宁夏煤业集团石槽村煤矿回风斜井567～592米含水层注浆堵水施工设计工程名称：回风斜井堵水注浆工程编制单位：安徽淮南风华注浆公司编制人：黄绍贤负责人：许金明编制时间：二00七年八月十五日编审人员签字第一章回风斜井概况石槽村回风回风斜井由武汉设计院设计，鸳鸯湖指挥部负责筹建，磁窑堡煤矿承担施工任务。
井筒设计长度844米，设计方位234°，倾角23°，井筒断面为半园拱形，井筒表土段采用预制砼块砌碹支护，砌碹段长度100米，基岩段采用锚喷支护，喷射混凝土强度C20，喷厚120mm。
井筒于2006年9月20日开工建设，截止2007年8月12日，共掘进545米，目前全井筒涌水量为 25 m3/h。
回风斜井为穿层巷道，依据检查孔资料反映基岩倾向234°倾角28～45°, 与井筒夹角约132°。
根据水文地质资料井田内含水层发育，含水丰富，含水层以细砂岩、中粗砂岩为主，含水层裂隙发育，易导水；回风斜井共穿过五个含水层，此次做的设计针对第四个含水层，第四个含水层为粗砂岩含水层，斜长约为25米，涌水量预测为25m3/h。
从前面揭露的三个含水层情况看，揭露后水沿裂隙涌入井筒中，初期有明显压力，压力不大，随后涌水量有所变化，总体呈减小趋势，说明各含水层之间没有水力联系。
井筒由背斜西翼穿过背斜轴部进入东翼，岩层倾向由与井筒反倾变为同倾，岩层倾角由25°渐变至0°后又增至18°，由于处于地层转折端，裂隙较为发育，主要裂隙为走向45°和170°两组，导水裂隙以走向45°裂隙为主，该组裂隙倾向225°倾角60°～85°，多在80°，裂隙间距150～900mm，裂隙宽度小于0.5mm.井筒穿过岩层岩性主要为砂同粒度砂岩和泥岩。
含水层岩性为中、粗粒砂岩，岩层致密，裂隙发育，裂隙为储水空间和导水通道。
隔水层为含粘土砂泥岩体，隔水性能好，隔水层明显，各含水层地下水径流条件较差，水力联系程度较弱。
风井井筒进入煤层前将穿过3个含水层，含水层斜长分别为25米，120米，35米，涌水量分别为30m3/h,170m3/h,70m3/h,期间隔水层厚度分别为78米，50米。
为斜井井筒掘进创造良好的施工条件，实现井筒正常、快速掘进，矿方要求此含水层先进行工作面预注浆堵水后再进行井筒掘进。
第二章注浆方案的选择工作面预注浆有两种方案，即浅孔工作面预注浆方案和中深孔工作面预注浆方案。
浅孔工作面预注浆即是采用手持风钻打眼，每次注浆段长为6M；中深孔工作面预注浆即是中深孔钻机打眼，每次注浆段长为25～30M。
浅孔工作面预注浆优点是：工作灵活，堵水效果好，缺点是：注浆与掘进工作交替频繁，不利于工作安排；中深孔工作面预注浆优点是：注浆与掘进工作交替只一次利于工作安排，缺点是：堵水效果不如浅孔好。
根据我公司以往的施工经验，我们开始推荐的注浆方案为浅孔工作面预注浆方案。
但考虑到建设工期的要求及注浆总工期的角度考虑，本含水层的注浆堵水采用中深孔工作面预注浆结合后注浆的综合注浆堵水方案。
第三章注浆方式及注浆孔布臵一、注浆段长选择此含水层的斜长为25M，注浆段长30m预留止浆岩冒3m。
B=PSλ/[τ].L=8*23*1.2/5*17=2.6m公式中：P=注浆终压mp aS=岩柱断面m2λ=过载系数1.1～1.2[τ]＝岩石允许抗剪强度mp aL＝巷道周边长度m二、注浆孔数及其布臵方式钻孔布臵在迎头工作面，周边眼与底眼采用伞形辐射状布孔。
