專利名稱：巷道破碎涌水圍巖鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置及工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種井下鉆孔施工工藝，特別涉及一種巷道破碎涌水圍巖鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置及工藝，屬于礦山、交通隧道、水利水電等地質(zhì)勘探、水害防治、基本建設等技術領域。
背景技術：
在煤礦井下探放水和注漿堵水鉆孔施工中，因受井下地質(zhì)和巷道環(huán)境及施工技術方案的限制，鉆孔開孔設計位置往往處于巷道圍巖巖壁涌水破碎段。在此條件下，因為巷道圍巖存在著破碎涌水，給鉆孔套管的封固帶來很大難度，封固失敗率很高。原因是在涌水破碎巖層內(nèi)對套管封固注漿操作中會因注漿壓力擾動，破壞本來就破碎的巖層，造成巷道破碎圍巖的變形甚至片幫、垮落。巷道巖壁片幫或垮落后一旦溝通深部高壓含水層，則會引起巷道的涌水甚至突水，給巷道運輸和安全帶來威脅，嚴重影響著礦井生產(chǎn)，并提高了礦井的防治水成本和壓力。因為巷道圍巖處于涌水和破碎狀態(tài)，采用常規(guī)的淺層注漿加固構筑形成注漿隔水巖帽的方法難以奏效，并且在注漿時，注漿壓力也會擾動破壞巷道圍巖，阻水巖帽形成后，隨著泄水量的減少，含水層水壓就會逐漸升高，直到其壓力足以破壞阻水巖帽。尤其是在深部對高壓含水層進行注漿時，注漿壓力和水壓的共同作用，往往也會破壞阻水巖帽，再次造成巷道涌水。這就是注漿過程中或者巷道經(jīng)注漿堵水一段時間后再次出現(xiàn)涌水的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置及工藝，隔離巷道圍巖的涌水破碎段，使對套管的封固注漿壓力難以作用在涌水破碎圍巖上，通過注漿，把注漿壓力作用在完整巖石上，并使?jié){液滲透進入到完整巖石內(nèi)的導水裂隙中，通過漿液滲透擴散封堵巷道涌水，并達到安全下入套管并保證套管封固質(zhì)量的目的，它具有解決了注漿壓力對涌水破碎圍巖的破壞，避免了巷道圍巖的變形和垮塌的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，它包括并在一起的隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管；隔壓膨脹注漿器與滲透注漿管并在一起稱之為隔壓滲透注漿器；所述隔壓膨脹注漿器包括依次連接的隔壓膨脹注漿器注漿管接頭、第一截門、第一壓力表、隔壓膨脹注漿器端部、隔壓膨脹注漿器注漿管和堵頭，所述隔壓膨脹注漿器注漿管兩端加工成馬牙扣，所述隔壓膨脹注漿器注漿管的外圍包裹一層膨脹布，所述膨脹布的兩端通過綁帶固定在馬牙扣上，所述膨脹布內(nèi)的隔壓膨脹注漿器注漿管上設有若干個溢流孔；所述滲透注漿管包括依次連接的滲透注漿管接頭、第二截門、第二壓力表。
所述隔壓膨脹注漿器用PPR管加工而成，規(guī)格為S2、dn25mmXen2. 5mm。所述膨脹布是較柔軟的密度較高的化纖布，所述化纖布長度要比巷道圍巖破碎帶厚度長2m，所述化纖布的寬度為鉆孔周長的1. 3倍，所述化纖布為長筒狀。 所述馬牙扣的長度為300mm。所述滲透注漿管用PPR管加工而成，規(guī)格為S2、dn25mmXen2. 5mm。巷道破碎圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，它還包括取芯管、套管、孔口止?jié){塞和注漿泵。所述取芯管的一端設有取芯鉆頭，所述取芯管的另外一端連接異徑接頭，所述異徑接頭連接鉆桿。所述套管一端連接套管接頭，所述套管接頭連接第三截門，所述套管外圍焊接套管扶正器。所述套管扶正器用于保證套管位于鉆孔的中心，并起到增加套管向外移動阻力的作用。所述孔口止?jié){塞上設有注漿短管，所述注漿短管的一端依次連接有第三壓力表和第四截門。所述注漿泵采用低壓小泵量注漿泵，選擇氣動注漿泵或電動注漿泵。所述氣動注漿泵的型號可以是ZBQ-27/l. 5 ;所述電動注漿泵的型號可以是3NB75/2-4。