钻井法机械化程度高，全部作业在地面进行，工作条件好，是一种劳动强度小，安全可靠，成井质量好的立井井筒施工方法，适用于各种不同的地质及工程条件，不仅可用于深厚含水不稳定冲积层的井筒施工，也可用于稳定、中等硬度岩层中的井筒施工，但受钻机规格和能力的限制，往往只能钻凿一定直径和深度的井筒。

6.1.4 立井井筒注浆施工法

1.基本原理

注浆法是矿山井巷工程中治水和地层改良的重要手段之一。注浆法通常以注浆泵为动力源，将配置好的具有充塞胶结作用的浆液，通过注浆孔或注浆管注入岩土地层中，浆液以充填或扩散等形式驱走岩土孔隙或裂隙中的水，达到封堵裂隙，隔绝地下水的目的，或将松散岩土层胶结成整体，以减少岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到加固和堵水的目的，然后进行井巷掘进工作

注浆法的分类方法很多，一般有以下几种：

（1）按注浆工作与开挖掘砌的先后顺序分为预注浆法和后注浆法

（2）按使用的注浆材料分为水泥注浆，粘土注浆，化学注浆

（3）按注浆压力分为静压注浆和高压喷射注浆两大类。静压注浆一般压力较低。通常所说的注浆泛指静压注浆，高压喷射注浆一般压力较高（20到70兆帕）流体在喷水外呈射流状

（4）按检验对土体的作用，机理分为充填注浆，渗透注浆，挤密注浆，劈裂注浆等

2.施工工艺

井筒注浆主要包括地面预注浆，工作面预注浆和壁后注浆三类施工作业。地面预注浆通常是在建井准备期，在地面打注浆孔进行注浆。这种方法作业条件好，不占用施工工期，但技术要求高，施工工艺相对复杂。工作面预注浆是指在井巷掘进致离含水层一定距离，在预留止浆岩帽或浇筑混凝土止浆垫的条件下，从掘进工作面钻孔注浆，这种方法施工需占用施工工期，作业条件不如地面好，有高压水时需有防护装置。立井井筒穿过预测涌水量大于十立方每小时的含水岩层或破碎带时，应采用地面预注浆或工作面注浆等进行堵水或者加固。

1）地面预注浆

距地表小于一千米的裂隙含水岩层，当层数多、层间距又不大时，宜采用地面预注浆法施工，地面预注浆多在井筒开挖之前进行，浆液品种的选择，可考虑水泥浆液或粘土水泥浆，水泥—水玻璃浆液或粘土—水泥浆，遇有溶洞时可先灌注岩粉、砂石等惰性材料

立井井筒地面预注浆注浆深度是指注浆孔的终孔深度，注浆深度主要取决于含水层的埋藏条件，应保证在井筒开凿时能有效隔绝地下水。注浆深度确定后，应根据岩层的裂隙性及含水情况划分注浆段。注浆段的划分以保证注浆质量，降低材料消耗量以及加快施工进度为原则，一般将裂隙性相同的岩层划分在同一段高内，裂隙等级相差较大的含水层不宜划分在同一段高内。涌水量和裂隙较大时段高较小，反之较大；段高还应与注浆泵的泵量相适应，泵量小段高应适当缩小。止浆塞是实现分段注浆的重要手段，采用止浆塞分段注浆时，可采用上行式注浆、下行式注浆或上行与下行混合式注浆。

2）工作面预注浆

当立井井筒穿过的含水岩层厚度不大，埋藏较深或者含水层间距较大，中间有良好隔水层时，宜采用工作面预注浆法施工。根据裂隙发育情况，可分层处理，布置灵活，有利于提高堵水效果。立井井筒工作面，预祝将方案包括由单一水平工作面，钻孔注浆和由不同水平工作面钻孔注浆两种。单一水平工作面注浆适用于含水层层数多，层间距较小或无良好隔水层的情况；由不同水平工作面钻孔注浆适用于含水层层间距大，有良好隔水层或层间距接近、无良好隔水层的情况。由于工作面预注浆的注浆孔布置圈径小于井筒净直径，为了在井筒荒径轮廓线外能够形成一定厚度的注浆壁，应根据含水岩层的裂隙产状，采用不同的布孔方式：径向斜孔或径向、切向斜孔，钻孔应沿井筒周边布置，并应与岩层节理、裂隙相交。

为了保证浆液在压力下沿裂隙有效扩散，并防止从工作面跑浆，可采用工作面预留止浆岩帽的方法。当含水层上部有致密的不透水层时，井筒掘进至注浆段以上一定距离即可停止施工，为含水层注浆预留一段止浆岩帽。当井筒工作面不具备预留止浆岩帽条件时，则需砌筑人工止浆垫，人工止浆垫结构形式包括单级球形止浆垫，平底型止浆垫和双级水下浇筑止浆垫等；当井筒工作面岩石较破碎，裂隙发育，有涌水，砌筑止浆垫需铺设碎石滤水层，以便在维持排水条件下保证止浆垫的施工质量。工作面预注浆的段高亦为30到50米，可采用下行式注浆或孔内下止浆塞，一次或多次注完全部含水层。工作面预注浆应采用防止井壁破裂的措施。

