方法处理加固井壁。,一、冻结井壁壁后注浆,冻结井的井壁多为双层钢筋混凝土或双层钢筋混凝土复合夹层井壁，
10、在冻结段施工完成后，井壁受冻融及混凝土质量的影响，往往造成井壁裂纹和接茬不实而漏水、漏砂，应及时进行夹层注浆或壁后注浆。注浆时间受井筒冻结段解冻时间的制约，而解冻时间又与冻结壁厚度、冻结的原始温度、岩土层的传热特征，地温状况、井内通风方式及地面气温等多种因素有关。 双层钢筋混凝土复合夹层井壁是在其内外层井壁之间铺设12层塑料板，将内外壁隔开，以减少外壁对内壁的影响。但夹层将内外壁隔开后，内外壁之间存在空隙，径向宽度2.5mm左右。井壁施工完成后，如不适时注浆充填，解冻后，地下水会通过外层井壁施工接缝和其它缝隙进入夹层空间，在一定水压作用下地下水易穿过内壁薄弱处涌入井内，造成井壁淋水。 焦煤集团
11、古汉山矿副井，井净径6m，表土段厚214m，冻结段深度271m，井壁结构为双层钢筋混凝土加一层1.5cm厚聚乙烯塑料板夹层。冻结段施工完后，没有适时进行夹层注浆，冻结壁解冻后发生透水，水量达117m3/h，造成淹井事故。 夹层注浆时间选择在冻结段施工内层井壁套壁结束后，利用浇注混凝土的水化热而立即转入夹层注浆，该时间注浆有利于冻结施工向基岩普通法过渡工序衔接的连贯性，有利于减少工序转移、节省辅助作业时间。,永煤集团陈四楼矿主井，井筒净径5m，冲积层厚度369m，冻结深度423m，冻结段套壁全部结束后，开始壁间夹层注浆，注浆方式采用上行分段，段高15m，共注162个钻孔，注入水泥8.2t，注浆评
12、效果甚好。但该井冻结段停冻后21个月，在井深230250m处夹层井壁出现漏水，水量最大达40m3/h，水质有混融现象，出水点在三段滑模接茬处。由此可以看出冻结段成井后，立即转入夹层或壁后注浆主要存在以下弊端： 内壁刚施工完毕，其混凝土强度正处于增长期，立井夹层注浆，内壁会因注浆增压而出现开裂鼓包的现象。 夹层空间并非都处于正温状态，残存冰霜未完全融化，浆液无法置换固态的冰霜，解冻后，因注浆充填不实，而不能充分封堵裂隙，造成井壁漏水。因此，夹层注浆既不能过早，也不能过迟，解冻之后注浆，不仅效果差，困难程度加大，容易发生突水事故。 冻结壁解冻后要及时进行夹层注浆的条件：夹层空间温度要达到正温，一般
13、为25；内壁应具有足够的抗压强度；冻结井壁尚来解冻出水。 目前施工的双层钢筋混凝土无夹层复合井壁，外层井壁受冻融影响较大，出现裂纹有时属于正常情况。套内壁时虽然在混凝土中掺有防水剂或防裂密实剂，但当冻结壁解冻后，由于套壁混凝土接岔不严，蜂窝，麻面及井壁混凝土出现裂纹发生淋水及涌水时，一般需要在出水处钻深孔进行壁后注浆。,（一） 注浆参数及工艺,复合夹层井壁注浆参数与工艺和普通混凝土井壁注浆参数与工艺基本相同，但由于井壁结构不同，涌水特征不一，对注浆材料、注浆压力、注浆方式等应有更多的选择。 1注浆材料 复合井壁内外壁之间有12层聚乙烯塑料板作隔层，内外壁之间空间比较明显，连通性较好，注浆材料多
14、以1：1单液水泥浆为主，辅以CS双液浆，对于极细裂纹可采用有机化合物丙烯酰胺为主剂的MG-646化学浆液。 2. 注浆压力夹层注浆一般在夹层空间与外界无水力联系情况下进行，因此注浆压力不宜过大，一般孔口压力为1.53.0MPa即可，最大注浆压力应小于内壁抗压强度，防止鼓破井壁。 3. 注浆方式,图9-19 注浆工艺流程 1外壁；2内壁；3注浆管；4球阀；5安全阀； 6泄浆阀；7高压胶管；8三通；9注浆泵； 10水泥浆桶；11清水桶；12水玻璃桶；13四通,多数是自下而上逐段进行，段高可达2030m，注浆孔应沿圆周均匀布置，孔数45个不等，排距为67m，孔深以穿过内层井壁进入外壁100mm为宜，