巷道破碎圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，主要包含以下工作步驟步驟1，施工探查鉆孔；首先在巷道圍巖內(nèi)施工探查鉆孔，探查出巷道圍巖內(nèi)破碎帶的厚度；步驟2，把隔壓滲透注漿器送入鉆孔內(nèi)，對隔壓膨脹注漿器進行注漿；把隔壓膨脹注漿器速凝材料注入到隔壓膨脹注漿器注漿管中，隔壓膨脹注漿器速凝材料會通過隔壓膨脹注漿器注漿管的溢流孔流入膨脹布中，膨脹布膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；停止注漿并候凝；步驟3，通過滲透注漿管對鉆孔進行注漿；注漿材料漿液擴散到導水裂隙中，停止注漿并候凝；步驟4，掃孔取出隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管，掃孔后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料形成的預留環(huán)狀止水圈；步驟5，繼續(xù)鉆進，在鉆孔內(nèi)下入套管，并封固孔內(nèi)套管；步驟6，掃孔，進行套管封固耐壓試驗，耐壓合格后，繼續(xù)鉆進。所述步驟I中，鉆孔深度要超過巷道破碎圍巖進入到完整巖層內(nèi)至少3m，探查鉆孔施工中要做好預防孔壁掉塊，坍塌的工作，保證隔壓滲透注漿器能順利下入鉆孔內(nèi)，鉆孔孔徑要超過鉆孔套管直徑兩個級別。所述步驟2的具體步驟如下把隔壓滲透注漿器送入鉆孔內(nèi)，使之位于鉆孔的中心位置，并固定好；把隔壓膨脹注漿器注漿管接頭和019_高壓膠管通過快速接頭連接，并把019mm高壓膠管另一頭和注漿泵連接；打開第一截門，開動注漿泵，用注漿泵把攪拌好的隔壓膨脹注漿器速凝材料經(jīng)隔壓膨脹注漿器注漿管接頭、第一截門、隔壓膨脹注漿器注漿管和溢流孔注入到膨脹布形成的密閉空間內(nèi)，隨著注入的隔壓膨脹注漿器速凝材料的增加，膨脹布不斷脹大，膨脹布被緊緊壓在孔壁上。膨脹布膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；當注漿壓力達到注漿壓力設定值時，停止注漿，關閉第一截門并候凝；隔壓膨脹注漿器和孔壁之間的摩擦力承受鉆孔內(nèi)的注漿壓力，并使注漿壓力作用在了深部的較完整巖層上；所述注漿壓力設定值為1. 5 2. OMPa ;所述候凝的時間按照注漿前對隔壓膨脹注漿器速凝材料的現(xiàn)場凝固實驗確定。所述步驟3的具體步驟如下隔壓膨脹注漿器候凝結束后，把滲透注漿管接頭連接019mm高壓膠管的一端，O 19mm高壓膠管的另一端和注漿泵連接；打開第二截門，開動注漿泵，把攪拌好的注漿材料漿液通過滲透注漿管注入到鉆孔裸孔內(nèi)，一部分注漿材料漿液通過鉆孔孔壁較完整巖層內(nèi)的導水裂隙向周圍滲透擴散，并封堵導水裂隙，另一部分注漿材料漿液則通過導水裂隙被涌水攜帶向巷道淺部圍巖的巖壁內(nèi)破碎帶內(nèi)擴散，當巖壁內(nèi)破碎帶出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，利用止?jié){方法進行止?jié){；注漿壓力達到結束標準時停止注漿，關閉第二截門并候凝；候凝結束后，在孔口處把隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管截斷；所述結束標準為 2. 0-3. OMPa。滲透填充到導水裂隙和破碎圍巖的破碎帶內(nèi)的注漿材料漿液凝結后，對圍巖破碎帶起到加固作用，把破碎圍巖變成具有一定承壓和阻水能力的注漿封固加固體。所述步驟3的止?jié){方法包括兩種方法一，調(diào)節(jié)注漿材料漿液配比參數(shù)，縮短注漿材料漿液的凝固時間； 方法二，采用在注漿材料漿液中加入少量鋸末等細小的骨料，堵塞較大的跑漿空隙，達到止?jié){的目的。所述步驟4的具體步驟如下用比原鉆孔孔徑小兩級的取芯鉆頭鉆進掃孔，鉆具在膨脹后的隔壓滲透注漿器內(nèi)透孔鉆進并把隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管取出；取出后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料凝結體形成的預留環(huán)狀止水圈。