钻井法是利用钻头刀具将岩石破碎，用泥浆或其他介质进行洗井、护壁和排渣，将井筒分次扩孔钻成或全断面一次钻成至设计直径和深度后，再进行永久支护的一种机械化凿井方法。钻井法的井筒支护与其他施工法的井筒支护不同，采用的是泥浆中悬浮下沉，带有井壁底的钢筋混凝土预制井壁，每节井壁的上下端预埋供连接用的金属法兰盘，在井口用螺栓和焊接的方法把井壁逐节连接、悬浮下沉至井底，最后在井壁与井帮的间隙中下放充填管道，分段充填水泥浆等最终固结成井。
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2.施工工艺
钻井法的主要工艺过程包括钻机钻进、泥浆洗井与护壁、井壁预制与悬浮下沉和壁后充填固井等。
1）钻机钻进
我国目前采用的钻井机多为转盘式钻井机，其类型有ZZS—1、ND—1、SZ—9/700、AS—9/500、AS—12/800、BZ—1、L40/800、L40/1000和AD130/1000型等。钻井机的动力设备多数设置在地面，钻进时钻台上的转盘旋转，通过主动钻杆驱动钻杆和钻头旋转，钻头上装有破岩刀具。表土及软岩地层宜采用楔齿滚刀破岩 ，硬岩地层宜采用球齿滚刀破岩。钻机钻进参数，包括钻压、转速、（钻）进速度等，钻进参数直接影响钻进速度，同时对井筒偏斜、井径刷大等井筒钻进质量指标也有很大影响。为了保证井筒的垂直度，钻进时一般采用减压钻进，一般总钻压不宜超过钻头，在泥浆中重量的70%。在表土向岩层过渡段，不宜大于50%。钻进过程中，应采用超声波测井仪测井，测井选点应沿井筒的纵横断面均匀布置，每个水平不得少于四个测点。
井筒钻进方式多采用分次扩孔钻进，即首先用钻头一次钻到基岩，在基岩部分占的比例不大时，也可用超前钻头一次钻到井底，而后分次扩孔至基岩或井底。超前钻头和扩孔钻头的直径一般已是固定的，但有的钻机（如BZ—1钻机）可在一定范围内调整钻头的钻进尺寸。这样就可以选择扩孔的直径和次数，选择的原则是在转盘和提吊系统能力允许的情况下，尽量减少扩孔次数，以缩短辅助时间。
2）泥浆洗井护壁
钻井施工泥浆应采用水基化学泥浆，钻进过程中泥浆密度，粘度，失水量，泥皮厚度，PH值、含砂量，稳定性等参数，应根据钻进地层确定，通常密度为1.15到1.30克每立方厘米，粘度为18到30秒，失水量采用气压测量时不大于30毫升每30分钟，含砂量不大于3%；PH值为7.5到8.5，泥皮厚度为1.0到2.0毫米，稳定性小于或等于0.003，宜利用地层造浆满足钻井需求
钻头破碎下来的岩屑必须及时用循环泥浆从工作面清除，使钻头上的刀具始终直接作用在未被破碎的岩石面上，提高钻进效率。洗井即是钻进时利用连续流动的泥浆将破碎岩屑从钻井工作面清除的过程，洗井方式可采用正循环和反循环，钻井直径超过三米，已采用反循环洗井。正循环和反循环的泥浆流速均应满足携带钻渣要求，反循环时最大钻渣粒径应小于排浆管过流断面的四分之三。冲洗过钻井工作面的泥浆需要恢复其性能参数称为泥浆净化，目前多采用单级净化方式，净化方法包括重力、机械和化学方法。
泥浆的另一个重要作用就是护壁。护壁的作用，一方面是借助泥浆的液柱压力平衡低压，另一方面是在井帮上形成泥皮，堵塞裂隙，防止片帮。为了利用泥浆有效的洗井护壁，要求泥浆有较好的稳定性，不易沉淀。泥浆的失水量要比较小，能够形成薄而坚韧的泥皮。泥浆的粘度在满足排渣要求的条件下，要具有较好的流动性和便于净化。停钻时间较长时应每隔2到3天进行一次泥浆循环，以防止泥浆沉淀。钻进漏失地层前应储备备用泥浆和堵漏剂。
3）井壁预制与下沉