依据前期注浆施工经验，钻孔参数选择如下：1、钻孔布臵参数1）注浆孔底部间距约L=1m ,墙和拱部为1.16m.2）注浆孔数确定N=14个＝π（D－2A）/C公式中：D＝井筒净直径mA=井筒内布孔圈至井筒净径距离mL＝注浆孔间距底眼5 个，周边眼7个，中间检查孔2个，周边眼布孔原则是：N=Z(D-2A)/L按照巷道轮廓线向里0.2m布臵注浆孔，注浆孔呈扇状锥形体，具体参数见附表及附图。
2、钻孔结构1～14＃孔开孔直径为Ø89mm，注浆管采用3″钢管（见图）。
三、注浆孔实际长度计算注浆孔实际长度按下列公式计算：l=h/cosa×cosß式中：l——注浆孔在空间的实长，m；h——注浆段长度，m；a——注浆孔在底面投影与中线的夹角，度；ß——注浆孔与其底面投影的夹角，度。
详见钻孔布臵参数表:钻孔布臵参数表三、注浆方式注浆顺序按孔号排列顺序进行，每孔采取下行式注浆，在钻孔过程中遇水后即进行注浆，结束后再进行扫孔，钻孔与注浆反复进行，直至钻深达到设计深度。
第四章注浆工艺第一节注浆设备和结构一、注浆设备1、注浆泵：选用兴城市注浆泵厂生产的2TGZ-60/210型双液注浆泵.2TGZ-60/210型注浆泵技术性能2、钻机：选用TXU-75型液压探水钻两台，其特征如下：（1）最大钻进深度（Ø42mm钻杆） 40m（2）开孔直径 89mm（3）钻孔倾斜角度 0～3600（4）配用电机 BJD41-40（6）外形尺寸（长×宽×高） 1150×600×800mm（7）重量 500Kg3、搅拌器：选用JB－500L型搅拌器，容积500L，电机功率2.2KW。
4、泥浆泵：TBW-50/150 用于供水5、孔口管、混合器、抗震压力表、吸浆管、高压胶管1）孔口管：选用3″钢管做孔口管，其长2.0m（自制件见图）。
2）混合器：选用人字型三通混合器3）抗震压力表：选用YK-1型耐压160Kgf/cm2的抗震压力表4）高压胶管：选用2×19×210双层钢丝编制的高压胶管。
二、流程钻机打眼注浆材料准备设备安装、接头浆液配备注水注浆清理第二节注浆站的布臵由于回风斜井倾角大，含水层厚度大，工作面距井口距离远,在布臵注浆站时应考虑施工方便和安全，故注浆站选择布臵在井筒南帮侧迎头附近。
注浆站布臵设备有：一台注浆泵、一台搅拌机、一台泥浆泵等。
第三节注浆顺序及注浆工序一、注浆顺序：钻孔施工顺序两台钻机按注浆孔布臵图所施工 1＃钻机按1＃2＃ 3＃ 4＃ 5＃ 6＃ 13＃ 2＃钻机按 10＃ 11＃ 12＃ 7＃ 8＃ 9＃ 16＃依次施工，按上述注浆方式进行注浆。
二、注浆工序：（一）注浆方式：根据含水层的地质情况，采用中深孔下行式注浆方法。
（二）注浆工序：是根据注浆方式而确定的，采用下列注浆工序：注：虚线表示如果扫孔后堵水或加固效果不好时，应按压水、注浆工序作业。
第四节 注浆参数 一、注浆压力：注浆压力是推动浆液在含水层裂隙及溶洞内运动、扩散、充塞压实的动力。
是注浆参数中最重要的参数之一，亦可人为控制，从而达到预期效果。