所述步驟4中出現(xiàn)的預留環(huán)狀止水圈用于保持了巷道圍巖破碎帶內(nèi)鉆孔的規(guī)則性和完整性，并起到維護孔壁和阻水的作用。所述步驟5的具體步驟如下用與步驟4相同直徑的鉆頭繼續(xù)鉆進到超出套管的設計深度0. 5m處，在鉆孔內(nèi)下入套管，并按常規(guī)的鉆孔套管的封固工藝對套管進行封固。所述步驟5的常規(guī)的鉆孔套管的封固工藝以井下仰角鉆孔套管封固工藝為例進行說明在孔口處套管和鉆孔的環(huán)狀間隙內(nèi)塞入孔口止?jié){塞，孔口止?jié){塞內(nèi)預留注漿短管，注漿短管外側依次連接第三壓力表和第四截門，連接好后，先打開第四截門和第三截門，通過第四截門和注漿短管向鉆孔與套管環(huán)狀間隙內(nèi)注入套管封固料漿液，套管封固料漿液沿套管封固料運行方向向孔內(nèi)運移，到達孔底超過套管底部進入套管，后從套管接頭和第三截門流出，等套管封固料漿液從第三截門流出后，關閉第三截門，繼續(xù)注漿，當注漿壓力達到設計值后，關閉第四截門，候凝。所述步驟5的套管封固料漿液注漿中，套管封固料漿液對鉆孔所揭露的孔壁巖石內(nèi)導水裂隙進行充填封堵，注漿中要保持一定的注漿壓力，使套管封固料漿液能在導水裂隙中具有一定的擴散距離，以提高套管封固質(zhì)量。所述注漿壓力一般不超過3. OMPa，并根據(jù)巖壁完整程度和注漿技術要求確定。所述步驟6的具體步驟如下候凝結束后，卸下套管接頭和第三截門，并清理凈套管接頭和第三截門內(nèi)的封固材料。在套管內(nèi)下入鉆具進行掃孔，掃孔深度到鉆孔孔底，用清水沖洗鉆孔，沖洗干凈后，再次安裝套管接頭和第三截門，并通過套管注水，進行套管封固耐壓試驗，耐壓合格后，卸掉套管接頭和第三截門，從套管內(nèi)下入鉆具繼續(xù)向地層深部鉆進。本發(fā)明操作中應該注意的問題(I)應先探孔，探查出巷道頂板圍巖破碎帶的厚度，破碎帶以上深部完整圍巖的位置及其裂隙發(fā)育情況，必要時進行取芯鉆進。(2)下入鉆孔內(nèi)的隔壓膨脹注漿器長度要超過圍巖破碎帶的厚度2m以上，應能有效隔離破碎帶，真正起到隔壓的作用。(3)膨脹布要寬松，膨脹布要與隔壓膨脹注漿器綁牢，在隔壓膨脹注漿器上捆綁膨脹布的位置加工成馬牙扣型。捆綁部分不得出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，做好后，在下入鉆孔前要進行試驗，注水試驗結果在壓力達到1. 5 2. OMPa時無泄漏時，隔壓膨脹注漿器制作合格。否則不準下入鉆孔內(nèi)。(4)注漿前要對所用注漿材料進行現(xiàn)場試驗，取得相關參數(shù)，所述相關參數(shù)主要指初凝和終凝時間、固結強度等參數(shù)，以保證注漿質(zhì)量和注漿安全。(5)注漿泵要保證正常運轉，注漿管路要做到連接緊密無泄漏。本發(fā)明配套注漿材料選擇對配套的注漿材料的選擇要遵循以下原則便于采購，材料來源廣泛，價格便宜，安全無毒，無污染，配制和灌注工藝簡單，操作安全，現(xiàn)場操作人員容易掌握，固結強度和凝固時間可調(diào)，并適合工程特點?？煊擦蜾X酸鹽水泥因具有凝結快，早期強度高(一天抗壓強度可達28天強度的70%以上)，一般在水化4_8h后即可產(chǎn)生較高的強度。結硬時體積不收縮且略有膨脹(微膨脹)、耐硫酸鹽侵蝕等性能。硫鋁酸鹽水泥的重要特點就是快速凝結，初凝時間不遲于15min,終凝時間不遲于30min。作為本發(fā)明的優(yōu)選注漿材料，硫鋁酸鹽水泥可用來對隔壓膨脹注漿器膨脹布內(nèi)注漿，完整巖石導水裂隙內(nèi)注漿和對鉆孔套管封固注漿?，F(xiàn)場配制中，要使用質(zhì)量合格的無結塊的快硬硫鋁酸鹽水泥，水泥標號為32. 5R，水泥漿配制密度范圍控制在1. 3-1. 5g/cm3之間。所述步驟二中隔壓膨脹注漿器內(nèi)封固注漿選用密度為1. 5g/cm3水泥漿；所述步驟三中完整巖石層導水裂隙內(nèi)滲透注漿要根據(jù)現(xiàn)場情況，選擇1. 