CN114320308A - 一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺 - Google Patents
一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，采用现场地应力测试和数值模拟分析，反演得到深部非对称应力分布情况，建立深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕力学模型，采用物理模型试验和数值模拟试验分析钻爆法凿井过程中围岩爆破致裂区和卸荷劣化区范围，确定非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围的几何参数；对非对称应力条件下深竖井注浆堵水帷幕布设进行设计，确定有效注浆帷幕厚度，明确地面预注浆钻孔布孔形式和注浆工艺参数。所提供的深部非对称应力场条件下注浆帷幕设计方法适用于我国西部深井采矿领域井筒建设中基岩水害防治，可保证深部非对称应力场条件下，钻爆法施工的大断面竖井井筒安全穿越基岩含水层。
Description
技术领域
本发明涉及深部矿井竖井基岩高压水害防治技术领域。具体地说是一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺。
背景技术
随着浅部资源日趋枯竭，我国加快深部矿产资源开采进程。深部开采需要建设地面通达矿层的竖井井筒。由于深部工程面临的地质环境十分恶劣，井筒基岩段高压水害严重制约了深竖井安全快速建设。目前，井筒基岩水害一般采用预注浆技术，沿井筒形成封闭的注浆堵水帷幕。由于地质构造运动的影响，我国西部地区地应力呈现非对称应力场特征。在深部非对称高应力和凿井爆破开挖强烈施工扰动等因素影响下，竖井围岩注浆帷幕破坏范围与轴对称条件下存在明显差别。由于传统竖井注浆帷幕设计仅考虑轴对称应力条件，凿井过程中注浆帷幕破坏深度和浆液扩散距离主要依靠工程经验取值，不能满足深部开采非对称应力条件下井筒防治水需要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种考虑深部非对称应力和和凿井爆破开挖强烈施工扰动条件下，竖井围岩爆破致裂范围和卸荷劣化范围的竖井地面预注浆堵水帷幕设计方法及注浆工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，包括如下步骤：
(A)采用现场地应力测试和数值模拟分析，反演得到深部非对称应力分布情况；
(B)建立深部非对称应力条件下竖井围岩力学模型，采用物理模型试验和数值模拟分析钻爆法凿井过程中围岩破致裂区和卸荷劣化区范围，确定非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围的几何参数；
(C)根据实际地质条件，考虑浆液扩散范围、竖井围岩开挖破坏范围，在总注浆量最小原则下，对非对称应力条件下深竖井注浆堵水帷幕布设进行设计，确定有效注浆帷幕厚度，明确地面预注浆钻孔布孔形式和注浆工艺参数。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(A)中；
(A-1)利用现场井筒检查孔开展深部非对称地应力测试，获得深部基岩含水层地应力大小及方向，包括水平最大主应力值、水平最小主应力值及其主应力方向；
(A-2)根据矿井地质条件，采用数值模拟方法，建立符合现场实际情况的数值模型，调整模型边界条件，直至数值模拟结果与现场应力测试结果吻合，并将此时围岩应力作为基岩含水层的初始应力场。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(A-1)中：非对称应力测试采用钻杆式深孔水压致裂地应力测量系统，测试深度500～1200m，封隔器坐封压力50～80MPa；地应力测试钻孔采用竖井井筒检查孔，避免单独施工地应力测试钻孔，节约工程成本。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(A-2)中，竖井基岩含水层初始应力场数值模拟方法采用有限差分数值模拟方法，地应力反演分析中，考虑竖直方向上不同地层造成的材料异质性，而将同一地层视作横向各向同性材料，模型尺寸取开挖半径的10倍，调整水平方向应力大小和竖直方向应力梯度0.015～0.028MPa/m，直至压裂点地应力模拟结果与测试结果一致，并将此时的应力场作为模型初始应力场。
