水災防治第9章

1、礦,井,水,災,防,治,01,立,井,井,壁,壁,后,注,漿,第一節(jié),概,述,立井,井壁,壁后,注漿,在井筒施工過程中或施工后，由于筑砌好的井壁漏水,較大，施工困難或不符合驗收規(guī)范和質(zhì)量標準要求而進,行的注漿堵水和井壁加固工作。其實質(zhì)就是將配制好的,漿液從地面利用注漿泵、注漿管路引至井筒中并注入井,壁及壁后空間，充填裂縫，以封堵由含水層經(jīng)井壁不完,整處滲透出來的涌水及加固井壁,適用條件,井筒穿越裂隙含水層段、不穩(wěn)定松散層段、流沙層段,礫石層段，封閉井壁淋水,井壁有集中涌水點，涌水較大,復合井壁夾層需要注漿加固,鉆井井壁需要壁后充填,井壁破碎并有淋水需要注漿加固,立井井壁塌落片幫形成壁后空洞，需

2、要壁后注漿充填等,注漿程序,導,水,修復,井壁,注漿充填,壁后空間,加固,井壁,封堵,涌水,注漿分類,壁內(nèi)注漿,漿液沿輸漿管路，通過注漿管，把漿液注入到井壁裂縫及夾層中，并,擴散一定距離凝膠而達到堵水效果。適用復合井壁以及井壁后流砂軟,弱層部位。如果注漿孔穿過井壁有可能發(fā)生跑砂涌水事故，壁內(nèi)注漿,孔的深度要小于井壁厚度,壁后注漿,鉆孔打過井壁，向壁后注入漿液，漿液在壁后巖層中較大范圍擴散,堵塞涌水通道，封堵井壁淋水和加固壁后空間,特點,使用鑿巖機打眼，孔徑小、鉆孔淺、注漿壓力低，具有施工簡,便、占用設備少、施工速度快，注漿效果好，安全性好等優(yōu)點,第二節(jié),普通混凝土井壁壁后注漿,一、壁后注漿方案

3、,一）注漿分段的劃分,1,分段下行、段內(nèi)上,行式,2,以壁座之間為一段,由下向上注漿,3,以含水層厚度為注,漿分段,圖,9-1,立井壁后注漿分段示意圖,二）注漿孔布置,在計算注漿孔距時經(jīng)常依圖,9-3,所示,d,T,D,R,2,2,2,2,2,2,2,P,圖,9-3,注漿孔孔距計算示意圖,D,擴散直徑,m,Rp,擴散半徑,m,T,充塞厚度,m,合理孔距約為,1.73Rp,料石井壁孔橫距,2,3m,縱孔距,3,4m,等距均勻布置,三）注漿管與注漿管路,1,注漿管,采用25.4mm鋼管作為注漿管，長度視井壁厚度及,深入含水巖層深度而定，但外端要帶,30,50mm,長,絲扣,2,注漿管路,注漿管路是

4、連接注漿泵與注漿管之間的輸漿管，一般,采用兩趟25.4mm鋼管作為骨干注漿管路，管路兩,端與注漿泵和注漿管采用高壓膠管連接，高壓膠管通,過一個混合器與注漿管連接。兩趟注漿管路一趟輸送,水泥漿，一趟輸送水玻璃等化學漿。造孔時可以利用,注漿管路作為壓風管，為鑿巖機提供動力,四）注漿站布置,注漿站設在地面井口附近，注漿站配備雙,液注漿泵,1,2,臺，灰漿攪拌機,1,臺，儲漿池,水池、水玻璃池各,1,個以及配套的供電系統(tǒng)和管,路系統(tǒng),近年來，立井井筒越來越深，化學漿液已,廣泛應用，注漿設備小型化，立井壁后注漿已,將注漿設備布置于工作吊盤上，進行低壓井壁,注漿，以控制注漿壓力,五）注漿壓力,1,用注漿泵

