+850m水平井底车场联络巷注浆加固堵水方案综掘二队2018年11月11日+850水平井底车场注浆方案一、所在区域煤（岩）层赋存特征、邻区关系1.工程概况井底车场（+850m）联络巷工作面位于主、副井井底，北侧为矿区主斜井，南侧为矿井水仓，下部未有井巷及采掘工程，巷道设计为直墙半圆拱型，采用锚网+锚索支护，净宽×净高=4000×3600mm，S净=12.6m²，S掘=14.74m²。

工作面巷道布置平面图2.工程地质条件井底车场（+850m）联络巷位于3煤底板与4煤顶板之间，3煤底板以粗粒砂岩及粉砂岩为主，4煤顶板均为粉砂岩，粉砂岩含水率4.23%，较高。

井田全部被第四系（Q）黄土所覆盖，属隐伏式煤田。

根据钻孔揭露及区域资料，井田地层由老至新依次有：三叠系上统上田组（T3s）；侏罗系中统延安组（J2y）、中统直罗组（J2z）、上统安定组（J3a）；白垩系下统宜君组（K1y）；古近系渐新统清水营组（E3q）和第四系（Q）。

其中井底车场（+850m）联络巷位于侏罗系延安组中，其上为直罗组砂岩段。

二、水文地质根据银星二号煤矿井筒检查孔报告可知，本区域内共有四个含水层。

井底车场（+850m）联络巷所在含水层为侏罗系中统延安组上段砂岩裂隙～孔隙承压含水层（Ⅲ）主要由三角洲平原相组成，岩性以灰、灰白色粉～细粒砂岩为主，夹有砂泥岩互层，岩性较致密，钙、泥质胶结，坚硬、颗粒支撑。

含水层厚度24.93～239.82m，平均厚度133.23m，23勘探线以南，厚度一般大于100m,仅在积家井背斜轴部剥蚀外围，厚度有所减小。

该含水层为一复合含水层，各主要煤层顶板一般都有砂岩含水层，属层间孔隙裂隙承压含水层，为煤层顶板直接充水含水层。

三、涌水量井底车场（+850m）联络巷实际涌水量情况：副井井底车场段总涌量：14.7m ³/h；主井井底车场段总涌量：13.5m³/h；合计：28.2m³/h。

四、注浆设计方案技术与经济优选原则技术上可行：在现有工作条件的基础上，制定可行的注浆方案，以满足巷道堵水要求为第一目标，彻底封堵含水层的涌出，并保证注浆堵水加固圈在施工期和运营期保持稳定。

经济上合理：在方案设计和注浆施工过程中，在技术上可行的前提下，始终秉承经济合理的理念。

即在注浆堵水过程中始终力求以最小的耗费取得最好的堵水效果，其中主要考虑注浆过程以及注浆所需资源的配置。

在方案的设计过程中，始终贯彻本原则。

依据目前国内外的注浆工程，提出三种注浆方案，依据技术经济原则对其进行优化比选，最终确定了一种最优的施工方案，达到了技术上可行，经济上合理的要求。

2. 注浆钻孔设计（1）注浆压力注浆结束标准是衡量注浆操作中的一个重要技术指标。

注浆结束标准的制定是保证注浆成功与否的关键。

注浆结束标准主要有注浆压力和单位时间的注浆量两个指标。

注浆压力的确定：主要根据地层岩性及其构造、注浆泵的额定压力、注浆管路的阻力及对压力值的承受能力、含水层的密实程度、裂隙率和含水层静止水压的大小。

一般主要考虑地层的耐压性和出水点处所能承受的水压的较高。

按照国家有关规定，一般在含水层强度许可的情况下，把标准结束压力值规定在出水点所处标高受到的含水层静止水压的1.5－3倍（有时高压注浆结束压力可达静止水压的4－5倍之多）。