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3）壁后注浆

建成后的井筒或正施工的井壁段，遇有井壁渗漏水，漏水带砂，壁后空洞或为提高围岩稳定性等，可采用壁后注浆进行堵水或加固，一般漏水量超过六立方米每小时/井筒深度小于600米或超过十立方米每小时/井筒深度大600米或井壁有集中漏水，漏水量超过0.5立方米每小时的出水点的情况均应进行壁后注浆处理，并应采取防止井壁破坏的措施。

壁厚注浆的工艺应根据井壁结构、质量、漏水特征与壁厚地质、水文地质条件等因素，经技术经济分析确定。壁后注浆的施工顺序应根据含水层的厚度分段进行。对漏水段较长的井筒宜采取由上往下逐段浇筑注浆，每个分段内宜先由下往上注浆，再由上往下复注一次。漏水的井筒段壁后为含水岩层时，注浆孔宜进入岩层1.0米以上，井壁漏水量较大的基岩段井筒宜布设导水孔和泄水孔。注浆管的埋设必须固结牢靠并装有阀门。采用套管法注浆时必须对套管的固结强度进行耐压试验。只有达到注浆终压力后方可使用。

4）注浆设计的主要内容

在进行注浆设计之前，要进行工程地质和岩土工程性质调查。在调查基础上进行注浆设计。目前，注浆参数的精确计算上有一定困难，故多根据经验来确定。注浆设计的主要内容包括：

（1）根据注浆的目的和加固体力学特性、防渗特性、确定注浆加固范围，进行注浆结构计算。

（2）确定注浆量，注浆量的确定应考虑注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率，浆液充填程度根据实际情况分别按渗透注浆、劈裂注浆、挤密注浆进行计算。

（3）确定注浆压力。合理的注浆压力是注浆工程成功的关键，压力过小浆液可能注不进去，压力过大则可能引起地面、基础、结构物的过量变形和破坏。因此，注浆压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力范围内。

立井井筒地面预注浆采用水泥—水泥水玻璃浆液的注浆终压值应为静水压力值的2到4倍，采用粘土—水泥浆液的注浆终压值应为静水压力值的2.5到3倍，注浆孔深大于400米的注浆终压值应为静水压力值的2到2.5倍。立井井筒工作面预注浆的注浆终压值宜大于等于静水压力值的2到4倍。立井井筒壁厚注浆的压力宜大于静水压力的0.5到1.5兆帕，岩石裂隙中的注浆压力可适当提高。工作面预注浆和壁后注浆的压力不得大于井壁的承载能力。

（4）确定注浆孔的间距。浆液的扩散半径与浆液的流变特性、凝胶时间、注浆压力、注浆时间等因素有关。确定注浆范围和注浆半径后就可确定孔间距，孔间距的大小应尽可能的发挥每个孔的作用，又要考虑孔和孔之间浆液的相互搭接。

（5）确定注浆孔深度。井筒地面预注浆注浆深度应超过所注含水层地板以下十米，当井筒底部位于含水层中时，注浆深度应超过井筒底部十米以上，在井壁上钻注浆孔时，钻孔深度应小于井壁厚度。剩余的井壁应起止浆垫作用。井筒在流沙层部时，注浆孔深度必须小于井壁厚度200毫米。井筒采用双层井壁支护时，注浆孔应穿过内壁，进入外壁，进入外壁深度不应大于100毫米。当井壁破裂必须采用破壁注浆时，必须制定专门措施。

（6）确定注浆材料。选择注浆注浆材料，应考虑浆液的可注性，凝胶时间的可控性，结石体的强度和抗渗透性，以及浆液的稳定性，同时还应考虑浆液来源的难易程度及浆液对周围环境的污染性大小。

水泥浆液是由水泥和水配制成的浆液，常用的水泥品种主要是普通硅酸盐水泥。水泥浆液的优点是结石体强度高，透水性低，但其可注性和稳定性较差，凝固时间长且凝固时间难以控制。通常在水泥浆中加入添加剂制成改性水泥浆液。水泥浆属悬浊液，可注对象的渗透系数为十的负三次方到十的负一次方厘米每秒，适用于裂隙岩石或粗粒砂注浆、壁后充填加固。

水玻璃类浆液凝胶时间短，结石体强度高，耐酸性和耐热性好，是一种被广泛应用的化学注浆材料。水泥—水玻璃浆液亦称C—S浆液，是水泥和水玻璃两者按一定比例，采用双液方式注入，必要时加入速凝剂和混凝剂等。水泥—水玻璃浆液克服了单液水泥浆凝结时间长、动水条件下结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果和范围。在地下水流速较大的地层中使用可达到快速堵漏的目的。

3.适用条件

注浆法目前在井巷施工中应用十分广泛，它既可用于为了减少井筒涌水，加快凿井速度，对井筒全深范围内的所有含水层除表土外进行预注浆的打干井施工，又可对裂隙含水岩层和松散砂土层进行堵水加固，在大裂隙、破碎带和大溶洞等复杂地层中也可采用。

注浆施工法的应用主要取决于浆液的粘度（对于各种浆液）和粒度（对于无机浆液），直径为d的颗粒（团），一般只能进入开度大于3d的孔隙或裂隙。一般认为，现有浆液在含泥质较少的中砂，粗砂及卵砾石层中可实现渗透注浆，对于开度小于5 微米的孔隙岩体，（例如粉细砂岩）及裂隙岩体，则不适合进行注浆