5、加壓時，注漿泵所加之壓力可用式,9-3,計算,H,r,P,P,10.33,0,0,E,T,P,E,注漿泵應加之壓力,MPa,P,T,注漿確定終壓,MPa,H,0,注漿點距地面注漿站高度,m,r,0,漿液比重,t/m,3,當注漿深度較大時，可以利用漿柱產(chǎn)生的壓力注漿。理論上說，漿柱,產(chǎn)生的壓力應減去注漿管內(nèi)靜水壓力，即,H,r,H,P,10.33,0,0,r,H,靜水位高度,m,R,水的比重,t/m,3,實際上由于靜水位原始狀態(tài)被破壞，注漿管內(nèi)產(chǎn)生的靜水位較低,2,用,CS,漿液注漿時，確定注漿終壓常采用含水層原始靜水位加系數(shù)求得,P,P,5,a,0,P,P,10,b,0,P,P,15,c,0,

6、P,a,注漿初始壓力,kg/cm,2,P,b,注漿正常壓力,kg/cm,2,P,c,注漿終壓,kg/cm,2,P,0,注漿點靜水壓力,kg/cm,2,3,根據(jù)井壁強度，確定注漿終壓，即,對于混凝土井壁,K,E,2,RE,P,2,R,E,2,2,對于料石井壁,KE,P,1,R,E,4,P,注漿終壓,MPa,E,井壁厚度,cm,R,井筒內(nèi)徑,m,K,井壁允許抗壓強度,MPa,圖,9-6,壁后注漿管路布置,1,上桶,2,閥門,3,下桶,4,管路閥門,5,7,注漿管及混合器,6,8,壓力表,9,10,孔口閥門,六）注漿材料與漿液配比,大多數(shù)立井壁后注漿采用水泥、水玻璃雙液漿，水,泥一般選用,325,4

7、25,普通硅酸鹽水泥，水玻璃需,要,38Be,和,51Be,兩種,38Be,水玻璃的模數(shù)為,3.1,3.3,用于配置漿液,51Be,水玻璃的模數(shù)為,2.4,2.6,用于拌和速凝膠泥,單液水泥漿,水灰,0.8,1,1,CS,雙泥漿,水灰水玻璃,0.8,1,1,0.1,0.3,二、壁后注漿工藝,一）工藝流程,壁后注漿的工藝有,單液注漿,和,雙液注漿,兩種，廣泛應用,雙液注漿,圖,9-7,井壁雙泵雙液注漿工藝流程,l,手搖泵,2,3,甲、乙液儲漿桶,4,清水桶,5,閥門,6,管路,7,壓力表,8,活接頭,9,短管,10,彎頭,11,混合室,12,三通,13,泄?jié){管,14,閘板閥,15,注漿管,16,

8、高壓膠管,17,井壁,圖,9-8,井壁單泵雙液注漿工藝流程,1,砼井壁,2,巖體,3,注漿埋管,4,注漿孔,5,固定道釘,6,進漿閥,7,三通,8,放漿閥,9,高壓膠管,10,混合器,11,注漿泵,12,安全閥,13,吸水玻璃管,14,吸水泥漿管,15,玻璃水桶,16,過濾器水泥漿桶,17,和漿桶,18,清水桶,19,玻璃水調(diào)節(jié)閥門,二）注漿與堵漏,立井壁后注漿施工,1,注前壓水試驗,2,漿液注入方式,3,造孔,4,堵塞井壁裂縫，防止漏水跑漿,1,壓水沖風塑凝膠泥糊縫,2,五礬快硬膠泥糊縫堵水,三、壁后注漿施工注意事項,制定合理的施工方案和安全技術措施，組織施工人員貫徹學習，保證方,案全面落實