11.根据权利要求2所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(B)中，包括如下步骤：
(B-1)考虑竖井钻爆法开挖过程中爆炸应力波对围岩的影响，采用连续-非连续模拟方法，分析爆破致裂区范围，得到竖井围岩爆破致裂区半径；
(B-2)铺设竖井注浆帷幕相似模拟试样，试样为立方形，模型材料采用砂、石膏、添加剂和水配制，模型相似比为1:20～1:50；
非对称应力场条件采用两套独立液压加载控制系统实现最大水平主应力和最小水平主应力的控制；
模拟过程中，开挖半径为围岩爆破劣化半径，并采用数字图像分析方法获得围岩卸荷劣化范围，得到椭圆形劣化区的长半轴a1和短半轴b1；
(B-3)将步骤(A-2)数值模型导入离散元模拟分析软件，采用拉-剪复合破裂准则，模拟开挖后竖井围岩卸荷劣化范围,得到椭圆形劣化区的长半轴a2和短半轴b2；
(B-4)对室内相似模拟试验和数值模拟得到的竖井围岩劣化范围进行比较，取较大的椭圆形卸荷劣化范围进行后续注浆帷幕设计，a＝max{a1，a2}，b＝max{b1，b2}。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(C)中：
(C-1)考虑浆液扩散范围和竖井围岩开挖破坏范围进行竖井注浆帷幕设计，包括帷幕形式，注浆孔钻孔平面布置方式；
(C-2)考虑地层富水情况，进行竖井井筒地面预注浆工程钻探与注浆工艺参数设计。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(C-1)中：
帷幕形式：设计竖井注浆帷幕形式为椭圆环形，注浆帷幕厚度为满足深部高压地下水封堵要求的最小注浆帷幕厚度的1.2～1.5倍；
注浆孔钻孔平面布置方式：地面预注浆钻孔采用椭圆形布置，注浆钻孔布孔落点椭圆位于非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围外侧1.0到2.0m，即δ＝1.0～2.0m，竖井围岩开挖破坏范围包括爆破致裂区和卸荷劣化区，也即注浆钻孔布孔落点椭圆长半轴a0＝a+δ；注浆钻孔布孔落点椭圆短半轴b0＝b+δ；δ为布孔落点椭圆与竖井围岩开挖破坏范围间距离；
注浆钻孔孔间距不相等，为使有效堵水帷幕厚度得到保证，注浆钻孔从布孔椭圆短半轴b0端至长半轴a0端，注浆孔孔间距逐步缩小。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(C-2)中：
注浆钻孔地面开孔位置需布置在凿井设施外围，对于距离井筒较近的短半轴b0端，注浆孔采用S型分支孔形式，距离井筒较远的长半轴a0端，注浆孔采用直孔型分支孔形式；
注浆孔钻孔结构采用三级孔身结构，包括套管段、分支孔裸孔段，直孔注浆段；
套管段：孔径Φ210～Φ250mm，下入Φ160～Φ200mm地质套管；
分支孔裸孔定向段：孔径Φ130～Φ150mm，分支孔钻进中，对破碎带特殊地层需进行注浆加固；
直孔注浆段：孔径Φ130～Φ150mm，偏斜率不超过0.5％。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(C-2)中：
注浆材料以黏土综合浆为主，配合塑性早强浆和水泥-水玻璃双液浆，总注浆量采用式(1)计算：
Q＝Aπ(awbw-anbn)Hnβ/m (1)；
式中：Q为浆液注入量(m3)；A为浆液超扩散消耗系数，取1.2～1.5；aw为注浆帷幕外边界椭圆长半轴(m)，aw＝a0+L；an为注浆帷幕内边界椭圆长半轴(m)，an＝a0－L；bw为注浆帷幕外边界椭圆短半轴(m)，bw＝b0+L；bn为注浆帷幕内边界椭圆短半轴(m)，bn＝b0－L；a0为注浆钻孔布孔落点椭圆长半轴(m)；b0为注浆钻孔布孔落点椭圆短半轴(m)；L为浆液扩散距离(m)，H为注浆总段高(m)；m为浆液结石率，取0.5～0.85；β为浆液充填系数，取0.95；n为岩层平均裂隙率，根据地层情况确定。