钻井井壁的结构形式包括钢筋混凝土井壁和钢板混凝土复合井壁，钢板混凝土复合井壁有单层和双层两种。井壁结构应考虑竖向附加力的影响，根据地质条件宜在井筒的适当位置设置可缩井壁。地面预制井壁吊运，使得混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不得小于25兆帕。
钻井井壁悬浮下沉是根据井壁在泥浆中的悬浮平衡条件进行的，下沉过程中井壁不断接长。由于浮力大于井壁的重量，必须向井壁内灌注配重水，并把原井筒内和下沉井壁等体积的泥浆排掉，使井壁逐步下沉，控制加入配重水的速度和数量，就可控制井壁下沉的速度和深度。井壁下沉时，井壁上沿应高出泥浆浆面1.5米以上，同时要及时排除泥浆，以免泥浆外溢和沉淀。预制井壁的连接间隙不得大于40毫米，且应在井壁法兰盘连接，焊接完成后进行节间充填注浆，浆液凝固后单轴抗压强度不应小于25M帕，浆液的结石率应大于95%。井壁下沉即将触底时，应及时采用无水段悬挂垂线方式，从垂线方向向井筒中心线方位扶正井筒，井筒扶正后宜采用超声波测井仪测量有水段井筒偏斜率。
4）壁后充填固井
壁后充填固井是通过充填管道向井壁外侧与钻井井帮之间的环形空间注入相对密度大于泥浆的充填材料，并自下而上的将泥浆置换出来，充填材料凝固后，起固结井壁和封水的作用。壁后充填固井方法包括井壁加压外管充填、井壁漂浮外管充填和井壁漂浮内管充填方法。井筒壁后充填固井，应采用水泥浆等胶结材料和碎石等非胶结材料交替进行。充填用水泥浆的相对密度不得小于1.6克每立方厘米，碎石的最大粒径不宜超过60毫米。井筒第一段高实际充填量不应小于测算值的90%，其他段高实际充填量不应小于测算值的80%。采用水泥浆等胶结材料充填时，充填段高不得小于30m。采用碎石等非胶结材料充填时，每一次充填段高不得超过100米。井筒顶部3到5米，宜采用混凝土充填。壁后充填质量检查，应在井筒排水、临时改绞完成后进行。
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3.适用条件
钻井法机械化程度高，全部作业在地面进行，工作条件好，是一种劳动强度小，安全可靠，成井质量好的立井井筒施工方法，适用于各种不同的地质及工程条件，不仅可用于深厚含水不稳定冲积层的井筒施工，也可用于稳定、中等硬度岩层中的井筒施工，但受钻机规格和能力的限制，往往只能钻凿一定直径和深度的井筒。
6.1.4 立井井筒注浆施工法
1.基本原理
注浆法是矿山井巷工程中治水和地层改良的重要手段之一。注浆法通常以注浆泵为动力源，将配置好的具有充塞胶结作用的浆液，通过注浆孔或注浆管注入岩土地层中，浆液以充填或扩散等形式驱走岩土孔隙或裂隙中的水，达到封堵裂隙，隔绝地下水的目的，或将松散岩土层胶结成整体，以减少岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到加固和堵水的目的，然后进行井巷掘进工作
注浆法的分类方法很多，一般有以下几种：
（1）按注浆工作与开挖掘砌的先后顺序分为预注浆法和后注浆法
（2）按使用的注浆材料分为水泥注浆，粘土注浆，化学注浆
（3）按注浆压力分为静压注浆和高压喷射注浆两大类。静压注浆一般压力较低。通常所说的注浆泛指静压注浆，高压喷射注浆一般压力较高（20到70兆帕）流体在喷水外呈射流状
（4）按检验对土体的作用，机理分为充填注浆，渗透注浆，挤密注浆，劈裂注浆等
2.施工工艺
井筒注浆主要包括地面预注浆，工作面预注浆和壁后注浆三类施工作业。地面预注浆通常是在建井准备期，在地面打注浆孔进行注浆。这种方法作业条件好，不占用施工工期，但技术要求高，施工工艺相对复杂。工作面预注浆是指在井巷掘进致离含水层一定距离，在预留止浆岩帽或浇筑混凝土止浆垫的条件下，从掘进工作面钻孔注浆，这种方法施工需占用施工工期，作业条件不如地面好，有高压水时需有防护装置。立井井筒穿过预测涌水量大于十立方每小时的含水岩层或破碎带时，应采用地面预注浆或工作面注浆等进行堵水或者加固。