9、,井筒中的工作盤必須穩(wěn)定可靠，確保萬無一失,井筒中工作人員必須佩帶安全帶，安全帶要系在可靠處，工作中要不斷,檢查安全帶,注漿站、工作盤與絞車房三者之間必須安裝對講電話，保持聯(lián)絡信號暢,通,合理安排吊盤上的技術裝備，合理設計各種物品的擺放，保證穩(wěn)定，防,止墜落,導水、糊縫、修復井壁是保證注漿效果的關鍵環(huán)節(jié)，必須認真進行,混合器操作工、司泵工必須時刻注意壓力表的變化，發(fā)現(xiàn)注漿壓力突然,變化，立即停泵處理,保證高壓管、輸漿管、球閥、彎頭、接骨、三通質(zhì)量，防止在高壓狀態(tài),下崩裂傷人,確保注漿材料質(zhì)量合格，正確配置漿液，使?jié){液凝膠時間和流程可控,各工種人員必須堅守自己的工作崗位，厲行崗位職責，不得由他人

10、代替,自己的工作,四、壁后注漿效果檢查與評價,檢查涌水封堵率，殘余水量大小可以說明注漿效,果,檢查對井壁及圍巖的加固效果,檢查漿液材料的消耗量、漿液利用率,第三節(jié),復式壁后注漿,復式注漿的井筒有三種狀態(tài),井筒已全部施工完畢，尚未開始安裝,井筒工程全部完成，并已安裝提升設備,風井井筒已正式通風，不能停風,正在安裝裝備的井筒采用注漿與安裝平行作業(yè)，自上向,下進行，雙層吊盤安裝，單層吊盤注漿,技術裝備已安裝的主井筒，利用箕斗和罐道梁搭固定盤,進行注漿，如圖,9-10,所示,副井利用罐籠頂做工作臺，其與井壁四周縫隙處鑲上折,頁，如圖,9-11,所示,圖,9-10,箕斗改裝（活吊盤）示意圖,A,B,C,

11、D,折頁吊盤,F,儲料間,E,擱桿,K,警鐘,G,N,鐵拉手,T,M3/8,鋼絲繩拉手,圖,9-11,副井制度籠改裝（活吊籃）示意圖,A,警鐘,B,鐵欄桿,C,D,雙折頁工作盤,E,3/8,鋼絲繩拉手,注漿施工時將井筒的淋水段分為若干個分段，每段,2030m,注漿,順序先從上段開始，依次向下。每段由上向下注，避免水頭過高、淋,頭水過猛影響施工,第四節(jié),特種井壁后注漿,特種井壁壁后注漿一般系指采用凍結法、鉆井法,沉井法等方法施工的井壁，如果壁后存在空洞需,要充填，或井壁斷裂給安全生產(chǎn)帶來威脅，需要,采用注漿的方法處理加固井壁,一、凍結井壁壁后注漿,凍結井的井壁多為雙層鋼筋混凝土或雙層鋼筋混凝土復

12、合夾層井壁，在凍結段施,工完成后，井壁受凍融及混凝土質(zhì)量的影響，往往造成井壁裂紋和接茬不實而漏,水、漏砂，應及時進行夾層注漿或壁后注漿。注漿時間受井筒凍結段解凍時間的,制約，而解凍時間又與凍結壁厚度、凍結的原始溫度、巖土層的傳熱特征，地溫,狀況、井內(nèi)通風方式及地面氣溫等多種因素有關,雙層鋼筋混凝土復合夾層井壁是在其內(nèi)外層井壁之間鋪設,1,2,層塑料板，將內(nèi)外,壁隔開，以減少外壁對內(nèi)壁的影響。但夾層將內(nèi)外壁隔開后，內(nèi)外壁之間存在空,隙，徑向?qū)挾?2.5mm,左右。井壁施工完成后，如不適時注漿充填，解凍后，地下,水會通過外層井壁施工接縫和其它縫隙進入夾層空間，在一定水壓作用下地下水,易穿過內(nèi)壁薄弱