上述一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，在步骤(C-2)中：
注浆段高根据含水层厚度进行设计和地层稳定性综合确定，注浆段高取30～50m；
若地层稳定，注浆段高可增大至80～120m；
若地层为断层破碎带、裂隙带特殊地层，采用小段高注浆，注浆段高控制为5～20m；
注浆终压力设计为静水压力的2到2.5倍。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明所提一种深部非对称应力条件下竖井基岩注浆堵水帷幕设计方法，在深部非对称应力场分布特征基础之上，采用理论分析、物理模型试验和数值模拟试验获得竖井注浆帷幕爆破致裂范围和卸荷劣化范围，确定竖井注浆帷幕破坏范围的几何参数。同时，考虑地下水水压确定有效注浆帷幕厚度。最后，根据实际地质条件，考虑浆液扩散范围、注浆帷幕破坏范围，在总注浆量最小原则下，对非对称应力场条件下深竖井注浆堵水帷幕进行设计，明确地面预注浆布孔形式和核心注浆工艺参数。
本发明所提供的深部非对称应力场条件下竖井基岩注浆帷幕设计方法，通过现场试验和数值模拟反演获得深部真实非对称应力场，通过室内试验和数值模拟分析深部非对称应力场条件下注浆帷幕开挖卸荷破坏范围。然后根据井筒防治水要求进行深部非对称应力场条件下竖井基岩注浆堵水帷幕设计，明确井筒有效堵水帷幕厚度，布孔方式、钻孔结构、注浆量及注浆压力等关键参数。所提供的深部非对称应力场条件下注浆帷幕设计方法适用于我国西部深井采矿领域井筒建设中基岩水害防治，可保证深部非对称应力场条件下，钻爆法施工的大断面竖井井筒安全穿越基岩含水层。
附图说明
图1井筒检查孔含水层地应力测试示意图；
图2竖井围岩非对称应力图及破坏范围示意图；
图3非对称应力条件下竖井围岩注浆帷幕设计示意图；
图4非对称应力条件下竖井注浆孔结构示意图；
图5非对称应力条件下竖井地面预注浆布置图。
图中附图标记表示为：1-竖井井筒；2-爆破致裂区；3-卸荷劣化区；4-注浆孔；5-注浆孔落点椭圆形；6-浆液扩散范围；7-注浆帷幕；8-钻塔；9-压水泵；10-计算机；11-采集控制仪；12-地质套管；13-井筒检查孔；14-水压致裂组件；15-表土层；16-隔水层；17-基岩含水层；18-弹性变形区；19-直孔型分支孔；20-S型分支孔；21-直孔套管段；22-S型孔套管段；23-分支孔裸孔定向段；24-直孔注浆段。
具体实施方式
本实施例非对称应力条件下西部某矿深竖井地面预注浆工程
工程基本条件：立井井筒1开挖直径8.5m，埋深500～800m范围包含多层含水层。由于工程位于山区，构造运动强烈，周边地应力测试结果表明本区地应力场呈现非对称形式。
A：采用现场地应力测试和数值模拟分析，反演得到深部非对称应力分布情况。
(A-1)利用现场井筒检查孔开展深部非对称地应力测试，获得深部基岩含水层地应力大小及方向，包括水平最大主应力值、水平最小主应力大小及其方向；
采用井筒检查孔开展地应力测试，避免单独施工地应力测试钻孔，节约工程成本。
非对称应力测试采用钻杆式深孔水压致裂地应力测量系统：如图1所示：西部某矿深竖井自地面至钻进过程：包括表土层15、隔水层16和基岩含水层17。
在地面设置钻塔8，钻塔8下方连接钻杆，钻杆下方连接有水压致裂组件14；钻杆穿过地质套管12和以及位于隔水层16内的井筒检查孔13，将水压致裂组件14送至到基岩含水层17内；水压致裂组件14的信号输出端与采集控制仪11通信连接，采集控制仪11的信号输出端与计算机10的信号输入端通信连接；压水泵9通过钻杆对水压致裂组件进行压力控制。
(A-2)根据矿井地质条件，采用数值模拟方法，建立符合现场实际情况的数值模型，调整模型边界条件，直至数值模拟结果与现场应力测试结果吻合，并将此时围岩应力情况作为基岩含水层的初始地应力场。
竖井基岩含水层初始应力场数值模拟方法采用有限差分数值模拟方法，地应力反演分析中，考虑竖直方向上不同地层造成的材料异质性，而将同一地层视作横向各向同性材料，模型尺寸取开挖半径的10倍，调整水平方向应力大小和竖直方向应力梯度0.015～0.028MPa/m，直至压裂点地应力模拟结果与测试结果一致，并将此时的应力场作为模型初始应力场。