具体压力确定如下：据经验公式，参照《建井工程手册》，水泥、水玻璃浆液的注浆压力由下式计算：P 1=P ＋(5～10)Kgf/㎝2=13.5～18.5 Kgf/㎝ 2 P 2=P ＋(10～15)Kgf/㎝2=18.5～23.5 Kgf/㎝ 2P3=P＋(5～10)Kgf/㎝2=23.5～28.5 Kgf/㎝ 2式中：P1――――注浆初压（Kgf/㎝2）P----静水压（Kgf/㎝2）P2----注浆正常压（Kgf/㎝2）P3----注浆终压（Kgf/㎝2）因为注浆终压应为静水压力的3倍，即P3＝28.5×3＝85.5（Kgf/㎝2）设计：初压为1-3mPa,正常压力为5－6 mPa，终压<13 mPa.一般来讲，注浆压力可人为控制，注浆压力应由低向高逐渐过渡，在注浆刚开始的前几个孔，注浆压力要控制低一些，一次注浆达不到终压而注入量较大时，可在低压下结束注浆，而后复注，直到本孔段达到终压，后注孔，因岩层的大中裂隙已被充塞，初期压力就较高，因此注浆终压常要提高到10 Kgf/㎝2，以保证注浆效果。
注浆压力的主要影响因素是岩层裂隙大小，浆液的浓度和注浆量。
裂隙大小不易控制，所以通过掌握浆液的浓度的变化及调节泵量的大小来控制压力的变化。
二、注浆泵量：据仪表上的注浆压力来调节注浆泵量，控制泵量的原则是由大到小，直到注浆泵在最小本泵量。
初始注浆泵量是根据压水泵量来确定的，注浆时，泵量开至初期压力值，由此时的泵量逐渐往下减少到终量，压力逐渐升到终压。
三、浆液注入量：注入的浆液在地层裂隙内形成一个基本的封闭的注浆帷幕，为掘进工作面创造一个良好的作业条件。
注入量采用下列公式计算：单孔注入量：Q＝A〃L〃π〃R2〃η〃ß式中：A——浆液损失系数（1.2～1.5）L——注浆段长 mR——浆液扩散半径（取2-4m）η——岩石裂隙率（0.5-3％）ß——浆液充填系数（0.8-0.9）Q＝1.5×25×3.14×32×3％×0.8＝25.4（m3）注浆段井筒总注入量（Q0）Q0=N〃Q =14×25=356（m3）式中：N——注浆孔数（个）Q0——注浆段井筒总注入量以上皆是按理论及经验公式计算，因受到各种地质因素的限制，与实际存在着一定的差异，故将浆液注入量能以完全封堵水并不浪费材料的前提下为依据。
四、注浆结束的标准：1、一般认为实际浆液注入量大于或接近设计计算的注入量；2、注浆压力呈规律性增加，并达到注浆设计终压；3、达到注浆终压时的最小吸浆为：60-120 L/min；4、维持注浆终压和最小吸浆量的时间为10～15分钟。
五、检查孔：为检查井筒断面裂隙是否全部注实在井筒两侧靠帮开口向另一侧斜穿，有无涌水均需注实。
第五章注浆材料注浆材料是注浆堵水工程中的一个重要组成部分，它关系到注浆工艺、工期、成本及注浆效果。
因此，注浆材料是直接影响注浆经济指标的重要因素。
通过综合比较，结合本矿区的注浆经验，选用水泥－水玻璃浆液。
水泥－水玻璃浆液是将水泥、水玻璃分别配臵成两种浆液，按一定比例，用一台双液泵同时注入。
水泥－水玻璃浆液具有凝结时间快、结石率高、可灌性好，材料来源丰富、价格低廉等诸多优点。
第一节浆液的组成一、浆液组成：1、水泥：采用新鲜52.5＃普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1：1或1：0.82、水玻璃：采用液体硅酸钠型的水玻璃，浓度为40～45Be/之间，模数2.8～3.2之间，最好选用2.6左右的水玻璃作为注浆用浆液。
3、水玻璃模数：选水玻璃模数m＝2.8～3.24、稀释水玻璃所需加水量：V原d原+V水d水=V配d配V原+V水=V配式中：V原——未稀释的水玻璃体积，m3；d原——未稀释的水玻璃比重；V水——所需加水量，m3；d水——水的比重，通常取1；V配——稀释后水玻璃总体积，m3；d配——稀释后的水玻璃比重。