13、處涌入井內(nèi)，造成井壁淋水,焦煤集團古漢山礦副井，井凈徑,6m,表土段厚,214m,凍結段深度,271m,井,壁結構為雙層鋼筋混凝土加一層,1.5cm,厚聚乙烯塑料板夾層。凍結段施工完后,沒有適時進行夾層注漿，凍結壁解凍后發(fā)生透水，水量達,117m,3,h,造成淹井,事故,夾層注漿時間選擇在凍結段施工內(nèi)層井壁套壁結束后，利用澆注混凝土的水化熱,而立即轉(zhuǎn)入夾層注漿，該時間注漿有利于凍結施工向基巖普通法過渡工序銜接的,連貫性，有利于減少工序轉(zhuǎn)移、節(jié)省輔助作業(yè)時間,永煤集團陳四樓礦主井，井筒凈徑,5m,沖積層厚度,369m,凍結深度,423m,凍結段套壁全部結束后，開始壁間夾層注漿，注漿方式采用上行分

14、段,段高,15m,共注,162,個鉆孔，注入水泥,8.2t,注漿評效果甚好。但該井凍結段停,凍后,21,個月，在井深,230,250m,處夾層井壁出現(xiàn)漏水，水量最大達,40m3/h,水質(zhì)有混融現(xiàn)象，出水點在三段滑模接茬處。由此可以看出凍結段成井后，立即,轉(zhuǎn)入夾層或壁后注漿主要存在以下弊端,內(nèi)壁剛施工完畢，其混凝土強度正處于增長期，立井夾層注漿，內(nèi)壁會因注漿,增壓而出現(xiàn)開裂鼓包的現(xiàn)象,夾層空間并非都處于正溫狀態(tài)，殘存冰霜未完全融化，漿液無法置換固態(tài)的冰,霜，解凍后，因注漿充填不實，而不能充分封堵裂隙，造成井壁漏水,因此，夾層注漿既不能過早，也不能過遲，解凍之后注漿，不僅效果差，困,難程度加大，容

15、易發(fā)生突水事故,凍結壁解凍后要及時進行夾層注漿的條件：夾層空間溫度要達到正溫，一般,為,2,5,內(nèi)壁應具有足夠的抗壓強度；凍結井壁尚來解凍出水,目前施工的雙層鋼筋混凝土無夾層復合井壁，外層井壁受凍融影響較大，出,現(xiàn)裂紋有時屬于正常情況。套內(nèi)壁時雖然在混凝土中摻有防水劑或防裂密實劑,但當凍結壁解凍后，由于套壁混凝土接岔不嚴，蜂窩，麻面及井壁混凝土出現(xiàn)裂,紋發(fā)生淋水及涌水時，一般需要在出水處鉆深孔進行壁后注漿,一,注漿參數(shù)及工藝,復合夾層井壁注漿參數(shù)與工藝和普通混凝土井壁注漿參數(shù)與工藝基,本相同，但由于井壁結構不同，涌水特征不一，對注漿材料、注漿壓力,注漿方式等應有更多的選擇,1,注漿材料,復合井

16、壁內(nèi)外壁之間有,1,2,層聚乙烯塑料板作隔層，內(nèi)外壁之間空間比,較明顯，連通性較好，注漿材料多以,1,1,單液水泥漿為主，輔以,CS,雙液漿,對于極細裂紋可采用有機化合物丙烯酰胺為主劑的,MG-646,化學漿液,夾層注漿一般在夾層空間與外界無水力聯(lián)系情況下進行，因此注漿壓力不,宜過大，一般孔口壓力為,1.5,3.0MPa,即可，最大注漿壓力應小于內(nèi)壁抗壓,強度，防止鼓破井壁,2,注漿壓力,3,注漿方式,多數(shù)是自下而上逐段進行，段高可達,20,30m,注漿孔應沿圓周均勻布置,孔數(shù),4,5,個不等，排距為,6,7m,孔深,以穿過內(nèi)層井壁進入外壁,100mm,為宜,注漿孔及工藝流程如圖,9-19,所