测试系统为采用钻杆式深孔水压致裂地应力测量系统，封隔器坐封压力50MPa，测得埋深750m处含水层水平最大主应力30MPa，水平最小主应力8MPa。最大水平最大主应力方向与正北方向夹角20°。
B、建立深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕力学模型，采用物理模型试验和数值模拟试验分析凿井过程中注浆帷幕爆破致裂区和卸荷裂化区范围，确定竖井注浆帷幕破坏范围的几何参数；
(B-1)考虑竖井钻爆法开挖过程中爆炸应力波对围岩的影响，采用连续非连续模拟方法，分析竖井围岩爆破致裂劣化区范围，得到围岩爆破致裂区半径为5.44m；
(B-2)铺设竖井注浆帷幕相似模拟试样，试样为立方形，模型几何相似比αL＝50：1，容重比αγ＝1.4：1；模型材料采用砂、石膏、添加剂和水配制，外部围岩材料配比为14：1：1：1.6；注浆帷幕材料配比为4.16：2.97：2.97：1；
非对称应力场条件采用两套独立液压加载控制系统实现最大水平主应力和最小水平主应力的控制；如图2所示，两套独立液压加载控制系统通过水平和竖直两个方向分别施加最大水平主应力和最小水平主应力。
模拟过程中，开挖半径为围岩爆破致裂区半径(5.44m)，模拟中开挖直径10.88m对应范围内相似材料；采用数字图像分析方法(DIC)获得椭圆形卸荷劣化范围，得到椭圆形卸荷劣化区3的长半轴a1＝9.80m和短半轴b1＝5.99m；即得到围岩卸荷劣化区3的长短轴半径。
(B-3)将步骤(A-2)数值模型导入离散元模拟分析软件，采用拉-剪复合破裂准则，模拟开挖后竖井注浆帷幕破裂范围,得到椭圆形卸荷劣化区3的长半轴a2＝9.60m和短半轴b2＝6.00m。
(B-4)对室内相似模拟试验和数值模拟得到的竖井注浆帷幕破裂深度和范围进行比较，取较大的椭圆形卸荷劣化范围进行后续注浆帷幕设计，
a＝max{a1，a2}＝9.80m，
b＝max{b1，b2}＝6.00m。
取竖井围岩注浆帷幕破裂范围长半轴a＝9.80和短半轴b＝6.00m进行后续注浆帷幕设计。
C、根据实际地质条件，考虑浆液扩散范围、竖井围岩开挖破坏范围，在总注浆量最小原则下，对非对称应力场条件下深竖井注浆堵水帷幕布设进行设计，确定有效注浆帷幕厚度，明确地面预注浆钻孔布孔形式和注浆工艺参数。
(C-1)考虑浆液扩散范围和竖井围岩开挖破坏范围进行竖井注浆帷幕设计，包括帷幕形式，注浆孔钻孔平面布置方式；如图3所示。
注浆帷幕设计，通过室内1:1高压压水试验确定有效堵水帷幕厚度为6.1m，取注浆帷幕7厚度为满足深部高压水的最小注浆帷幕厚度的1.5倍，得到设计注浆帷幕厚度为9.2m。
帷幕形式：设计竖井注浆帷幕形式为椭圆形；
注浆孔钻孔平面布置方式：地面预注浆钻孔采用椭圆形布置，注浆钻孔布孔落点椭圆位于非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围外侧2.0m，也即δ＝2.0m；δ为布孔落点椭圆与竖井围岩开挖破坏范围间距离；注浆钻孔布孔落点椭圆长半轴a0＝a+δ＝9.80+2.0＝11.80m；短半轴b0＝b+δ＝6.00+2.0＝8.00m。共设计12个注浆钻孔，注浆钻孔从布孔椭圆短半轴b至布孔椭圆长半轴a，注浆孔孔间距逐步缩小，分别为5.78m，5.06m，4.70m。
帷幕内边界为竖井围岩注浆帷幕椭圆形破裂范围边界，长半轴a＝9.80和短半轴b＝6.00m；帷幕外边界为椭圆形，长半轴a帷幕外椭圆＝19.01m和短半轴b帷幕外椭圆＝15.20m。
(C-2)考虑地层富水情况，进行竖井井筒地面预注浆工程钻探与注浆工艺参数设计。
钻探工艺参数设计，如图4所示：
竖井注浆帷幕设计中，为了不影响凿井施工，注浆钻孔地面开孔位置需布置在凿井设施外围，对于距离井筒较近的短半轴b0端，注浆孔采用S型分支孔形式，距离井筒较远的长半轴a0端，注浆孔采用直孔型分支孔形式。
注浆孔钻孔结构采用三级孔身结构，包括套管段、分支孔裸孔定向段23，直孔注浆段24。
套管段：(包括直孔套管段21和S型孔套管段22)：孔径Φ215mm，下入Φ168mm地质套管。
