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脲醛树脂

脲醛树脂用于立井井筒施工孔隙含水层的注浆办法

返回列表 来源:河南派胜祥化工有限公司 日期:2019-01-29 08:48:28
脲醛树脂用于立井井筒施工孔隙含水层的注浆办法 
摘要
立井施工对公开水的管理,通常采用冻结法、注浆法。普遍以为冻结法比拟成熟、平安、牢靠,注浆法牢靠性差,笔者以为治水计划的选择,应依据含水层的岩性、埋藏深度、厚度、富水性综合思索。一些井筒注浆失败的缘由,不在于办法的错误,而是选择的技术参数不合理,施工单位的操作不当所形成。本文以宁东石槽村煤矿副井、红柳煤矿风井为例,阐述注浆法的优越性,对相似孔隙含水层管理,提供自创经历。
引言
立井施工对公开水的管理,采用冻结法或注浆法各有优缺陷,应在充沛对地质结构、水文地质条件充沛理解的根底上经综合剖析、论证、定量,决策施工办法,特别当前矿山行业处于低谷时期更易如此。本文对胜利施行注浆法的两井筒做一简述,旨在阐明正确的选择和肯定合适工程地质和水文地质条件的注浆技术参数,是保证注浆质量、进步堵水速度和效率必不可少的技术措施;另,对运用化学浆的留意事项及浆液扩散半径、注浆帷幕厚度停止阐明、讨论,对相似含水层管理提供参考根据。
1宁东石槽村煤矿副立井空中预注浆
1.1 井筒技术特征
井筒深度542.6m,井筒净直径9.0m,采用壁厚500mm 的C40单层素混凝土构造。
1.2 地质水文地质
第三系亚砂土层0~9.4m,由弱胶结的含粘土砂组成;基岩层:由侏罗系泥岩、不同粒级的砂岩及煤层组成,弱胶结、半成岩,抗压强度均匀14.02MPa,软化系数0.43~0.60,属不稳定到弱稳定岩层。中砂岩、粗砂岩为含水层,含孔隙、裂隙承压水,估计井筒涌水量391m3/h。
1.3 空中预注浆参数
1.3.1 孔数及圈径
注浆孔10个,直孔布置圈径13m、孔深300m,“S”孔布置圈径25m、孔深290m进入设计的区域后,下入导管,停止直孔段(即290~552m)。
1.3.2 施工次第
钻机在井口位置施工直孔,待直孔完成钻注施工后,把钻孔移到井架外圈,用陀螺仪及螺杆钻具定向钻进。钻孔轨迹与直孔交汇10m,并垂直钻注终孔。采用“S”孔布置能够:让出井口位置,井架装置及井筒施工,与空中预注浆平行作业,缩短建井总工期。
1.3.3 注浆参数
注浆压力是驱动浆液在裂隙中活动、扩散、充塞、压实的能量,是控制浆液运转的重要要素之一。注浆终压宜大于静水压力的2~4倍,在岩石裂隙中的注浆压力可恰当进步。
采用公式P=(2~4)PH
式中:P为注浆终压(MPa);PH为静水压力(MPa).
(1)注浆终压:岩帽段孔深30m,P岩帽=2PH;
 基岩段:P基岩=3PH,并依据各段高、进浆量调整注浆终压;
(2)注浆流量:Q≤250L/min(岩帽段Q≤150L/min);
(3)稳定时间:T≥20min;
(4)浆液类型:岩帽段运用单液水泥浆,破碎带交叉运用一局部单液水泥浆,其他注浆段运用粘土水泥浆(代号CI-C)。
1.4 封堵孔隙水的途径和办法
侏罗系岩性,未经压实,岩石颗粒间孔隙未充填、半充填,孔隙极小。例如中砂岩,颗粒直径小于0.5mm,其间的孔隙小于0.08mm。
成岩过程中,经过漫长的地质年代,岩石孔隙再充填及压密,孔隙则变小,公开水能自在运动,颗粒状的物质不能注入,只要液体物质才干浸透。例如石槽村矿主斜井600~630m段,中砂岩,孔隙水,井帮只看到淋水,未见到涌水点,涌水量80m3/h。经综合剖析,公开水的运动是遭到地质结构控制,结构运动产生裂隙、断层、结构单薄带,这些含水、透水空间与岩石孔隙构成了公开水运动网络。粘土水泥浆具有易活动的性质,而且本钱低,采用大泵量(流量350L/min)注入,把大小裂隙、层面及各涌水通道封堵,切断了井筒外围孔隙水的补给来源,到达打干井的目的。注浆过程中,接近注浆终压,间隔600m外的主斜井发现跑浆,采取间歇式、点注、加大浓度等方法后,不再跑浆,为了补偿跑浆形成的小裂隙进浆量少,需采取大于设计终压1~2MPa的注浆压力,促使浆液压入更细小的裂隙。
1.5 注浆工期、效果
投入5台钻机、2台注浆泵,总工期7个月,总注入量23450m3,每米井筒注入量43m3,井筒开挖总涌水量4.3m3/h。
2红柳煤矿副立井工作面预注浆
2.1 水文地质条件
含水段303~358m,由不同粒级的砂岩、泥岩组成,其中中砂岩、粗砂岩、砂砾岩含孔隙、裂隙承压水,估计井筒涌水量88m3/h。
2.2 注浆孔深度、孔数、压力