17、示。上行,首遍注漿，下行檢查注漿,圖,9-19,注漿工藝流程,1,外壁,2,內(nèi)壁,3,注漿管,4,球閥,5,安全閥,6,泄?jié){閥,7,高壓膠管,8,三通,9,注漿泵,10,水泥漿桶,11,清水桶,12,水玻璃桶,13,四通,二）設備布置及工藝,夾層注漿設備多為小型的注漿泵為主要設備，放置,在雙層吊盤的下盤上，并備有漿液及清水容器。水泥漿,液可事先在井口用機械或人工攪拌后，再用吊桶送入井,下,CS,漿液應在吊桶上隨配隨注，先用清水沖洗夾層,空間，既可疏通注漿通道，又可借此掌握空間大小，為,確定注漿壓力和注漿量提供依據(jù)。注漿時，一孔注漿,同排其它孔暫時關閉，若壓力、漿量無異常變化，可進,行正常注漿，

18、待上排孔返漿時即行停止,每一分段注漿完畢，待漿液凝固,2,小時后，用速凝,膠泥沿孔深封堵注漿孔。一個注漿分段注漿完成后，再,提升吊盤進行上一分段的注漿作業(yè)，依此逐段進行,二、鉆井井壁節(jié)間注漿及壁后充填注漿,一）節(jié)間注漿,節(jié)間注漿是指在預制鉆井井壁每節(jié)的連接處注漿。鉆井井壁在,地面預制施工中，根據(jù)井徑大小每節(jié)必須預留,4,6,個注漿孔。井,壁用浮法下沉時，每節(jié)井壁弧焊連接，并對所有焊縫進行外觀檢查,杜絕砂眼、缺陷及焊縫不飽滿現(xiàn)象，在井口對連接好的每節(jié)井壁用,注漿泵進行低壓注漿，注漿時采用濃漿、速凝、少量、間歇式注漿,方式，并在注滿后維持一定時間以充分注密、注實。節(jié)間注漿的目,的是保證將分節(jié)的鉆井

19、井壁連為一體，成井后井壁不能漏水,二）壁后注填充填,鉆井壁后充填注漿可分壁外注漿和壁內(nèi)注漿兩種形式。壁外注漿是在井壁下沉過,程中，在鍋底外側均布幾根鋼絲繩隨井壁一起下沉，井壁下沉結束后注漿管以該,鋼絲繩為導向沿壁外下放（如圖,9-21,所示），下到既定位置后實施充填注漿,壁外注漿在工程實踐中存在如下問題,導向鋼絲繩經(jīng)常纏繞在充填,注漿管上，使充填注漿管難,以下放到位,充填注漿管在下放過程中容,易折斷，致使深井注漿充填,置換泥漿率不高,外注漿管下部很難達到均布,和等深要求,圖,9-21,壁外下充填管注漿示意圖,1,井幫,2,注漿管,3,井壁,二）壁后注填充填,壁內(nèi)注漿是將注漿管在井,壁下沉過程中

20、與預埋在,井壁底部彎管相接，一,般是在井筒預制鍋底時,預埋環(huán)形分流器，均布,預埋幾根徑向注漿管,在下沉井壁時注漿管從,井筒內(nèi)與徑向注漿管相,連并隨井壁的下沉而向,上加長延伸，其注漿管,如圖,9-22,所示,圖,9-22,井壁外下注漿管示意圖,1,水泥漿池,2,注漿泵,3,截止閥,4,高壓軟管,5,壓力表,6,注漿管,7,逆止閥,8,連通管,9,分流管,10,排污泵,11,永久井壁,12,鉆井井幫,三、沉井減阻注漿與固井壁后注漿,沉井法是在不穩(wěn)定松散含水地層中開鑿井筒的一種特殊施工,方法，該法是預先制作好沉井刃角和一段井筒，并在其掩護下邊,掘進、邊下沉，井壁隨井筒下沉相應接高的一種施工方法,由于