3-1. 5g/cm3之間的水泥漿。注漿開始階段選用密度較小的水泥漿，當巷道破碎圍巖跑漿嚴重時，可以逐漸加大漿液濃度甚至加入一定量的鋸末等細骨料，達到止?jié){目的；所述步驟五中鉆孔內(nèi)套管封固注漿選用密度為1. 5g/cm3水泥漿。本發(fā)明的注漿泵選擇因為隔壓膨脹注漿器膨脹布內(nèi)注漿和鉆孔套管封固注漿消耗的漿液量較少，且圍巖耐壓強度較低；且完整巖石導水裂隙中滲透注漿要求漿液流速較低以便于沉積凝結，因此應選擇使用低壓小泵量注漿泵?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場動力來源，選擇使用氣動注漿泵(比如ZBQ-27/1. 5氣動注漿泵)或電動注漿泵(比如3NB75/2-4注漿泵)。本發(fā)明的有益效果1、較好解決了巷道頂板圍巖涌水破碎條件下的鉆孔套管封固難題；2、它采用了隔壓滲透原理，使套管封固中的注漿壓力不直接作用在涌水破碎圍巖上，而是作用在深部的完整巖石上，較好解決了注漿壓力對涌水破碎圍巖的破壞問題，避免了巷道圍巖的變形和垮塌；3、并通過注漿材料的滲透，封堵了導水裂隙，提高了套管的封固質(zhì)量；4、隔壓膨脹注漿器的捆綁膨脹布的位置加工成馬牙扣可以更好的固定膨脹布并起到較好的密封作用。


圖1 (a)是隔壓膨脹注漿器結構圖；圖1 (b)是滲透注漿管結構圖；圖2是隔壓滲透注漿操作工藝圖；圖3是掃孔取出鉆孔內(nèi)隔壓滲透注漿器操作工藝圖；圖4是鉆孔套管注漿封固工藝操作原理圖；其中I隔壓膨脹注漿器注漿管接頭，2第一截門，3隔壓膨脹注漿器端部，4綁帶，5隔壓膨脹注漿器注漿管，6溢流孔，7膨脹布，8馬牙扣，9堵頭，10第一壓力表，11滲透注漿管接頭，12第二截門，13第二壓力表，14滲透注漿管，15巖壁，16破碎帶，17第一導水裂隙，18較完整巖層，19裸孔，20膨脹布，21隔壓膨脹注漿器速凝材料，22第四截門，23鉆桿，24異徑接頭，25取芯管，26預留環(huán)狀止水圈，27取芯鉆頭，28隔壓滲透注漿器，29套管接頭，30套管，31孔口止?jié){塞，32注漿封固加固體，33圍巖，34套管封固料漿液，35套管扶正器，36第二導水裂隙，37套管封固料運行方向，38環(huán)狀間隙，39注漿短管，40第三壓力表，41第三截門，42隔壓膨脹注漿器。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，它包括并在一起的一個隔壓膨脹注漿器42和一個滲透注漿管14 ;隔壓膨脹注漿器42與滲透注漿管14并在一起稱之為隔壓滲透注漿器28。如圖1 (a)所示，所述隔壓膨脹注漿器42包括依次連接的隔壓膨脹注漿器注漿管接頭1、第一截門2、第一壓力表10、隔壓膨脹注漿器端部3、隔壓膨脹注漿器注漿管5和堵頭9，所述隔壓膨脹注漿器注漿管5兩端加工成馬牙扣，所述隔壓膨脹注漿器注漿管5的外圍包裹一層膨脹布7，所述膨脹布7的兩端通過綁帶4固定在馬牙扣8上，所述膨脹布7內(nèi)的隔壓膨脹注漿器注漿管5上設有若干個溢流孔6 ；如圖2 (b)所示，所述滲透注漿管14包括依次連接的滲透注漿管接頭11、第二截門12、第二壓力表13。所述隔壓膨脹注衆(zhòng)器42用PPR管加工而成，規(guī)格為S2、dn25mmX en2. 5mm。所述膨脹布I是較柔軟的密度較高的化纖布，所述化纖布長度要比巷道圍巖破碎帶16厚度長2m，所述化纖布的寬度為鉆孔周長的1. 3倍，所述化纖布為長筒狀。所述馬牙扣8的長度為300mm。所述滲透注衆(zhòng)管14用PPR管加工而成，規(guī)格為S2、dn25mmX en2. 5mm。如圖3所示，所述取芯管25的一端設有取芯鉆頭27，所述取芯管25的另外一端連接異徑接頭24，所述異徑接頭24連接鉆桿23。