15、注浆孔及工艺流程如图9-19所示。上行首遍注浆，下行检查注浆。,（二）设备布置及工艺,夹层注浆设备多为小型的注浆泵为主要设备，放置在双层吊盘的下盘上，并备有浆液及清水容器。水泥浆液可事先在井口用机械或人工搅拌后，再用吊桶送入井下。CS浆液应在吊桶上随配随注，先用清水冲洗夹层空间，既可疏通注浆通道，又可借此掌握空间大小，为确定注浆压力和注浆量提供依据。注浆时，一孔注浆，同排其它孔暂时关闭，若压力、浆量无异常变化，可进行正常注浆，待上排孔返浆时即行停止。每一分段注浆完毕，待浆液凝固2小时后，用速凝胶泥沿孔深封堵注浆孔。一个注浆分段注浆完成后，再提升吊盘进行上一分段的注浆作业，依此逐段进行。,二、钻
16、井井壁节间注浆及壁后充填注浆,（一）节间注浆,节间注浆是指在预制钻井井壁每节的连接处注浆。钻井井壁在地面预制施工中，根据井径大小每节必须预留46个注浆孔。井壁用浮法下沉时，每节井壁弧焊连接，并对所有焊缝进行外观检查，杜绝砂眼、缺陷及焊缝不饱满现象，在井口对连接好的每节井壁用注浆泵进行低压注浆，注浆时采用浓浆、速凝、少量、间歇式注浆方式，并在注满后维持一定时间以充分注密、注实。节间注浆的目的是保证将分节的钻井井壁连为一体，成井后井壁不能漏水。,（二）壁后注填充填,钻井壁后充填注浆可分壁外注浆和壁内注浆两种形式。壁外注浆是在井壁下沉过程中，在锅底外侧均布几根钢丝绳随井壁一起下沉，井壁下沉结束后注浆
17、管以该钢丝绳为导向沿壁外下放（如图9-21所示），下到既定位置后实施充填注浆。 壁外注浆在工程实践中存在如下问题：, 导向钢丝绳经常缠绕在充填注浆管上，使充填注浆管难以下放到位。 充填注浆管在下放过程中容易折断，致使深井注浆充填置换泥浆率不高。 外注浆管下部很难达到均布和等深要求。,（二）壁后注填充填,图9-22 井壁外下注浆管示意图 1水泥浆池；2注浆泵； 3截止阀；4高压软管； 5压力表；6注浆管； 7逆止阀；8连通管； 9分流管；10排污泵； 11永久井壁；12钻井井帮,壁内注浆是将注浆管在井壁下沉过程中与预埋在井壁底部弯管相接，一般是在井筒预制锅底时，预埋环形分流器，均布预埋几根径向注
18、浆管。在下沉井壁时注浆管从井筒内与径向注浆管相连并随井壁的下沉而向上加长延伸，其注浆管如图9-22所示。,三、沉井减阻注浆与固井壁后注浆,沉井法是在不稳定松散含水地层中开凿井筒的一种特殊施工方法，该法是预先制作好沉井刃角和一段井筒，并在其掩护下边掘进、边下沉，井壁随井筒下沉相应接高的一种施工方法。由于沉井法具有工艺简单、需用设备较少和劳动条件好等优点，因而煤炭、交通、城建、海港等行业均有较多的应用。沉井法施工在井筒下沉的过程中需要克服来自刃角下面的支承力和井壁外侧与土壤接触的摩擦阻力。正面阻力主要取决于所穿过的砂土层的性质，刃角结构和工作面破土情况的好坏；侧面阻力则取决于沉井深度和砂土层性质，
19、沉井越深，侧面阻力越大。减少侧面阻力的方法是于壁后环形空间用注浆法注入触变泥浆。固井注浆是在井筒下沉到设计深度后，需要进行封底和壁后注浆稳固，使井筒不再产生下沉、位移和地表塌陷等现象，确保井筒及附近结构物的安全可靠。,1. 壁后充填泥浆的作用 壁后充填泥浆是为了井壁下沉过程中减少侧面阻力。泥浆或触变泥浆充填井壁和砂土层的作用： 润滑混凝土井壁减少摩擦阻力； 支承土壁防止塌落； 隔离涌水，防止冒砂冒泥； 封闭裂隙，防止泥浆漏失。 减阻方法如图9-23所示。,（一）壁后注入泥浆减阻,2泥浆的原料与配比沉井泥浆一般是用膨润土、水和化学处理剂混合而成，其中膨润土是决定泥浆性质的最基本因素。常用化学掺合
