大段高多组含水层分段下行注浆法
【专利摘要】本发明公开了一种大段高多组含水层分段下行注浆法，属地层注浆堵水领域。包括打注浆孔；注浆孔分内外两圈布置，内圈注浆孔的圈径、孔数小于外圈注浆孔，内圈注浆孔的径向角大于外圈注浆孔；采用大段高钻孔；打钻采用液压坑道钻机，钻进速度10m/h，具有自动卸杆的功能；注浆孔符合大段高钻注的条件；在注浆孔中安装注浆管，并将注浆管与注浆机连接，在注浆机和注浆管间设止浆垫；注浆：注浆压力选用地下水静压力的2-4倍；前期封堵较大裂隙，取静水压力的2倍；后期针对小裂隙、孔隙，取静水压力的3-4倍。具有费用低、施工速度快、社会效益好等特点。
【专利说明】大段高多组含水层分段下行注浆法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大段高多组含水层分段下行注浆法，属地层注浆堵水施工技术。主要适用于对于地层孔隙水采用大段高(含水层厚度大于120m)注化学浆液，这一注浆技术可为类似地层堵水工作提供有效的借鉴经验，更是工作面预注浆技术的一个重要的补充。
【背景技术】
[0002]随着矿山地下工程开采规模的扩大，越来越多的工程常常遇到各种含水层、砂岩裂隙、孔隙水、灰岩溶洞水、断层破碎带水、岩溶陷落柱水、老空水等复杂地层，这些地层往往水源丰富，涌水量大，可能引起突水、坍塌、冒落等事故，甚至造成淹井和人员伤亡等安全事故。地层注浆堵水施工技术，是治理这些复杂地层，消除可能发生或已经发生水害的有效技术方法之一。
[0003]当立井井筒含水层较多，且层间距较大或埋深较深的条件下，治水方法使用其他方法，如冻结法、地面预注浆法，其工期较长或成本较大。对于这类井巷、硐室堵水，工作面预注浆是首选的方法。
[0004]随着国民经济的发展，能源需求越来越多，浅部井田大部分已开发，而煤炭资源不能再生，新建井筒越来越深，地质条件相应较差。特别是西北地区，开采的是侏罗系延安组煤层。侏罗系地层成岩时间较晚，岩石为半成岩、弱固结状，井帮围岩遇水易泥化、塌帮。含水层的性质与石炭二叠系地层有差别。石炭二叠系含水层一般是胶结程度较硬的砂岩，含水层以裂隙水为主，其单层厚度不超过50m。而侏罗系含水层一般是砂泥质胶结的细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩含水层，以孔隙水为主，厚度较大，如彬县西北的崔木、邵寨等矿井，侏罗系洛河组全段含水，厚度250-300m，宁夏银川南部直罗组强含水层厚度120m左右，内蒙古大多数矿井的侏罗系含水层单层厚度都超过100m。河南、安徽、山东等地较深的井筒，上部覆盖有厚层侏罗系含水层。这些地层由于地质条件复杂，注浆治水又是隐蔽工程，施工中往往由于理论和经验不足，带有盲目性和随意性，致使有些注浆工程尤其是软岩孔隙水注浆，花了很大代价，但未达到预期效果。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种大段高多组含水层分段下行注浆法，具有费用低、施工速度快、社会效益好等特点。
[0006]本发明是以如下技术方案实现的:一种大段高多组含水层分段下行注浆法，具体步骤如下:
[0007]I)打注浆孔；注浆孔分内外两圈布置，内圈孔的圈径、孔数小于外圈孔，内圈孔的径向角大于外圈孔；外圈孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高钻孔；打钻采用液压坑道钻机，钻进速度10m/h，具有自动卸杆的功能，孔深150m ;注浆孔符合大段高钻注的条件；
