[科普中国]-灌浆掘井法

灌浆掘井法是特殊凿井法的一种。通过预先在井简周围从地表或井筒掘进工作面钻好的一些钻孔，将不透水的胶结物质（如水泥浆、粘土浆、沥青浆及其他化学浆液）压入岩石的裂隙或空洞中，以堵塞地下水的涌出，并使破碎岩石加固，保证凿井工作的顺利进行。适用于穿过有裂隙、空洞且涌水量很大的岩石或岩石破碎带。1

灌浆掘井法历史早在50年代初，煤矿生产建设中，就利用注浆法治理水害。但由于是注浆法的初型，技术比较落后，理论较差，注浆效果不理想。随着建井研究所的成立，诞生了专门从事注浆技术研究与开发的注浆研究室。40年来，在研究开发和推广应用注浆技术方面，取得许多重要的科研成果，卓有成效地治理了许多地下水害，丰富了注浆经验，发展了注浆技术，把注浆技术，提高到了一个新水平。为煤炭工业的发展起到一定的作用，做出了积极的贡献。

60年代以后，我国煤矿注浆技术有了很大的发展。注浆材料从单纯的水泥浆，发展到C-S液，即水泥一水玻璃浆液，MG-646，聚氨酯（包括水溶性聚氨酯）及其他化学浆液。近年来又开发了以粘土为主剂的CL-C型粘土水泥浆，降低了注浆成本，为优质高效注浆闯出一条新路子。随着注浆材料的发展，在注浆设备、机具方面，研制出一系列专用注浆泵、高精度的陀螺定向测斜仪，高效的冻注钻机，KWS型止浆塞，注浆研究室研究开发的许多注浆新工艺、新材料，在其技术水平，工程效果等方面，不少已达到国际先进水平。

流量测井技术的开发为井筒涌水量的预测，注浆效果的检测提供了可靠和准确的技术手段。在软弱地层中研究出单管、二二重管、三重管高压喷射注浆法，在加固土体形状和浆液流向方面，运用旋喷、定喷、定摆喷技术，不仅在煤矿建设中应用，还在土建、坝基及交通工程中发挥了作用。2

注浆材料注浆材料是注浆技术中的重要部分，依靠注浆材料在注浆过程中由流体变成固体，对受注地层起到加固和堵水的作用。

水泥浆液是较原始的注浆材料，它是利用水泥和水调制成单液水泥浆。由于单液水泥浆凝固时间长，60年代研究出许多种水泥浆的速凝早强剂、塑化剂、悬浮剂等，其中效果最佳的是三乙醇胺-氯化钠复合添加剂，它使容重为1.49的水泥浆的初凝时间由14h，缩短到6～7h，当受注含水岩层的注浆段的吸水量小于200L/min时，可取得良好的注浆效果。

但在注浆段吸水量大于200L/min时，或是动水条件下注浆，水泥消耗量大，流失多，效果差。为了改变水泥浆的性能，60年代后期，率先开发了水泥-水玻璃双液浆。它克服了单液水泥浆凝固时间长，不能调节和结石率低等缺点，又具备单液水泥浆的基本优点。这种新型浆液研究成功，是水泥浆液的一大发展，注浆技术的重大突破，它奠定了注浆技术的基础。现今全国流行的软土地层中压密注浆（或称劈裂注浆、挤压注浆），煤炭行业中“直接堵漏”，“破壁注浆”技术都是水泥-水玻璃双液注浆研究成果的扩大应用。

在预注浆技术中，使用水泥-水玻璃浆液需要应用双液双系统注入方式，存在着设备多、操作复杂、进浆比例不容易控制等问题，因此，在80年代初期又研究出AC型、SC型、HC型三种新型单液水泥浆，其中C是常用水泥，A、S、H是特殊水泥，添加这些特殊水泥的水泥浆，其凝固时间可以根据需要从十几分钟到几小时范围内随意调节，能够采用单液注浆工艺，设备少，操作简单，对提高注浆效果有一定的作用。

为了减少水泥的用量，降低注浆工程的成本，80年代中期，又开发出将粉煤灰应用于注浆的技术。使用水泥用量的20%～50%的粉煤灰代替水泥，获得较广泛的应用。90年代初，研究了CL-C型的粘土水泥浆。它是综合注浆法的技术的重要内容。该浆液是由粘土（就地取材）、水泥、结构型添加剂和水配制而成，粘土是浆液的主要成分。它具有结构性能和整体稳定性好，塑性强度高，析水率低。遇水不分散及良好的可注性等特点。该浆液研究成功，是注浆技术的重大革新。

在细小裂隙和渗透系数小于10-3cm/s或含泥量大于30%的含水砂层中，应用颗粒性浆液材料堵水和渗透固结是无济于事的。从60年代初期，开始致力于研究化学注浆材料，首先研究成功丙烯酰胺类的化学浆液，称为MG-646化学浆液，水电系统随后也开发出同类浆液，称“丙凝”浆液。这种化学浆液，具有粘度低、可注性好、凝胶时间可以准确地调节和控制，加固后土体的抗渗性能好。它的出现，填补了我国化学注浆技术的空白，其性能指标达到美国的“AM-9”和日本的“日东-SS”的同类产品的先进水平。

注浆设备与机具把注浆材料注入到地层的裂隙、孔隙、洞穴而堵塞过水通道，达到堵水、帷幕防渗、加固的作用，就必需有一定的注浆设备、机具和输浆的管路形成注浆系统，使浆液注入到指定的受注地层。60年代以前，我国只有代用的注浆设备与机具，难以保证注浆的质量与效果。

由于MG-646、水泥-水玻璃等双液浆的出现，双液双系统的注浆工艺随之开发，对注浆设备和机具提出更高的要求。注浆设备、机具对注浆技术是否适应，匹配的合理性与先进性不但直接影响注浆的效果和质量，而且体现出注浆技术的机械化、自动化的水平。北京建井研究所从60年代末开始，重点致力于研究、设计、制造专用的注浆泵和止浆塞。

化学注浆材料多数是由甲、乙两液构成，采用双液双系统的注浆方式。一般存在着带有腐蚀性的化学试剂。2MJ-3m3/4MPa隔膜计量泵，是专为适应双液注浆而设计的，它有两个泵缸头，用隔膜驱动，与浆液接触的构件是采用耐腐蚀性的材料制作的，它的两个缸可以输送同1种浆液，也可以分别送甲液、乙液。利用调节机构的手轮，在运转或停机的状态下，任意改变柱塞的行程，进行浆液排量的调节。此泵最大排量50L/min，最大工作压力3.92MPa。主要用于后注浆和浅薄流砂层的预注浆，输送化学浆液、水泥-水玻璃浆液和其他浆液等，获煤炭科学研究总院科技进步二等奖。同期，为适应双液注浆的需要，研制出甲液、乙液的混合器，在这种混合器开发之前，采用Y型管使甲液、乙液混合。在甲、乙两液输送的排量、工作压力不同的情况下，会发生串浆现象，导致管路堵塞事故，新型混合器具有逆止阀机构，因而避免了浆液互相串流凝固堵管事故的发生，也能使甲、乙两液混合均匀，提高注浆效果。

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学