矿 井 水 灾 防 治,1,,第十章 井下巷道注浆技术,第一节 概述,,4,第二节 巷道掘进工作面超前预注浆技术,,,一、注浆方案的选择,6,,（一）确定方案前应搜集分析的技术资料,在过去的20多年里，有400多个矿井被水淹没，死亡2300多人，经济损失高达400多亿元人民币7,,（二）掘进工作面超前预注浆方案的选择,掘进工作面超前预注浆方案选择的基本原则：,注浆方案的选择应以工程量小，占用设备少，材料消耗量小，工期短，注浆效果好，施工安全为原则根据注浆孔布置、钻注方式、注浆段长等的不同，可以有不同的预注浆方案8,,1. 全断面深孔预注浆,全断面布孔，孔径一般为Φ75～108mm，注浆段长40～60m，可以实现高压注浆9,,2. 全断面小孔、多孔预注浆,全断面布孔，用凿岩机或凿岩台车钻孔，孔径Φ42～50mm，注浆段长3～10m，使用高压小流量注浆泵，注CS双液浆，可以实现快速、高效的堵水效果10,,3. 半断面深孔预注浆,前方含水层位于巷道断面上部或下部，可在靠近顶板或底板的半个断面布孔，用普通工程钻机钻孔，孔径Φ75～108mm，注浆段长40～60m，实施高压注浆11,,4. 半断面小孔、多孔预注浆,根据工作面与含水层的相对位置布置注浆孔，用凿岩机或凿岩台车钻孔，孔径Φ42～50mm，注浆段长3～10m，使用高压小流量注浆泵，注CS双液浆，预留一定注浆段作为下一段止浆岩帽。
1）深孔预注浆方案的优缺点优点： ① 用大型钻机钻深孔，注浆段长可以达到60～80m，注浆孔径大，成型好，便于封孔 ② 注浆压力高，注浆范围大，堵水加固效果好 ③ 能充分发挥钻、注设备能力 缺点： ① 用大型钻机钻孔，如果断面大，孔数多，钻机移动不方便，钻注速度慢，工期长 ② 钻孔工作量大，材料消耗多，工程造价高 ③ 每个注浆段需留设10～15m厚的止浆岩帽或需做2～3m厚的止浆墙，增加了工程量2）小孔、多孔预注浆方案的优缺点 优点： ① 用凿岩机或凿岩台车钻孔，灵活方便，钻注速度快，工期短 ② 仅加固巷道周边围岩，使之形成一定厚度的壳体，能起到堵水加固的作用，保证施工安全 ③ 钻注工作量小，注浆材料消耗少，省工省料，工程造价低 缺点： ① 凿岩机、凿岩台车只能钻浅孔，不良岩层钻孔成型不好，不便封孔 ② 压力低，注浆范围小，堵水、注浆效果较深孔注浆差，残留水量较大12,,二、注浆方案设计,13,,,（一）止浆墙形式和参数的选择,（1）预留止浆岩柱巷道欲穿越含水层或破碎带的后部靠近掘进工作面一侧有符合设计厚度要求的隔水层，可以选择预留止浆岩柱作为止浆墙预留止浆岩柱的厚度为5～15m （2）混凝土止浆墙含水层后没有隔水层，或工作面已经揭露了含水层，或工作面附近是冒落破碎带，必须选用混凝土止浆墙。
其形成有单级平面型和柱面型两种，也可以做成多级的，每级厚度2～3m （3）预留止浆岩柱与混凝土止浆墙相结合当含水层后的隔水层厚度不够时，可在留设止浆岩柱的基础上，再浇注一定厚度的止浆墙1. 止浆墙形式的选择,14,,,2. 止浆墙厚度的计算,（1）预留止浆岩柱厚度的计算，如图10-1所示图10-1 预留止浆柱 1－含水岩层；2－预留止浆岩柱； 3—巷道工作面,15,,,,式中 B—— 预留止浆岩柱厚度，m； Pmax——最大注浆压力，MPa，Pmax=Ps+Pe； Ps—— 注浆孔口处的静水压力，MPa； Pe—— 注浆时超过静水压力的注浆压力，也叫剩余压力，MPa； S—— 岩柱断面积，m2； [τ]—— 岩石许用抗剪强度，MPa； l—— 巷道周边长度，m； λ—— 过载系数，一般取1.1～1.2 厚度一般为3～7m，而国外多选用6～12m16,,（2）单级平面型混凝土止浆墙厚度计算，如图10-2所示K—— 安全系数，取1.4～1.5； W—— 作用在墙上的全载荷，KN，W=Pmax•F； F—— 混凝土止浆墙的横断面积，m2； b—— 巷道宽度，m； h—— 巷道高度，m； [σ]—— 混凝土许用抗压强度，MPa,,,图10-2单级平面型止浆墙,17,,（3）单级柱面型混凝土止浆墙厚度计算，如图10-3所示。