1）地面预注浆
距地表小于一千米的裂隙含水岩层，当层数多、层间距又不大时，宜采用地面预注浆法施工，地面预注浆多在井筒开挖之前进行，浆液品种的选择，可考虑水泥浆液或粘土水泥浆，水泥—水玻璃浆液或粘土—水泥浆，遇有溶洞时可先灌注岩粉、砂石等惰性材料
立井井筒地面预注浆注浆深度是指注浆孔的终孔深度，注浆深度主要取决于含水层的埋藏条件，应保证在井筒开凿时能有效隔绝地下水。注浆深度确定后，应根据岩层的裂隙性及含水情况划分注浆段。注浆段的划分以保证注浆质量，降低材料消耗量以及加快施工进度为原则，一般将裂隙性相同的岩层划分在同一段高内，裂隙等级相差较大的含水层不宜划分在同一段高内。涌水量和裂隙较大时段高较小，反之较大；段高还应与注浆泵的泵量相适应，泵量小段高应适当缩小。止浆塞是实现分段注浆的重要手段，采用止浆塞分段注浆时，可采用上行式注浆、下行式注浆或上行与下行混合式注浆。
2）工作面预注浆
当立井井筒穿过的含水岩层厚度不大，埋藏较深或者含水层间距较大，中间有良好隔水层时，宜采用工作面预注浆法施工。根据裂隙发育情况，可分层处理，布置灵活，有利于提高堵水效果。立井井筒工作面，预祝将方案包括由单一水平工作面，钻孔注浆和由不同水平工作面钻孔注浆两种。单一水平工作面注浆适用于含水层层数多，层间距较小或无良好隔水层的情况；由不同水平工作面钻孔注浆适用于含水层层间距大，有良好隔水层或层间距接近、无良好隔水层的情况。由于工作面预注浆的注浆孔布置圈径小于井筒净直径，为了在井筒荒径轮廓线外能够形成一定厚度的注浆壁，应根据含水岩层的裂隙产状，采用不同的布孔方式：径向斜孔或径向、切向斜孔，钻孔应沿井筒周边布置，并应与岩层节理、裂隙相交。
为了保证浆液在压力下沿裂隙有效扩散，并防止从工作面跑浆，可采用工作面预留止浆岩帽的方法。当含水层上部有致密的不透水层时，井筒掘进至注浆段以上一定距离即可停止施工，为含水层注浆预留一段止浆岩帽。当井筒工作面不具备预留止浆岩帽条件时，则需砌筑人工止浆垫，人工止浆垫结构形式包括单级球形止浆垫，平底型止浆垫和双级水下浇筑止浆垫等；当井筒工作面岩石较破碎，裂隙发育，有涌水，砌筑止浆垫需铺设碎石滤水层，以便在维持排水条件下保证止浆垫的施工质量。工作面预注浆的段高亦为30到50米，可采用下行式注浆或孔内下止浆塞，一次或多次注完全部含水层。工作面预注浆应采用防止井壁破裂的措施。
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3）壁后注浆
建成后的井筒或正施工的井壁段，遇有井壁渗漏水，漏水带砂，壁后空洞或为提高围岩稳定性等，可采用壁后注浆进行堵水或加固，一般漏水量超过六立方米每小时/井筒深度小于600米或超过十立方米每小时/井筒深度大600米或井壁有集中漏水，漏水量超过0.5立方米每小时的出水点的情况均应进行壁后注浆处理，并应采取防止井壁破坏的措施。
壁厚注浆的工艺应根据井壁结构、质量、漏水特征与壁厚地质、水文地质条件等因素，经技术经济分析确定。壁后注浆的施工顺序应根据含水层的厚度分段进行。对漏水段较长的井筒宜采取由上往下逐段浇筑注浆，每个分段内宜先由下往上注浆，再由上往下复注一次。漏水的井筒段壁后为含水岩层时，注浆孔宜进入岩层1.0米以上，井壁漏水量较大的基岩段井筒宜布设导水孔和泄水孔。注浆管的埋设必须固结牢靠并装有阀门。采用套管法注浆时必须对套管的固结强度进行耐压试验。只有达到注浆终压力后方可使用。
4）注浆设计的主要内容