[0008]2)在注浆孔中安装注浆管，并将注浆管与注浆机连接，在注浆机和注浆管间设止浆垫；止浆垫须能承受注浆终压；井筒内注浆管路采用Φ51Χ6πιπι无缝钢管，孔口管连接的球阀压力为32MPa ;滤水层内的滤水桶采用Φ325.ι或Φ273mm钢管制作，上端焊接高压法兰，下端封闭；
[0009]3)注浆:注浆压力选用地下水静压力的2-4倍；前期封堵较大裂隙，取静水压力的2倍；后期针对小裂隙、孔隙，取静水压力的3-4倍；所述的注浆机的最大压力的2/3需达到终压，防止因满负荷长时间运转造成机具故障；对可注性好的地层，选用2台注浆机同时进行注浆，缩短注浆时间；浆液的搅拌采用井筒浇筑砼用的2台混凝土搅拌机并设置一个二级搅拌站。
[0010]本发明的有益效果是:工作面大段高预注浆对不同深度的含水层，具有灵活性、针对性，并且具有节约费用及工期等优点，与短段高比减少了工序转换发生的一系列问题，如反复停工，复工，职工培训上岗，设备材料的维护、采购等。因此，工作面大段高软岩注浆给各类不同深度的复杂含水地层治理探明了一条新的途径。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]附图1是大段高多组含水层分段下行注浆法的注浆孔分布图。
[0013]图中:1、外圈注浆孔，2、内圈注浆孔。
【具体实施方式】
[0014]一种大段高多组含水层分段下行注浆法，具体步骤如下:
[0015]I)打注浆孔；如图1所示，根据所注地层的水文地质的特点设置注浆孔，注浆孔分内外两圈布置，内圈注浆孔2的圈径、孔数小于外圈注浆孔1，内圈注浆孔2的径向角大于外圈注浆孔；外圈注浆孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高钻孔；打钻采用液压坑道钻机，钻进速度10m/h，具有自动卸杆的功能，孔深150m ;注浆孔符合大段高钻注的条件。还可以设置终孔对上层岩性破碎，喷岩石碎块段进行加固。
[0016]2)在注浆孔中安装注浆管，并将注浆管与注浆机连接，在注浆机和注浆管间设止浆垫；止浆垫须能承受注浆终压；井筒内注浆管路采用Φ51Χ6πιπι无缝钢管，孔口管连接的球阀压力为32MPa ;滤水层内的滤水桶采用Φ 325mm或Φ 273mm钢管制作，上端焊接高压法兰，下端封闭；
[0017]3)注浆:注浆压力是推动浆液在裂隙、孔隙流动、扩散充填、压实的动力，是控制浆液扩散距离的重要因素之一，注浆压力一般选用地下水静压力的2-4倍；前期封堵较大裂隙，取低值，为静水压力的2倍；后期针对小裂隙、孔隙，取高值，为静水压力的3-4倍；所述的注浆机的最大压力的2/3需达到终压，防止因满负荷长时间运转造成机具故障；对可注性好的地层，选用2台注浆机同时进行注浆，缩短注浆时间；浆液的搅拌采用井筒浇筑砼用的2台混凝土搅拌机并设置一个二级搅拌站。
[0018]注浆材料根据特殊地层(孔隙含水层)选择；较实用的材料是尿醛树脂。
[0019]应用实例I
[0020]1.山东安居煤矿副井井筒工作面预注浆施工
[0021]安居煤矿副井井筒净直径6.5m，于-730?-885m段(厚度155m)为侏罗系地层，由红棕色、紫红色泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩组成，泥质胶结，岩性松散，软化系数小于0.75，易泥化。含水层垂直分布比较分散。含水量随着岩石含砂量的增加，颗粒的增大而增大。属大段含水层。含水层的性质属孔隙、裂隙承压水。钻孔涌水量28m3/h，预计井筒涌水量80m3/h，治水方案采取工作面预注浆。注浆孔22个，径向角2.5度，孔间距0.68m,终孔间距2.05m,终孔距荒径3m。段高总长155m，利用一个止浆垫，分4个小分段注浆，划分依据是以岩性和钻孔涌水量大小确定，4个小分段的起止深度是0-45m，45-80m，80-116m，116-155m。钻注顺序是待上一分段达到注浆结束标准，再从孔口打钻延伸至下一段高。