20、剂碳酸钠（Na2CO3）在泥浆中作为粘土的分散剂，可使泥浆降低失水量。,3泥浆的配制与生产流程,4. 输浆管略及其设置方法输浆管一般采用25.4mm76.2mm钢管或胶管，一端与注浆泵连接，另一端至井口，并与三通管相连。注浆管在沉井中的设置分竖管、环管及支管，如图9-25所示。外管法即注浆管设置在沉井外，直接向壁后环形空间注浆，该法的优点是管路安装方便，不受破土机具干扰。但沉井产生偏斜时，管路易被折断，如图9-26所示。井壁预埋管法，如图9-27所示。井壁预留管，如图9-28所示。,（二）固井壁后注浆,固井壁后注浆是在沉井下沉封底，排干积水后，在井筒内进行壁后注浆。其施工程序与普通混凝土井壁后
21、注浆基本相同，但注浆主要目的是为了固井。,四、利用冻结孔管地面进行冻结井筒壁后射孔注浆,利用冻结管地面进行冻结井筒壁后射孔注浆是利用石油井射孔在地层中造成测气通道技术的原理，将专用的射孔枪向冻结管内下放到预定的注浆地层部位，采用聚能式爆破射孔技术，通过引爆射孔枪中的电雷管，使枪中一定数量的射孔弹定时定向爆破，穿透枪体及冻结管，并进入地层一定深度，然后利用冻结管及射孔弹作为注浆管路，在地面进行注浆加固预定地层。既可起到堵水作用，又能减弱地层沉降对井壁的纵向附加力，防止井壁破裂。该法使冻结法凿井井筒注浆加固地层工作地面化，其准备工作简单，安全性好，缩短注浆工期，节省工程费用。某矿新副井深714.6
22、m；净直径6.8m，井筒采用冻结法施工。共布置冻结管36根，其中18根深孔345m，深、浅管间隔布置，冻结管为121mm的无缝钢管。表土段厚160m，井壁结构为钢筋混凝土复合井壁，其底部砾石层厚2.65m覆盖于基岩之上，含水丰富并与基岩地下水有水力联系。基岩强风化裂隙带深度175m，风化带深190m，该风化基岩段即为冻结管射孔注浆加固段。注浆段井壁厚度为11501350mm，其中内壁厚650mm，外壁厚500700mm。C38混凝土井壁承受最大水平侧压力为4.4MPa。冻结孔布置如图9-30所示。,（一）射孔弹射孔原理,图9-32 射孔弹结构示意图 1导爆索孔；2传爆药；3主装药；4亮体； 5
23、药塑罩；6金属射流方向,（二）冻结管射孔工艺及射孔引爆系统,图9-33 冻结管射孔工艺及射孔引爆系统 1仪器车；2井口滑轮；3冻结管；4单芯铠装电缆；5射孔枪； 6风化基岩；7枪头；8接地环；9雷管；10托架； 11导爆索；12射孔弹；13枪体；14安全起爆仪,（三）注浆工艺,图9-34 注浆工艺流程图 1搅拌台；2搅拌机； 3输浆管路；4灰浆桶； 5注浆泵；6管路连接装置； 7灰浆桶；8球形泄压阀； 9高压阀；10注浆管； 11止浆管；12射弹孔,（四）射孔冻结管选择 （五）注浆材料 （六）注浆段高划分与施工顺序 （七）注浆参数,思 考 题,1. 简述普通混凝土井筒壁后注浆方案的主要内容。 2. 普通混凝土井筒壁后注浆施工时应注意哪些问题？ 3. 对已经投入使用的立井井筒实施壁后注浆，如何在井筒中搭建注浆工作平台？ 4. 立井复式壁后注浆的形式有哪些？ 5. 简述冻结井筒壁后注浆的目的和意义。,