式中 R—— 柱面外半径，m； r—— 柱面内半径，m； K—— 安全系数，取1.4～1.518,,（二）注浆方式及段长的选择,1. 注浆方式,注浆方式一般分为：分段前进式、分段后退式分段前进式是从工作面钻孔至含水层开始，钻一段孔注一段浆，反复交替进行，直至通过含水层其优点是，可以多次进行复注，保证注浆质量，在裂隙发育的岩层中和岩层破碎的条件下，止浆塞能起到可靠的止浆效果，缺点是钻孔和注浆交替进行，增加了扫孔等辅助作业时间分段后退式注浆，即注浆孔一次钻到最终位置，使用止浆塞从最前方向后逐段注浆，优点是无复钻过程，可以加快注浆速度，缩短工期，但需要采用性能良好、工作可靠的止浆塞2. 注浆段长 注浆段长是指一次注浆的长度 分为：分段注浆、全段一次注浆 当注浆段长较大时，钻孔会穿过较多的含水层，应分段注浆 全段一次注浆是将注浆孔打到终孔位置后，全孔一次性注浆在破碎岩石中采用分段前进注浆方式，分段长度一般根据钻孔冲洗液的漏失量和维护孔壁的难易程度而定（表10-3）19,,表10-3 破碎岩石中的注浆分段长度,,20,,（三）注浆孔数目与布置,1. 注浆孔的数目注浆孔数目的选择直接影响钻孔工作量的大小，也影响注浆堵水加固的效果。
孔数太多，钻孔成本高，太少浆液可能注不到位因此，必须根据 岩层裂隙的发育程度 注浆压力 浆液的有效扩散半径 尤其所选用的钻注系统，合理确定注浆孔的数目注浆孔径Φ75～108mm，巷道断面8～16m2，孔数8～16个，孔间距1.5～2.0m小孔多孔钻注系统，孔径Φ42～50mm，巷道断面8～16m2，孔数15～30个，孔间距0.8～1.5m对于工程隧道，矿山井下硐室等，断面较大，孔数可按比例增加21,,,2. 注浆孔的布置,,,,22,,,3. 注浆孔与巷道的位置关系,,,,,注浆范围是指巷道周边进行注浆而达到堵水和加固的范围，煤矿井下巷道合理的范围为巷道开挖轮廓线外1.2～1.5m之间 大的工程隧道要根据断面大小、工程具体要求确定注浆范围某海底隧道，穿越海底23.30km，涌水量达960～1140m3/h，采用工作面预注浆，其注浆范围为断面轮廓线的3倍，如图10-7所示23,,三、止浆墙施工,24,,（一）准备工作,25,,（二）止浆墙施工,,,(c),26,,四、注浆孔钻进,,27,,（一）钻孔设备的选择,采用深孔注浆方案，选用普通工程钻机即可一般工作面预注浆分段段长均在30～40m之间，所以选用的钻机不要太大，以小巧灵活、方便移动为主。
DZ-100、DZ-200、MK-3、MK-4、TXU-75或TXU-150型采用小孔多孔注浆方式，一般选用凿岩机钻孔、H169两臂式和TH286四臂液压凿岩台车钻孔、锚杆钻机钻孔对于大断面巷道可设置钻机工作平台，采用多台钻机同时作业28,,（二）钻机的安装,1. 防止注浆孔突水措施如果工作面前方水压较高，钻孔钻进过程中有可能发生突水事故，需要把握好钻进的各个环节，防止钻孔突水对于大型钻机，可采用防止突水及钻杆止退措施和钻杆在孔内续接和退卸时的防水措施 2. 在破碎岩层中钻进注浆孔的注意事项,（三）防止注浆孔突水及安全钻进措施,29,,五、注浆施工工艺,,30,,（一）注浆设备,巷道注浆采用的注浆泵视注浆方案的不同而不同31,,（二）注浆站的布置,注浆站要求安排的设备、管线较多，要布置紧凑，做到井井有条，多而不乱煤矿井下的巷道注浆，注浆站布置在井下，距巷道掘进工作面相距20～30m比较合适平硐或隧道注浆，如果工作面距硐口不超过200m，可考虑将注浆站布置在硐口32,,（三）注浆顺序及施工工序,注浆顺序是指所有注浆孔的钻注次序合理安排注浆顺序，可减少注浆材料消耗量，提高堵水效果一般情况下： 先钻注水流上方的注浆孔，后钻注水流下方向的注浆孔； 先钻注巷道顶部的注浆孔，后钻注巷道两侧及底部的注浆孔； 先钻注外圈孔，后钻注内圈孔。