[0022]注浆结束标准是注浆压力18-26Mpa (静水压力的2_3倍)，经扫孔检查，钻孔涌水量小于0.5m3/h0共注入水泥2830t，尿醛树脂110t。每米井筒水泥16t，尿醛树脂0.7t。
[0023]井筒掘进未见涌水，实现了打干井，并且加固了井筒围岩，取得了良好的经济效益和社会效益，为同类工程的治水，提供了成功的新技术应用范例。
[0024]2.山东义能煤矿主井井筒工作面预注浆施工
[0025]山东义能煤矿主井井筒净直径5m，于-647?_770m段(厚度123m)为侏罗系及二叠系地层，由棕褐色、灰白色粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、泥岩组成，主要含水层为中砂岩、粗砂岩，隔水层为粉砂岩、泥岩，含水层与隔水层呈互层状，钻孔涌水量26.6m3/h，预计井筒涌水量70m3/h，治水方案采取工作面预注浆。注浆孔16个，径向角2.8度，孔间距
0.74m,终孔间距3.Sm。使用该止浆垫分3段注浆，划分依据是以岩性和钻孔涌水量大小确定，钻注方法是待上一分段达到注浆结束标准，再从孔口打钻延伸至下一段高。
[0026]注浆结束标准是注浆压力19-23Mpa (静水压力的2.5_3倍)，经扫孔检查，钻孔涌水量小于0.5m3/h。共注入水泥1200t，尿醛树脂730T。每米井筒水泥9.77t，尿醛树脂
5.93t0
[0027]井筒掘进涌水量小于2m3/h，达到了注浆预想效果，并且加固了井筒围岩，取得了良好的经济效益和社会效益，为同类工程的治水，提供了成功的新技术应用范例。
[0028]义能煤矿主井井筒检查孔揭露的地层自上而下有:第四系、侏罗系、二叠系地层，各地层特征分别叙述如下:表土段深度231m，侏罗系深度231?765m，厚534m，由杂色粉砂岩、泥岩及灰色细砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩组成。高角度细小裂隙较发育，含孔隙、裂隙承压水岩性松散，易泥化。地层倾角6°?8°，检查钻孔未发现断层破碎带和溶洞。
[0029]1.注浆设计
[0030]本次注浆层位是侏罗系含水层，注浆段起止深度是620m (隔水层岩帽10m) -775m(进入隔水层10m)，总长度155m。注浆孔设计35个，分2圈布置，内圈孔圈径Φ 3.6m,孔数15个，径向角5°，终孔50m位置孔底落在荒径外3.2m，作用是针对上层岩性破碎，喷岩石碎块段进行加固。外圈孔圈径Φ3.Sm，孔数20个，径向角2.5°，IOOm位置孔底落在荒径外
3.2m, 155m落在荒径外5.6m。作用是封堵孔隙水、裂隙水。
[0031]注浆压力:注浆压力是推动浆液在裂隙、孔隙流动、扩散充填、压实的动力，是控制浆液扩散距离的重要因素之一，一般选用地下水静压力的2-4倍。前期封堵较大裂隙，取低值(静水压力的2倍)；后期针对小裂隙、孔隙，取高值(静水压力的3-4倍)。
[0032]2.注浆施工过程及效果
[0033]注浆施工工序为:止浆垫掘进段高达到要求一用伞钻对下部岩层进行探水(目的是探明含水层的顶板位置和水量，保证埋设孔口管的质量)一上提3m砌壁大模板一利用砌壁大模板搭设钻机平台一将钻机固定在大模板上一埋设孔口管进入岩石2m左右一埋设滤水桶及滤水层一浇筑混凝土并养护7d (期间对止浆垫上部井壁进行壁后注浆加固)一打泄压孔一滤水层及孔口管加固一正常钻、注达到设计要求。
[0034]主立井工作面预注浆工程，从2011年2月4日止浆垫施工结束。在止浆垫以上1.5m井壁周围均匀布置6个泄压孔，首先对井壁和止浆垫加固注浆，防止浆液上窜压坏井壁和止浆垫，注浆压力达到23Mpa (静水压力的3倍)，井壁、止浆垫安然无恙。。