21、沉井法具有工藝簡單、需用設備較少和勞動條件好等優(yōu),點，因而煤炭、交通、城建、海港等行業(yè)均有較多的應用,沉井法施工在井筒下沉的過程中需要克服來自刃角下面的支,承力和井壁外側與土壤接觸的摩擦阻力。正面阻力主要取決于所,穿過的砂土層的性質(zhì)，刃角結構和工作面破土情況的好壞；側面,阻力則取決于沉井深度和砂土層性質(zhì)，沉井越深，側面阻力越大,減少側面阻力的方法是于壁后環(huán)形空間用注漿法注入觸變泥漿,固井注漿是在井筒下沉到設計深度后，需要進行封底和壁后,注漿穩(wěn)固，使井筒不再產(chǎn)生下沉、位移和地表塌陷等現(xiàn)象，確保,井筒及附近結構物的安全可靠,一）壁后注入泥漿減阻,1,壁后充填泥漿的作用,壁后充填泥漿是為了井壁下沉過

22、程中減少側面,阻力。泥漿或觸變泥漿充填井壁和砂土層的作,用,潤滑混凝土井壁減少摩擦阻力,支承土壁防止塌落,隔離涌水，防止冒砂冒泥,封閉裂隙，防止泥漿漏失,減阻方法如圖,9-23,所示,圖,9-23,1,套井,2,泥漿,3,沉井,2,泥漿的原料與配比,沉井泥漿一般是用膨潤土、水和化學處理劑,混合而成，其中膨潤土是決定泥漿性質(zhì)的最基本,因素。常用化學摻合劑碳酸鈉,Na,2,CO,3,在泥,漿中作為粘土的分散劑，可使泥漿降低失水量,3,泥漿的配制與生產(chǎn)流程,圖,9-24,泥漿生產(chǎn)流程示意圖,1,工作臺,2,膨潤土和摻合劑,3,攪拌機,4,水管,5,過濾篩,6,注漿泵,7,儲漿池,8,壓力表,9,輸漿

23、管,l0,三通,11,輸漿管（軟管,12,沉井,13,注漿管（豎管,14,注漿管（環(huán)管,4,輸漿管略及其設置方法,輸漿管一般采用25.4mm76.2mm鋼管或膠管，一,端與注漿泵連接，另一端至井口，并與三通管相連,注漿管在沉井中的設置分豎管、環(huán)管及支管，如圖,9-25,所示。外管法即注漿管設置在沉井外，直接向壁后環(huán)形空間注,漿，該法的優(yōu)點是管路安裝方便，不受破土機具干擾。但沉井,產(chǎn)生偏斜時，管路易被折斷，如圖,9-26,所示,井壁預埋管法，如圖,9-27,所示,井壁預留管，如圖,9-28,所示,圖,9-25,內(nèi)管法,圖,9-26,外管法,圖,9-27,井壁預埋管法,圖,9-28,井壁預留管法,

24、1,連接件,2,預埋件,3,預埋鋼筋,4,預留孔道,二）固井壁后注漿,固井壁后注漿是在沉井下沉封底,排干積水后，在井筒內(nèi)進行壁后注漿,其施工程序與普通混凝土井壁后注漿基,本相同，但注漿主要目的是為了固井,四、利用凍結孔管地面進行凍結井筒壁后射孔注漿,利用凍結管地面進行凍結井筒壁后射孔注漿是利用石油井射孔在地層中造成,測氣通道技術的原理，將專用的射孔槍向凍結管內(nèi)下放到預定的注漿地層部位,采用聚能式爆破射孔技術，通過引爆射孔槍中的電雷管，使槍中一定數(shù)量的射孔,彈定時定向爆破，穿透槍體及凍結管，并進入地層一定深度，然后利用凍結管及,射孔彈作為注漿管路，在地面進行注漿加固預定地層。既可起到堵水作用，又能,減弱地層沉降對井壁的縱向附加力，防止井壁破裂。該法使凍結法鑿井井筒注漿,加固地層工作地面化，其準備工作簡單，安全性好，縮短注漿工期，節(jié)