如圖4所示，所述套管30 —端連接套管接頭29，所述套管接頭29連接第三截門41，所述套管30外圍焊接套管扶正器35。所述套管扶正器35用于保證套管30位于鉆孔的中心，并起到增加套管30向外移動阻力的作用。所述孔口止?jié){塞31上設有注漿短管39，所述注漿短管39的一端依次連接有第三壓力表40和第四截門22。所述注漿泵采用低壓小泵量注漿泵，選擇氣動注漿泵或電動注漿泵。所述氣動注漿泵的型號可以是ZBQ-27/l. 5 ;所述電動注漿泵的型號可以是3NB75/2-4。巷道破碎圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，主要包含以下工作步驟步驟1，施工探查鉆孔；首先在巷道圍巖33內(nèi)施工探查鉆孔，探查出巷道圍巖33內(nèi)破碎帶16的厚度；步驟2，對隔壓膨脹注漿器42進行注漿；把隔壓膨脹注漿器速凝材料21注入到膨脹布7中，膨脹布7膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；停止注漿并候凝；步驟3，通過滲透注漿管14對鉆孔進行注漿；注漿材料漿液擴散到第一導水裂隙17和破碎帶16中，停止注漿并候凝；步驟4，掃孔取出隔壓膨脹注漿器42和滲透注漿管14，掃孔后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料21形成的預留環(huán)狀止水圈26 ；步驟5，繼續(xù)鉆進，在鉆孔內(nèi)下入套管30，并封固孔內(nèi)套管30 ；步驟6，掃孔，進行套管30封固耐壓試驗，耐壓合格后，繼續(xù)鉆進。所述步驟I中，鉆孔深度要超過巷道破碎圍巖33進入到較完整巖層18內(nèi)至少3m，探查鉆孔施工中要做好預防孔壁掉塊，坍塌的工作，保證隔壓滲透注漿器28能順利下入鉆孔內(nèi)，鉆孔孔徑要超過鉆孔套管30直徑兩個級別。如圖2所示，所述步驟2的具體步驟如下把隔壓滲透注漿器28和滲透注漿管14一并送入鉆孔內(nèi)，使之位于鉆孔的中心位置，并固定好；把隔壓膨脹注漿器注漿管接頭I和O 19mm高壓膠管通過快速接頭連接，并把O 19mm高壓膠管另一頭和注漿泵連接；打開第一截門2，開泵用注漿泵把攪拌好的隔壓膨脹注漿器速凝材料21經(jīng)隔壓膨脹注漿器注漿管接頭1、第一截門2、隔壓膨脹注漿器注漿管5和溢流孔6注入到膨脹布7形成的密閉空間內(nèi)，隨著注入的隔壓膨脹注漿器速凝材料21的增加，膨脹布7不斷脹大，膨脹布7被緊緊壓在孔壁上。膨脹布7膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；當注漿壓力達到注漿壓力設定值時，停止注漿，關閉第一截門2并候凝；隔壓膨脹注漿器42和孔壁之間的摩擦力承受鉆孔內(nèi)的注漿壓力，并使注漿壓力作用在了深部的較完整巖層18上；所述注漿壓力設定值為1. 5 2. OMPa ;所述候凝的時間按照注漿前對隔壓膨脹注漿器速凝材料21的現(xiàn)場凝固實驗確定。所述步驟3的具體步驟如下隔壓膨脹注漿器42候凝結束后，把滲透注漿管接頭11連接①19mm高壓膠管的一端，①19mm高壓膠管的另一端和注漿泵連接；打開第二截門12，開啟注漿泵，把攪拌好的注漿材料漿液通過滲透注漿管14注入到鉆孔裸孔19內(nèi)，一部分注漿材料漿液通過鉆孔孔壁較完整巖層18內(nèi)的第一導水裂隙17向周圍滲透擴散，并封堵第一導水裂隙，另一部分注漿材料漿液則通過第一導水裂隙17被涌水攜帶向巷道淺部圍巖33的巖壁內(nèi)破碎帶16內(nèi)擴散，在破碎帶16內(nèi)固結形成注漿封固加固體；當巖壁內(nèi)破碎帶16出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，利用止?jié){方法進行止?jié){；注漿壓力達到結束標準時停止注漿，關閉第二截門并候凝；候凝結束后，在孔口處把隔壓膨脹注漿器42和滲透注漿管14截斷，如圖3所示；所述結束標準為2. 0-3. OMPa0滲透填充到導水裂隙和破碎圍巖33的破碎帶16內(nèi)的注漿材料漿液凝結后，對圍巖33的破碎帶16起到加固作用，把破碎圍巖33變成具有一定承壓和阻水能力的注漿封固加固體32。所述步驟3的止?jié){方法包括兩種方法一，調(diào)節(jié)注漿材料漿液配比參數(shù)，縮短注漿材料漿液的凝固時間；方法二，采用在注漿材料漿液中加入少量鋸末等細小的骨料，堵塞較大的跑漿空隙，達到止?jié){的目的。