分支孔裸孔定向段23：孔径Φ133mm，分支钻进中，对破碎带、裂隙带特殊地层进行注浆加固。
直孔注浆段24：孔径Φ133mm，偏斜率不超过0.5％。
注浆工艺参数设计，如图5所示：
注浆材料以黏土综合浆为主，配合塑性早强浆和水泥-水玻璃双液浆，总注浆量采用式(1)预计，计算得到注浆量为9479.4m3。
Q＝Aπ(awbw-anbn)Hnβ/m (1)
式中：Q为浆液注入量(m3)；A为浆液超扩散消耗系数，取1.2；aw为注浆帷幕外边界椭圆长半轴(m)，aw＝a0+L；an为注浆帷幕内边界椭圆长半轴(m)，an＝a0－L；bw为注浆帷幕外边界椭圆短半轴(m)，bw＝b0+L；bn为注浆帷幕内边界椭圆短半轴(m)，bn＝b0－L；a为注浆孔布孔椭圆长半轴(m)；b为注浆孔布孔椭圆短半轴(m)；L为浆液扩散距离(m)，取8.0m；H为注浆总段高(m)，取300m；m为浆液结石率，取0.85；β为浆液充填系数，取0.9；n为岩层平均裂隙率，根据地层情况取0.025。
aw＝a0+L＝11.8+8＝19.8m,bw＝b0+L＝8+8＝16.0m
an＝a0－L＝11.8-8＝3.8m,bn＝b0－L＝8-8＝0m
awbw-anbn＝19.8×16.0-3.8×0＝316.8m2
Q＝1.2×3.14×316.8×300×0.025×0.9/0.85＝9479.4m3
注浆段高根据含水层厚度进行设计和地层稳定性综合确定，一般注浆段高取50m，若地层稳定性较好，注浆段高可增大至80m，断层破碎带等特殊地层宜采用小段高注浆，段高控制为15m。注浆终压力设计为静水压力的2.5倍。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(A)采用现场地应力测试和数值模拟分析，反演得到深部非对称应力分布情况；
(B)建立深部非对称应力条件下竖井围岩力学模型，采用物理模型试验和数值模拟分析钻爆法凿井过程中围岩破致裂区和卸荷劣化区范围，确定非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围的几何参数；
(C)根据实际地质条件，考虑浆液扩散范围、竖井围岩开挖破坏范围，在总注浆量最小原则下，对非对称应力条件下深竖井注浆堵水帷幕布设进行设计，确定有效注浆帷幕厚度，明确地面预注浆钻孔布孔形式和注浆工艺参数。
2.根据权利要求1所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(A)中；
(A-1)利用现场井筒检查孔开展深部非对称地应力测试，获得深部基岩含水层地应力大小及方向，包括水平最大主应力值、水平最小主应力值及主应力方向；
(A-2)根据矿井地质条件，采用数值模拟方法，建立符合现场实际情况的数值模型，调整模型边界条件，直至数值模拟结果与现场应力测试结果吻合，并将此时围岩应力作为基岩含水层的初始应力场。
3.根据权利要求2所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(A-1)中：非对称应力测试采用钻杆式深孔水压致裂地应力测量系统，测试深度500～1200m，封隔器坐封压力50～80MPa；地应力测试钻孔采用竖井井筒检查孔，避免单独施工地应力测试钻孔，节约工程成本。
4.根据权利要求2所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(A-2)中，竖井基岩含水层初始应力场数值模拟方法采用有限差分数值模拟方法，地应力反演分析中，考虑竖直方向上不同地层造成的材料异质性，而将同一地层视作横向各向同性材料，模型尺寸取开挖半径的10倍，调整水平方向应力大小和竖直方向应力梯度0.015～0.028MPa/m，直至压裂点地应力模拟结果与测试结果一致，并将此时的应力场作为模型初始应力场。
5.根据权利要求2所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(B)中，包括如下步骤：
(B-1)考虑竖井钻爆法开挖过程中爆炸应力波对围岩的影响，采用连续-非连续模拟方法，分析爆破致裂区范围，得到竖井围岩爆破致裂区半径；