（2）注浆量估算注浆量指单孔注浆量，按假设浆液在地层中均匀扩散，注浆量参照下式计算：π•αβLRQ2=n••••其中Q--浆液注入量(m3)；R--浆液有效扩散半径(m)，取R＝2.5~3.0m；L--注浆段长度(m)；n--围岩孔隙率，按地质资料；α--浆液充填系数，取0.8；β—超耗系数（含超注、跑冒消耗），取1.2~1.5。

注浆量按上述公式，往往计算可能与实际出入较大，因而事前难以给出准确的数量，应以现场实际注入量为准。

3.注浆材料性能及选择（1）水泥浆液普通硅酸盐水泥是指凡由硅酸盐水泥熟料，再加入(6～15)％混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料，代号为P·O。

混合材料中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过10%的非活性混合材料来代替。

普通硅酸盐水泥的主要性能指标包括体积安定性、凝结时间、细度及胶砂强度等。

体积安定性指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。

国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。

细度是指水泥颗粒的粗细程度，它是决定水泥性能的重要因素之一。

国家标准规定，硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2／kg；普通硅酸盐水泥的细度用筛余量表示，其80µm方孔筛的筛余量不得超过10％。

强度及强度等级：水泥的强度是评定其质量的主要指标。

根据国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法)》(GB／T17671-1999)规定，水泥强度的测定方法是将水泥和中国ISO标准砂按照质量计以1：3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的棱柱体试件，在20°±1°C的水中养护，分别测定其3天、28天的抗折强度和抗压强度。

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GBl75—1999)规定，普通硅酸盐水泥的强的等级为：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R 六个强度等级，根据3天强度大小，水泥又可分为普通型和早强型两种类型。

其中代号有R的为早强水泥。

（2）水玻璃水玻璃(Na2O·nSiO2，又称泡化碱)。

在酸性固化剂作用下可以产生凝胶，注浆常用的水玻璃是将石英砂与碳酸钠(或硫酸钠)等在高温炉内烧熔产生的。

在烧熔过程中产生下列化学反应。

使用碳酸钠时Na2CO3+nSiO2一Na2O·nSiO2+CO2使用硫酸钠时2Na2SO4+C一2Na2SO3+CO2Na2SO3+nSiO2一Na2nSiO2+SO3由于石英砂与碳酸钠(或硫酸钠)的配比不同又分为中性水玻璃或碱性水玻璃。

由于中性水玻璃较难溶解，因此注浆时常用碱性水玻璃。

描述水玻璃性能的主要指标有波美度(Be)、模数(M)和粘度等。

水玻璃浓度，通常用“波美度”表示，它是比重的另一种表现形式。

1波美度相当于1升水中含10g氯化钠的盐分。

出厂时的水玻璃浓度，通常为50~56波美度，使用时需加水稀释，一般现场使用范围为35~45波美度之间。

实际应用中，要根据需要可以直接购买适合要求波美度的水玻璃。

水玻璃模数和粘度：一般对注浆，模数要求在2.4～2.8左右较为适宜。

粘度是描述水玻璃性质的一种指标。

水玻璃的粘度与模数、波美度、温度有密切关系，一般粘度随温度的降低，模数、波美度的增加而加大。

即Be比重越大，水玻璃的粘度也越高，反之则低。

（3）水泥-水玻璃浆液水泥水玻璃浆液亦称C-S浆液，是以水泥水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液注浆方式注入，是一种用途很广，注入效果良好的注浆材料。

使用时根据注浆要求，用一定体积某种水灰比的水泥浆与一定体积某一波美度的水玻璃浆液混合。

C-S浆液的化学作用原理是水泥的主要成分为硅酸三钙3CaO·SiO2、硅酸二钙3CaO·SiO2、铝酸三钙3CaO·A12O3和铝铁酸四钙4CaO·Al2O2、Fe2O3，而前两种占水泥总量的70％～80％。