如圖3所示，所述步驟4的具體步驟如下用比原鉆孔孔徑小兩級的取芯鉆頭27鉆進掃孔，鉆具在膨脹后的隔壓滲透注漿器28內(nèi)透孔鉆進并把隔壓膨脹注漿器42和滲透注漿管14取出；取出后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料21凝結形成的預留環(huán)狀止水圈26。所述步驟4中出現(xiàn)的預留環(huán)狀止水圈26用于保持了巷道圍巖33破碎帶16內(nèi)鉆孔的規(guī)則性和完整性，并起到維護孔壁和阻水的作用。所述步驟5的具體步驟如下用與步驟4相同直徑的鉆頭繼續(xù)鉆進到超出套管30的設計深度0. 5m處，在鉆孔內(nèi)下入套管30，并按常規(guī)的鉆孔套管30的封固工藝對套管30進行封固。如圖4所示，所述步驟5的常規(guī)的鉆孔套管30的封固工藝以井下仰角鉆孔套管30封固工藝為例進行說明在孔口處套管30和鉆孔的環(huán)狀間隙38內(nèi)塞入孔口止?jié){塞31，孔口止?jié){塞31內(nèi)預留注漿短管39，注漿短管39外側依次連接第三壓力表40和第四截門22，連接好后，先打開第四截門22和第三截門41，通過第四截門22和注漿短管39向鉆孔與套管30環(huán)狀間隙38內(nèi)注入套管封固料漿液34，套管封固料漿液34沿套管封固料運行方向37向孔內(nèi)運移，到達孔底超過套管30底部進入套管30后，套管封固料漿液34從套管接頭29和第三截門41流出，等套管封固料漿液34從第三截門41流出后，關閉第三截門41，繼續(xù)注漿，當注漿壓力達到設計值后，關閉第四截門22，候凝。如圖4所示，所述步驟5的套管封固料漿液34注漿中，套管封固料漿液34對鉆孔所揭露的圍巖33內(nèi)第二導水裂隙36進行充填封堵，注漿中要保持一定的注漿壓力，使套管封固料漿液34能在第二導水裂隙36中具有一定的擴散距離，以提高套管30封固質(zhì)量。所述注漿壓力一般不超過3. OMPa,并根據(jù)巖壁15完整程度和注漿技術要求確定。所述步驟6的具體步驟如下候凝結束后，卸下套管接頭29和第三截門41，并清理凈套管接頭29和第三截門41內(nèi)的封固材料。在套管30內(nèi)下入鉆具進行掃孔，掃孔深度到鉆孔孔底，用清水沖洗鉆孔，沖洗干凈后，再次安裝套管接頭29和第三截門41，打開第三截門41，并向套管30內(nèi)注水，進行套管30封固耐壓試驗，耐壓合格后，卸掉套管接頭29和第三截門41，從套管30內(nèi)下入鉆具繼續(xù)向底層深部鉆進。實施例某煤礦2005年10月16日開工建設，2010年3月生產(chǎn)運行。設計生產(chǎn)能力240萬t/a，服務年限為52. 4年，是水文地質(zhì)條件比較復雜，同時受到高溫高壓孔隙水和沖擊地壓威脅比較嚴重的礦井。巷道掘進或工作面開采中，時常發(fā)生突水，給礦井排水造成很大壓力。該礦膠帶上山巷道在掘進中遇到一條落差為2. 2m的正斷層，由于巷道頂板在斷層處為泥巖，頂板冒落，后用U型棚多層支護，巷道采用錨噴支護方式。斷層下盤有一個明顯涌水點，涌水量為30m3/h。經(jīng)地質(zhì)雷達和鉆孔探測，巷道圍巖33涌水破碎，耐壓強度極低，注漿中曾引起巷道局部變形，變形量最高達1. 5cm。經(jīng)水文地質(zhì)資料顯示，涌水含水層原始水壓為6. 5MPa，注漿堵水前為3.1MPa0經(jīng)地質(zhì)雷達和鉆孔實際揭露探查結果為錨噴支護體以上有1. 2m左右的空洞(分析為巷道支護層與巖層之間的空間)，1. 2 4. 5m范圍為極其破碎的泥巖層，長期被涌水浸泡，結構松散，耐壓強度低。觀察巷道頂板有散裝淋水，淋水點分布比較廣。鉆進中鉆孔坍塌、卡鉆現(xiàn)象嚴重；3. 5m以上為粉砂巖和泥巖互層，垂向裂隙發(fā)育，垂向裂隙內(nèi)含導水。在實施本發(fā)明前，曾采用對涌水破碎帶注漿加固構成注漿阻水巖帽的方法，收效甚微，并曾因為注漿中出現(xiàn)巷道頂板變形、頂板淋水點和涌水量增加現(xiàn)象。采用本發(fā)明工藝，成功施工了 2個鉆孔，分別為注1、注2。在注1、注2施工中，均通過實施隔壓滲透注漿工藝，鉆孔安全穿過涌水破碎帶，并保證了鉆孔套管30的封固質(zhì)量，為鉆孔安全揭露含水層并對含水層注漿提供了安全保障。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權利要求