(B-2)铺设竖井注浆帷幕相似模拟试样，试样为立方形，模型材料采用砂、石膏、添加剂和水配制，模型相似比为1:20～1:50；
非对称应力场条件采用两套独立液压加载控制系统实现最大水平主应力和最小水平主应力的控制；
模拟过程中，开挖半径为围岩爆破劣化半径，并采用数字图像分析方法获得围岩卸荷劣化范围，得到椭圆形劣化区的长半轴a1和短半轴b1；
(B-3)将步骤(A-2)数值模型导入离散元模拟分析软件，采用拉-剪复合破裂准则，模拟开挖后竖井围岩卸荷劣化范围,得到椭圆形劣化区的长半轴a2和短半轴b2；
(B-4)对室内相似模拟试验和数值模拟得到的竖井围岩劣化范围进行比较，取较大的椭圆形卸荷劣化范围进行后续注浆帷幕设计，a＝max{a1，a2}，b＝max{b1，b2}。
6.根据权利要求5所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(C)中：
(C-1)考虑浆液扩散范围和竖井围岩开挖破坏范围进行竖井注浆帷幕设计，包括帷幕形式，注浆孔钻孔平面布置方式；
(C-2)考虑地层富水情况，进行竖井井筒地面预注浆工程钻探与注浆工艺参数设计。
7.根据权利要求6所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(C-1)中：
帷幕形式：设计竖井注浆帷幕形式为椭圆环形，注浆帷幕厚度为满足深部高压地下水封堵要求的最小注浆帷幕厚度的1.2～1.5倍；
注浆孔钻孔平面布置方式：地面预注浆钻孔采用椭圆形布置，注浆钻孔布孔落点椭圆位于非对称应力条件下竖井围岩开挖破坏范围外侧1.0到2.0m，即δ＝1.0～2.0m，竖井围岩开挖破坏范围包括爆破致裂区和卸荷劣化区，也即注浆钻孔布孔落点椭圆长半轴a0＝a+δ；注浆钻孔布孔落点椭圆短半轴b0＝b+δ；δ为布孔落点椭圆与竖井围岩开挖破坏范围间距离；
注浆钻孔孔间距不相等，为使有效堵水帷幕厚度得到保证，注浆钻孔从布孔椭圆短半轴b0端至长半轴a0端，注浆孔孔间距逐步缩小。
8.根据权利要求7所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(C-2)中：
注浆钻孔地面开孔位置需布置在凿井设施外围，对于距离井筒较近的短半轴b0端，注浆孔采用S型分支孔形式，距离井筒较远的长半轴a0端，注浆孔采用直孔型分支孔形式；
注浆孔钻孔结构采用三级孔身结构，包括套管段、分支孔裸孔段，直孔注浆段；
套管段：孔径Φ210～Φ250mm，下入Φ160～Φ200mm地质套管；
分支孔裸孔定向段：孔径Φ130～Φ150mm，分支孔钻进中，对破碎带特殊地层需进行注浆加固；
直孔注浆段：孔径Φ130～Φ150mm，偏斜率不超过0.5％。
9.根据权利要求7所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(C-2)中：
注浆材料以黏土综合浆为主，配合塑性早强浆和水泥-水玻璃双液浆，总注浆量采用式(1)计算：
Q＝Aπ(awbw-anbn)Hnβ/m (1)；
式中：Q为浆液注入量(m3)；A为浆液超扩散消耗系数，取1.2～1.5；aw为注浆帷幕外边界椭圆长半轴(m)，aw＝a0+L；an为注浆帷幕内边界椭圆长半轴(m)，an＝a0－L；bw为注浆帷幕外边界椭圆短半轴(m)，bw＝b0+L；bn为注浆帷幕内边界椭圆短半轴(m)，bn＝b0－L；a0为注浆钻孔布孔落点椭圆长半轴(m)；b0为注浆钻孔布孔落点椭圆短半轴(m)；L为浆液扩散距离(m)，H为注浆总段高(m)；m为浆液结石率，取0.5～0.85；β为浆液充填系数，取0.95；n为岩层平均裂隙率，根据地层情况确定。
10.根据权利要求6所述的一种深部非对称应力条件下竖井注浆帷幕设计和注浆工艺，其特征在于，在步骤(C-2)中：
注浆段高根据含水层厚度进行设计和地层稳定性综合确定，注浆段高取30～50m；
若地层稳定，注浆段高可增大至80～120m；
若地层为断层破碎带、裂隙带特殊地层，采用小段高注浆，注浆段高控制为5～20m；
注浆终压力设计为静水压力的2到2.5倍。
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