[0035]把工作面35个注浆孔分成3组，第一组孔1#_15#，孔深50m，径向角5°，先行施工，注入水泥浆，主要封堵较大裂隙。第二组、第三组共计20个孔，分2组施工，第二组孔为
单号孔，即17#、19#、21#、23#、25#、27#......35#，孔深100m，径向角2.5°。第三组孔为双号
孔，16#、18#、20#、22#、24#、26#......34#，孔深155m，径向角2.5。，各组孔的注浆压力逐次提
高，然后对第二组孔(单号孔)重新扫开，延深至155m，高压力注入化学浆。
[0036]截止3月30日，总工期45d，共扫孔4次，注入量水泥浆2040t，化学浆1227t，各段工期、涌水量、注浆压力列下:
[0037]第一组孔，钻注日期2月14日-2月20日，钻孔最大涌水量29m3/h降至7m3/h，其他各钻孔涌水量降至7-5m3/h (第二次注浆前扫孔水量)注浆终压15Mpa。
[0038]第二组孔钻注日期2月21日-3月I日，钻孔最大涌水量14m3/h降至7m3/h，其他各钻孔涌水量降至5_3m3/h，注浆终压18Mpa。
[0039]第三组孔钻注日期3月2日-3月14日，钻孔最大涌水量15m3/h降至2m3/h以下，其他钻孔涌水量降至2m3/h，注浆终压23Mpa。
[0040]第二组单号孔钻注日期3月15日-3月30日，钻孔最大涌水量5m3/h降至1.5m3/h，注浆终压24Mpa。
[0041]检查孔:后施工的钻孔检查先施工的钻孔，第二组孔检查第一组孔50m以上的水量，第三组孔检查第二组孔IOOm以上的水量，待第三组孔复注达到钻孔涌水量小于2m3/h后，第四组孔即原第二组孔深度由原IOOm延深至155m，注入化学浆，达到单孔涌水量小于
1.5m3/h。
[0042]井筒开挖后检查注浆效果，井筒总涌水量6m3/h，达到井巷施工规范要求。
[0043]1.钻孔布置见图1。
[0044]2.主井井筒基岩段柱状见表I。
[0045]3.主井井筒基岩段工作面预注浆参数见表2。
[0046]表I主井井筒地质柱状表
[0047]
【权利要求】
1.一种大段高多组含水层分段下行注浆法，其特征在于:具体步骤如下: 1)打注浆孔；注浆孔分内外两圈布置，内圈注浆孔的圈径、孔数小于外圈注浆孔，内圈注浆孔的径向角大于外圈注浆孔；外圈注浆孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高钻孔；打钻采用液压坑道钻机，钻进速度10m/h，具有自动卸杆的功能，孔深150m ;注浆孔符合大段高钻注的条件； 2)在注浆孔中安装注浆管，并将注浆管与注浆机连接，在注浆机和注浆管间设止浆垫；止浆垫须能承受注浆终压；井筒内注浆管路采用Φ51Χ6πιπι无缝钢管，孔口管连接的球阀压力为32MPa ;滤水层内的滤水桶采用Φ 325mm或Φ 273mm钢管制作，上端焊接高压法兰，下端封闭； 3)注浆:注浆压力选用地下水静压力的2-4倍；前期封堵较大裂隙，取静水压力的2倍；后期针对小裂隙、孔隙，取静水压力的3-4倍；所述的注浆机的最大压力的2/3需达到终压，防止因满负荷长时间运转造成机具故障；对可注性好的地层，选用2台注浆机同时进行注浆，缩短注浆时间；浆液的搅拌采用井筒浇筑砼用的2台混凝土搅拌机并设置一个二级搅拌站。
【文档编号】E21D5/04GK103696775SQ201310714779
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】肖西远, 祖玉喜, 李天荣, 闫振斌, 张景军, 康广辉, 谢洪波, 张彦华, 宋连英 申请人:中煤第一建设有限公司