1.巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，其特征是，它包括并在一起的隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管；隔壓膨脹注漿器與滲透注漿管并在一起稱之為隔壓滲透注漿器；所述隔壓膨脹注漿器包括依次連接的隔壓膨脹注漿器注漿管接頭、第一截門、第一壓力表、隔壓膨脹注漿器端部、隔壓膨脹注漿器注漿管和堵頭，所述隔壓膨脹注漿器注漿管兩端加工成馬牙扣，所述隔壓膨脹注漿器注漿管的外圍包裹一層膨脹布，所述膨脹布的兩端通過綁帶固定在馬牙扣上，所述膨脹布內(nèi)的隔壓膨脹注漿器注漿管上設有若干個溢流孔；所述滲透注漿管包括依次連接的滲透注漿管接頭、第二截門、第二壓力表。
2.如權利要求1所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，其特征是，所述隔壓膨脹注漿器用PPR管加工而成；所述膨脹布是較柔軟的密度較高的化纖布，所述化纖布長度要比巷道圍巖破碎帶厚度長2m，所述化纖布的寬度為鉆孔周長的1. 3倍，所述化纖布為長筒狀；所述馬牙扣的長度為300mm ；所述滲透注漿管用PPR管加工而成。
3.如權利要求1-2任一所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置所采用的注漿工藝，其特征是，主要包含以下工作步驟步驟1，施工探查鉆孔；首先在巷道圍巖內(nèi)施工探查鉆孔，探查出巷道圍巖內(nèi)破碎帶的厚度；步驟2，把隔壓滲透注漿器送入鉆孔內(nèi)，對隔壓膨脹注漿器進行注漿；把隔壓膨脹注漿器速凝材料注入到隔壓膨脹注漿器注漿管中，隔壓膨脹注漿器速凝材料會通過隔壓膨脹注漿器注漿管的溢流孔流入膨脹布中，膨脹布膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；停止注漿并候凝；步驟3，通過滲透注漿管對鉆孔進行注漿；注漿材料漿液擴散到導水裂隙中，停止注漿并候凝；步驟4，掃孔取出隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管，掃孔后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料形成的預留環(huán)狀止水圈；步驟5，繼續(xù)鉆進，在鉆孔內(nèi)下入套管，并封固孔內(nèi)套管；步驟6，掃孔，進行套管封固耐壓試驗，耐壓合格后，繼續(xù)鉆進。
4.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟I中，鉆孔深度要超過巷道破碎圍巖進入到完整巖層內(nèi)至少3m，鉆孔孔徑要超過鉆孔套管直徑兩個級別。
5.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟2的具體步驟如下把隔壓滲透注漿器送入鉆孔內(nèi)，使之位于鉆孔的中心位置，并固定好；把隔壓膨脹注漿器注漿管接頭和高壓膠管通過快速接頭連接，并把高壓膠管另一頭和注漿泵連接；打開第一截門，開動注漿泵，用注漿泵把攪拌好的隔壓膨脹注漿器速凝材料經(jīng)隔壓膨脹注漿器注漿管接頭、第一截門、隔壓膨脹注漿器注漿管和溢流孔注入到膨脹布形成的密閉空間內(nèi)，膨脹布不斷脹大，膨脹布被緊緊壓在孔壁上；膨脹布膨脹后適應孔壁的不規(guī)則表面并和孔壁緊密結合；當注漿壓力達到注漿壓力設定值時，停止注漿，關閉第一截門并候凝；隔壓膨脹注漿器和孔壁之間的摩擦力承受鉆孔內(nèi)的注漿壓力，并使注漿壓力作用在了深部的較完整巖層上；所述注漿壓力設定值為1. 5 2. OMPa ;所述候凝的時間按照注漿前對隔壓膨脹注漿器速凝材料的現(xiàn)場凝固實驗確定，所述注漿泵使用低壓小泵量注漿泵。