(1)注浆段长度: 预留岩帽及施工止浆垫10m,终孔深度应超越所注含水层底板以下10m[1],即井深368m,故注浆段长度为75m。
(2)注浆孔数:因地层以孔隙水为主,并且有高角度细小裂隙水,注浆孔终孔间距不超越2m,共布置12个注浆孔,终孔位置距井筒荒径2.4m。
(3)注浆压力:软岩的孔隙、裂隙具可塑性,只要高压力作用下裂隙或层面方能停止正常注浆。随着注浆压力升高、注入量的增大,涌水网络被充填,才干到达堵水效果,注浆终压取静水压力的3倍,即11MPa。
2.3 注浆资料
注浆资料的选择与注浆地层的裂隙、孔隙的大小、含水透水性有关,不论采取何种资料注浆,构成的帷幕体的厚度、强度,应能抵御水头的压力,能经得起爆破工程的震动。注浆初期,止浆垫外围的岩石爆决裂隙和含水层中有较大裂隙,先注入P.O42.5普通硅酸盐水泥浆;当上述裂隙充填后,压力上升,注入化学浆,即脲醛树脂和草酸溶液。
2.4 注浆方式
采用下行式钻注,依据岩性、钻孔涌水量决议注浆段高。设计分3小段注浆,同时思索钻孔涌水量,当钻孔涌水量≥10m3/h,减少段高、中止钻进、停止注浆,待上一段高注浆完毕后,再钻注下一段高。为了进步注浆效果、浆液扩散平均,分4序孔施工,后序孔检查前序孔注浆效果,以终孔涌水量剖析判别注浆效果。
2.5 运用化学浆技术措施
2.5.1 浆液的合理调制
脲醛树脂与草酸溶液的体积比2:1,混合后呈软塑状,并快速凝固。注浆过程调理进浆阀,一直坚持该比例。草酸溶液的浓度依据当地的气温、水质提早实验。草酸溶液的浓度应先稀后浓,逐渐进步浓度,切莫快速进步浓度,形成忽然升压。施工中应有专人担任,剖析注入量、浓度、压力的关系,随时调理浓度,否则堵水效果差或者无任何作用。例如甘肃核桃峪矿、宁夏、内蒙等井筒,因未控制化学浆的性能而失败。
2.5.2 注浆孔间距、注浆压力的选择
该浆液初凝前呈软塑状,易被水稀释,失去作用。因目前设备等缘由,两种浆液进入混合器后混合效果比实验室较差,大局部未充沛混合的液体呈泡沫状,只要少局部快速凝固。所以有效扩散间隔小,注浆孔间距普通应小于2m,同时需增大压力(静水压力的2~4倍)才干到达设计的帷幕厚度。当原设计的孔数不能满足堵水效果时,应加密注浆孔。
2.6 钻注效果
钻注工期:40d,运用P.O42.5普通硅酸盐水泥130t,脲醛树脂60t,井筒掘进注浆段涌水量1.8m3/h。
3结论
3.1 注入化学浆的条件
(1)一个含水层常常有大小不同的裂隙和孔隙,注浆初期,水泥浆首先封堵凿井爆破岩石震动裂隙、结构裂隙;但不能进入岩石孔隙。假如继续增大注浆压力,水泥浆中的水分被挤入孔隙,水泥颗粒残存在钻孔内,有时堆积到注浆管内,钻孔仍有涌水,此时,应当扫孔后,注入液体状的化学浆。
(2)注浆段内有多层岩性互层,软硬不一,当注浆压力大于某层岩石的抗剪强度,或大于层间的接合力时,水泥浆沿剪切的决裂带或层面流窜较远(几米到几十米),被公开水稀释,形成大量吃浆,但没注入孔隙,无堵水效果。例如宁东某井筒1个注浆孔注入近百吨水泥,扫孔后仍涌水。鲁西南某井筒每米井筒注入水泥90多吨,仍堵不住涌水。所以,当注入大量水泥浆后,堵水效果差的状况,应注入化学浆。
3.2 浆液扩散半径、注浆帷幕厚度的讨论
浆液的运动是由注浆压力的推进下,沿孔隙、裂隙、层面等通道运转,由于围岩的阻力,逐步沉淀、堆积、压实。在一个注浆段高内,浆液先后的运转道路是,先充填大裂隙,后充填小裂隙、孔隙。扩散间隔的远近与注浆压力、岩石的性质有关,计算办法不同于冻结法的公式,冰柱沿冻结管外围较平均扩展,有科学的计算根据。而注浆扩散半径,仅仅适用于理想平均的地质条件,即砂砾粒度、孔隙平均散布,或岩石裂隙呈规则的网状团结。实践岩体的裂隙、孔隙发育呈各向异性,大小不一,并具有充填物。浆液扩散间隔,随着裂隙的方向、大小、而变化。目前还没有完善的公式计算,所采用的公式仅用于理论计算。实践的操作应以注浆过程中的各孔与各段材料剖析、评价注浆扩散范围及帷幕厚度。
3.3 冻结法、注浆法作比拟
松软含水地层管理首选方法应当是冻结法。侏罗系软岩地层,岩石具有一定的抗压强度,应中选择注浆法。空中预注浆的造价普通是冻结法的1/2~2/3,而且设备简单,钻探工程量少,凿井后,无需二次套壁并减少了掘进断面。至于牢靠性差,关键在于科学的设计和增强施工管理。
当含水层埋藏较深,若采用冻结法从井口到含水层底板冻结,工期及经济效益都是损失,应中选择工作面预注浆法,对高角度细小裂隙水、孔隙水,先注入普通水泥,依次注入超细水泥、化学浆液。注入化学浆液,每米井筒注浆费用约10~15万元,比全井筒的冻结费用是俭省。

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