在进行注浆设计之前，要进行工程地质和岩土工程性质调查。在调查基础上进行注浆设计。目前，注浆参数的精确计算上有一定困难，故多根据经验来确定。注浆设计的主要内容包括：
（1）根据注浆的目的和加固体力学特性、防渗特性、确定注浆加固范围，进行注浆结构计算。
（2）确定注浆量，注浆量的确定应考虑注浆类型、岩土的孔隙率和裂隙率，浆液充填程度根据实际情况分别按渗透注浆、劈裂注浆、挤密注浆进行计算。
（3）确定注浆压力。合理的注浆压力是注浆工程成功的关键，压力过小浆液可能注不进去，压力过大则可能引起地面、基础、结构物的过量变形和破坏。因此，注浆压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力范围内。
立井井筒地面预注浆采用水泥—水泥水玻璃浆液的注浆终压值应为静水压力值的2到4倍，采用粘土—水泥浆液的注浆终压值应为静水压力值的2.5到3倍，注浆孔深大于400米的注浆终压值应为静水压力值的2到2.5倍。立井井筒工作面预注浆的注浆终压值宜大于等于静水压力值的2到4倍。立井井筒壁厚注浆的压力宜大于静水压力的0.5到1.5兆帕，岩石裂隙中的注浆压力可适当提高。工作面预注浆和壁后注浆的压力不得大于井壁的承载能力。
（4）确定注浆孔的间距。浆液的扩散半径与浆液的流变特性、凝胶时间、注浆压力、注浆时间等因素有关。确定注浆范围和注浆半径后就可确定孔间距，孔间距的大小应尽可能的发挥每个孔的作用，又要考虑孔和孔之间浆液的相互搭接。
（5）确定注浆孔深度。井筒地面预注浆注浆深度应超过所注含水层地板以下十米，当井筒底部位于含水层中时，注浆深度应超过井筒底部十米以上，在井壁上钻注浆孔时，钻孔深度应小于井壁厚度。剩余的井壁应起止浆垫作用。井筒在流沙层部时，注浆孔深度必须小于井壁厚度200毫米。井筒采用双层井壁支护时，注浆孔应穿过内壁，进入外壁，进入外壁深度不应大于100毫米。当井壁破裂必须采用破壁注浆时，必须制定专门措施。
（6）确定注浆材料。选择注浆注浆材料，应考虑浆液的可注性，凝胶时间的可控性，结石体的强度和抗渗透性，以及浆液的稳定性，同时还应考虑浆液来源的难易程度及浆液对周围环境的污染性大小。
水泥浆液是由水泥和水配制成的浆液，常用的水泥品种主要是普通硅酸盐水泥。水泥浆液的优点是结石体强度高，透水性低，但其可注性和稳定性较差，凝固时间长且凝固时间难以控制。通常在水泥浆中加入添加剂制成改性水泥浆液。水泥浆属悬浊液，可注对象的渗透系数为十的负三次方到十的负一次方厘米每秒，适用于裂隙岩石或粗粒砂注浆、壁后充填加固。
水玻璃类浆液凝胶时间短，结石体强度高，耐酸性和耐热性好，是一种被广泛应用的化学注浆材料。水泥—水玻璃浆液亦称C—S浆液，是水泥和水玻璃两者按一定比例，采用双液方式注入，必要时加入速凝剂和混凝剂等。水泥—水玻璃浆液克服了单液水泥浆凝结时间长、动水条件下结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果和范围。在地下水流速较大的地层中使用可达到快速堵漏的目的。
3.适用条件
注浆法目前在井巷施工中应用十分广泛，它既可用于为了减少井筒涌水，加快凿井速度，对井筒全深范围内的所有含水层除表土外进行预注浆的打干井施工，又可对裂隙含水岩层和松散砂土层进行堵水加固，在大裂隙、破碎带和大溶洞等复杂地层中也可采用。
注浆施工法的应用主要取决于浆液的粘度（对于各种浆液）和粒度（对于无机浆液），直径为d的颗粒（团），一般只能进入开度大于3d的孔隙或裂隙。一般认为，现有浆液在含泥质较少的中砂，粗砂及卵砾石层中可实现渗透注浆，对于开度小于5 微米的孔隙岩体，（例如粉细砂岩）及裂隙岩体，则不适合进行注浆