6.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟3的具體步驟如下隔壓膨脹注漿器候凝結束后，把滲透注漿管接頭連接高壓膠管的一端，高壓膠管的另一端和注漿泵連接；打開第二截門，開動注漿泵，把攪拌好的注漿材料漿液通過滲透注漿管注入到鉆孔裸孔內(nèi)，一部分注漿材料漿液通過鉆孔孔壁較完整巖層內(nèi)的導水裂隙向周圍滲透擴散，并封堵導水裂隙，另一部分注漿材料漿液則通過導水裂隙被涌水攜帶向巷道淺部圍巖的巖壁內(nèi)破碎帶內(nèi)擴散，當巖壁內(nèi)破碎帶出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，利用止?jié){方法進行止?jié){；注漿壓力達到結束標準時停止注漿，關閉第二截門并候凝；候凝結束后，在孔口處把隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管截斷；所述結束標準為2. 0-3. OMPa ；滲透充填到導水裂隙和破碎圍巖的破碎帶內(nèi)的注漿材料漿液凝結后，對圍巖破碎帶起到加固作用，把破碎圍巖變成具有一定承壓和阻水能力的注漿封固加固體；其中，止?jié){方法包括兩種方法一，調(diào)節(jié)注漿材料漿液配比參數(shù)，縮短注漿材料漿液的凝固時間；方法二，采用在注漿材料漿液中加入少量鋸末細小的骨料，堵塞較大的跑漿空隙，達到止?jié){的目的。
7.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟4的具體步驟如下用比原鉆孔孔徑小兩級的取芯鉆頭鉆進掃孔，鉆具在膨脹后的隔壓滲透注漿器內(nèi)透孔鉆進并把隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管取出；取出后，孔內(nèi)形成一個由隔壓膨脹注漿器速凝材料形成的預留環(huán)狀止水圈。
8.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟5的具體步驟如下用與步驟4相同直徑的鉆頭繼續(xù)鉆進到超出套管的設計深度O. 5m處，在鉆孔內(nèi)下入套管，并按鉆孔套管的封固工藝對套管進行封固；所述步驟5的套管封固料漿液注漿中，套管封固料漿液對鉆孔所揭露的孔壁巖石內(nèi)導水裂隙進行充填封堵，注漿中要保持一定的注漿壓力，注漿壓力不超過3. OMPa0
9.如權利要求3所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是，所述步驟6的具體步驟如下候凝結束后，打開套管接頭和第三截門，并清理凈套管接頭和第三截門內(nèi)的封固材料；在套管內(nèi)下入鉆具進行掃孔，掃孔深度到鉆孔孔底，用清水沖洗鉆孔，沖洗干凈后，再次安裝套管接頭和第三截門，打開第三截門并通過套管注水，進行套管封固耐壓試驗，耐壓合格后，卸掉套管接頭和第三截門，繼續(xù)鉆進。
10.如權利要求4所述的巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，其特征是注漿材料選擇快硬硫鋁酸鹽水泥，水泥漿配制密度范圍控制在1. 3-1. 5g/cm3之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿裝置，它包括并在一起的隔壓膨脹注漿器和滲透注漿管；本發(fā)明還公開了一種巷道破碎涌水圍巖內(nèi)鉆孔套管隔壓滲透封固注漿工藝，通過向隔壓膨脹注漿器內(nèi)注入速凝固結材料使膨脹布漲開被緊密壓合在鉆孔孔壁上，杜絕了滲透注漿過程中注漿壓力對涌水破碎圍巖的擾動破壞，避免了注漿過程中引起的巷道變形甚至垮落，并通過滲透注漿管對裸孔段進行注漿，通過注漿壓力使注漿漿液滲透到導水裂隙中，用取芯管取出隔壓滲透注漿器后，可在鉆孔內(nèi)形成環(huán)狀封固材料保護圈，保護圈起到護壁、止水作用，保證了鉆孔套管的封固質(zhì)量。
文檔編號E21B33/13GK103061785SQ20121058313
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2012年12月28日
發(fā)明者李術才, 林春金, 潘光明, 張慶松, 李海燕, 李召峰, 楊騰, 李紅偉 申請人:山東大學