33,,（四）注浆施工,1. 注浆管路系统试运转 2. 制浆 3. 注浆压力与浆液注入量 4. 浆液配比的控制,表10-4 裂隙含水层的注浆压力,表10-5 破碎岩层和冒落区的注浆压力,34,,,5. 注浆过程中异常情况的处理,35,,,6. 注浆与开挖的关系,一般情况下，注浆段长L与开挖段长L1的关系按下列经验公式确定： 深孔高压预注浆： L1=（0.8～0.9）L 小孔多孔预注浆： L1=（0.7～0.8）L,,每段开挖长度应小于注浆段长3～4m，作为下一分段的止浆岩柱如果采用小孔多孔预注浆，分段段长仅为4～10m，开挖长度只能在2～8m之间注浆与开挖之间的时间间隔，要视注浆材料的凝固时间而定，要求浆液结石体达到足够的强度后方可开挖36,,六、注浆效果的检查与评价,,37,,（一）注浆堵水效果的检查与评价,① 孔检查 ② 开挖直接观察 ③ 注浆情况综合分析判断 ④ 声波探测 ⑤ 围岩变形量测、支护物受力量测，以此间接地判断注浆改善地层的效果 ⑥ 打检查孔做放水实验 ⑦ 注浆后巷道涌水量不大于10m3/h为合格38,,（二）注浆加固效果的检查与评价,破碎岩层中，注浆加固效果可以通过打检查孔、扫孔、压水、复注等方法进行检查和评价。
39,第三节 井下巷道后注浆,,,,巷道后注浆技术可有以下几种类型：,1. 壁后注浆 2. 封堵集中突水点 3. 封堵大面积高压散水 4. 裸体巷道注浆,41,,一、巷道后注浆常用设备及其布置,,42,,（一）常用设备,1. 钻孔设备 （1）凿岩机 （2）风镐 （3）锚杆钻机 （4）普通工程钻机 （5）输浆管路,2. 注浆机具 （1）注浆泵 （2）搅拌机 （3）止浆塞 （4）混合器 （5）输浆管路,43,,（二）注浆站的布置,巷道后注浆应在井下设置相对固定的注浆站，其布置原则和方法与巷道预注浆基本相同44,,二、巷道后注浆施工方案的确定,,45,,（一）制定施工方案的程序和内容,,4. 制定完整的施工方案,46,,（二）后注浆施工方式的基本类型,应用范围有以下几种： ① 巷道大面积渗漏水、淋帮水、砌体破裂、围岩变形等，注浆的目的是堵水和加固 ② 集中突水，突水点只有1～2个，水量大、水压高，注浆目的是以堵水为主 ③ 裂缝或支护砌体开裂漏水，以加固为主采用裂缝表面挖补，布孔加固注浆 ④ 砌体裂隙漏水，壁后空洞，沟通含水层，注浆的目的是加固堵水 ⑤ 巷道揭露断层、构造带或强含水层透水，水量大、压力高、突水点多，以堵水加固为目的。
47,,（三）浆液类型的选择,根据注浆段特征和注浆目的不同，选择不同类型的浆液 ① 巷道砌体开裂、壁后空洞，需要采用充填注浆方式，多选用CS浆液 ② 巷壁裂隙，壁后为砂岩裂隙水，用水泥浆堵水效果不佳时，可以改用化学浆，将凝胶时间调至10～40秒 ③ 封堵大的突水，在不漏浆的情况下，注单液水泥浆如果涌水通道很大，注浆泵长时间不上压，可改注CS双浆48,,（四）注浆系统及工艺流程,取决于所使用的浆液材料和设备布置方式 使用CS双液浆，选用双液可调速注浆泵 使用化学浆，选用耐腐蚀的双液可调速注浆泵49,,（五）注浆段划分和注浆顺序,①力求一次注浆达到封水效果，减少重复注浆次数； ②能为注浆施工创造良好作业条件； ③有效控制漏水，防止扩大漏水区； ④充分利用浆液材料特点，简化施工工艺； ⑤在保证巷道稳定的条件下，提高堵水效果1. 划分注浆分段和确定注浆顺序的基本原则,50,,2. 注浆施工顺序,① 巷道淋水集中，按区分段，逐段注浆；斜巷或暗斜井，采用分区下行注浆顺序 ② 巷道淋水段较长，有明显的出水点，按区分段，先注分散出水点，后注集中出水点 ③ 巷道壁后有空洞，分布面积大，采用下行分段，每段内采用上行注浆。
④ 裸体巷道注浆，围岩裸露面积大，出水段明显，按出水区域分段，逐段注浆 ⑤ 集中出水点，对点下管注浆。