当水泥浆液配制时，不断水解和水化生成新的活性很强的氢氧化钙：3CaO·SiO2+nH2O一2CaO·Si02(n—1)H2O+Ca(OH)22CaO·SiO2+mH2O一2CaO·SiO2·mH2O上述两个反应生成含水硅酸二钙，成胶质状态不溶于水，即形成水硬性材料，活性的氢氧化钙与水玻璃很快发生反应：Ca(OH)2 +Na2O·m SiO2 + mH2O 一CaO·mSiO2·MH2O+2NaOH生成凝胶性硅酸钙.由于水泥水玻璃浆液发生反应，则生成具有一定强度的凝胶性硅酸钙，反应连续连行，胶质体强度不断增加，于是就转变为稳定的结晶状态——凝固。

（4）马丽散浆液马丽散是一种低粘度，双组分合成高分子——聚亚胺胶脂材料，采用高压灌注进行堵漏时，树脂和催化剂混合形成的马丽散浆液被高压推挤，注入到围岩裂隙或空洞中，由于其遇水迅速膨胀而且膨胀系数大的特点，对于封堵管道涌水具有较强的优势。

马丽散注浆材料具有以下优越性：○1反应时间可调，遇水发泡膨胀迅速且膨胀系数大，可达30倍；○2浆液稳定性好，失水不收缩，抗分散性好，抗渗性好；○3具有高度粘结力的浆液与待注浆体形成结石体的最终强度高，抗压抗剪强度高、柔韧性好，耐老化，成品抗压强度可达65 Mpa；○4注浆工艺简单，操作方便、安全。

图4和图5分别为马丽散反应效果图和遇水膨胀示意图图3 反应效果图图4 遇水膨胀图4. 注浆材料对比分析水泥货广价廉，结石体强度高，抗渗性能好，注浆工艺简单，易于操作，无污染。

但其颗粒较粗，可注性较差，在细裂隙及粗砂以下岩土体中很难注入，通常只能注裂隙宽度大于0.15～0.3mm的岩层或粒径大于1.1mm的砂砾层；凝胶时间长且难以准确控制，初期强度低，浆液易沉淀析水，易被水稀释，稳定性差。

C-S浆液凝胶时间可调，结石率可达100%，早期强度较高，可注性好，材料来源丰富，价格低廉。

已在地面预注浆、工作面预注浆、处理淹井事故等方面得到了广泛的应用，效果较好，是目前应用最多的浆材之一。

但是它需采用双液注浆系统，工艺复杂，操作困难，而且其后期强度不能得到有效保证。

马丽散浆液在膨胀性能、粘结力、稳定性、强度等方面均有较好表现，而且其工艺简单，操作方便、安全，但是其单价较高，常常用于难度较大的堵水工程。

五、注浆工艺1.普通水泥浆注浆工艺目前单液浆主要指由水泥和水调和配制成的水泥浆液，然后经过泵体作用后，将其灌入到钻孔揭露的含水层中，因此注浆堵水的过程就是浆液的灌注过程。

在单液浆灌注过程中应时刻注意控制水泥浆液的密度。

配置水泥浆液的密度，主要由注浆压力和灌注条件决定。

一般单液注浆中的水泥浆液密度控制在1.3-1.8t/m3之间。

必要时可以添加一定量的细小软骨料。

针对本工程，适宜灌注水泥浆液的泵体可以选择DBGB-30-90/90型注浆泵。

2.双液浆注浆工艺（1）注浆过程在巷道注浆堵水中，特别是在动水状态下，C-S浆液以其优良的性能被广泛应用。

它具有材料来源广泛，凝固时间可调（从几秒到十几分钟），初期凝固强度较高等特点。

但在实际操作中，由于受到水泥、水玻璃的质量、两种浆液混合比例、材料本身的温度和环境温度、灌注操作、造浆设备及其性能和运转状况等因素的影响，往往会发生双液浆到达注浆目的层（以下简称目的层）前在钻孔内提前凝固的现象，致使注浆失败，严重的会发生孔内事故造成钻孔的报废，从而影响整个注浆堵水工程的进展。