專利名稱：礦井破壁鉆孔注漿加固堵漏方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于井巷工程中的加固堵漏注漿方法。
地處松散的厚表土層地層的礦井因表土層底部含水層(以下簡稱底含)直接覆蓋在煤系地層之上，通過煤巖露頭裂隙和采空區(qū)，底含水被導(dǎo)入井下，而在井筒周圍形成了最大的降落漏斗。隨著低含水位下降，井田范圍內(nèi)會出現(xiàn)大面積地表下沉，地層對井筒外表將施加一個巨大的豎向應(yīng)力，在這種極不均勻的豎向應(yīng)力作用下，使底含部位形成應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)某部位的截面實際應(yīng)力超過了井筒自身設(shè)計應(yīng)力時，井壁即產(chǎn)生壓縮性破壞，造成井壁斷裂涌水、噴砂，并隨著對井壁的垂直壓力和側(cè)壓力的增大，這種險情也隨之加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)井塌事故，對井筒構(gòu)成嚴重威脅。現(xiàn)有方法是用槽鋼井圈加固，增加井壁強度，但阻擋不住井筒繼續(xù)破壞和位移，不能從根本上解決問題。
本發(fā)明提出一種井筒表土段破壁鉆孔注漿加固堵漏方法，以達到封水、固砂，減少由于圍巖滑移、下沉而產(chǎn)生的附加應(yīng)力對井壁的作用，增加和提高井筒的整體性和穩(wěn)定性，阻止變形破壞的繼續(xù)發(fā)展，以期達到根治目的。
本發(fā)明的任務(wù)通過下述方式實現(xiàn)在標明要封堵加固的部位，破壁鉆注漿孔，安注漿管，用大于被注漿部位阻力的壓力向內(nèi)外井壁夾層和外井壁后的砂、土層注入漿液，在被注漿部位形成厚薄不等的灰漿幃幕固結(jié)區(qū)。注漿重點層位是底含井筒破裂處及其砂礫層、中、細砂層。井筒破裂部分的高度在底含部位是局部的，一般為3～8米，但為了增強井筒的整體性，需對底部含水層全段高進行注漿。注漿施工由基巖風(fēng)化帶開始，自下向上分層向上布孔注漿，使上下依托在穩(wěn)定巖層內(nèi)。用φ42m/m鉆頭鉆水平注漿孔，在其上方鉆一斜度為35-50度斜孔作為泄壓孔，與注漿孔交會。然后在注漿孔和泄壓孔內(nèi)分別安設(shè)注漿管與泄壓管，并在注漿孔外側(cè)口設(shè)金屬擋板，用倒楔錨桿把金屬擋板固定在井壁上。擋板中心開孔，套在注漿孔外側(cè)口，抵住注漿管，不致使其在高壓涌水、噴砂作用下向井內(nèi)位移。在注漿管與泄壓管上安設(shè)高壓閥門。漿液可采用35-50波美度的水玻璃和水灰比為0.8～2∶1的硅酸鹽水泥漿，水玻璃和水泥漿的容積比為1∶5～8。注漿壓力由小到大逐漸加壓，以能夠順利進漿的壓力為準，終壓為100-150公斤/厘米2。注漿量可根據(jù)下述經(jīng)驗公式計算Q＝a×v×u式中a-漿液損失系數(shù)，取1.0-1.3;
v-固結(jié)充填體積，取幃幕厚1.5-2.5米;
u-孔隙率，取23-30%。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作說明

圖1是本發(fā)明實施例1的注漿順序及灰漿幃幕形成剖面。
圖2是本發(fā)明注漿順序及灰漿幃幕形成剖面。
實施例1如圖1所示，施工前在井壁上按照地質(zhì)柱狀圖標明相應(yīng)地質(zhì)層位(即需要加固堵漏的位置)。先用槽鋼井圈加固，增強井壁強度，然后按圖1所示順序自下而上分層布孔鉆注。每層布孔數(shù)量應(yīng)視井筒直徑大小和壁后地質(zhì)情況而定，本例每層布5個孔，孔徑為42-45m/m，其上方各自有相同孔徑的泄壓管，斜度為45度，終端與注漿孔交會?？變?nèi)分別安注漿管和泄壓管。注漿管口設(shè)金屬擋板，擋板中心開孔，套住注漿管，擋板四角用倒楔錨桿固定在井壁上。在注漿管和泄壓管上安設(shè)高壓閥門。水泥攪拌站設(shè)在上井口，水泥漿、水玻璃通過專用管路輸入井內(nèi)施工點。注漿泵安置在罐籠或箕斗上層，注漿時關(guān)閉泄壓管上的高壓閥門，打開注漿管上的高壓閥門，開動注漿泵向壁后及夾層注漿。
按照注漿量經(jīng)驗公式Q＝a×v×u本實施例井筒直徑為6米，充填固結(jié)段高40米，取幃幕厚1.5米，a＝1.3，u＝30%。
Q＝1.3×[40×(4.52-32)×π]×30%≈550噸水玻璃和水泥漿容積比按1∶5計算，則水玻璃為110噸，水泥漿為440噸。采用35波美度水玻璃和水灰比為0.8∶1的硅酸鹽水泥漿。終壓設(shè)計控制在100-120公斤/厘米2。破壁注漿后在井筒周圍形成厚薄不等的灰漿幃幕，而且其外圍的砂、土層由于高壓漿液的滲透，由流態(tài)結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐欢ǚ秶臒o壓無水的固態(tài)結(jié)構(gòu)。
實施例2破壁鉆孔注漿順序按圖2。條件與實施例1相同，取幃幕厚2.5米，漿液損失系數(shù)a＝1.0，孔隙率u＝23%，由經(jīng)驗公式得Q＝1.0×[40×(5.52-32)×π]×23%≈613水玻璃和水泥漿容積比按1∶8計算，則水玻璃為76噸，水泥漿為536噸，采用50波美度水玻璃和水灰比為1.2∶1的硅酸鹽水泥漿，終壓設(shè)計控制在130-150公斤/厘米2。注漿效果與實施例1基本一致。
本發(fā)明打開了井筒厚表層土砂層段破壁注漿的禁區(qū)，為新建礦井用注漿法代替凍結(jié)法或占井法提供了可靠的方法。對于升產(chǎn)礦井來說，采用本發(fā)明，施工期短，效果好，在一兩個月內(nèi)就能封住涌水、流砂。在含水地層帶形成厚薄不等的灰漿圍幕，充填固結(jié)了圍巖，增強了井筒的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種礦井破壁鉆孔注漿加固堵漏方法，其特征在于在標明要封堵加固部位，破壁鉆注漿孔，安注漿管，用大于被注漿部位阻力的壓力向內(nèi)外井壁夾層和外井壁后的砂、土層注入漿液，在被注漿液的井筒周圍形成厚薄不等的灰漿幃幕固結(jié)區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于注漿層次為自下而上分層布孔，在注漿孔上方鉆斜度為35-50度的泄壓孔，其端部與注漿孔交會，注漿孔和泄壓孔內(nèi)分別安注漿管和泄壓管并設(shè)高壓閥門。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于注漿管外側(cè)口設(shè)有金屬擋板，中心開孔，套在注漿管外側(cè)口。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于計算注漿量的經(jīng)驗公式為Q＝a×v×u，式中a-漿液損失系數(shù)，取1.0-1.3;v-固結(jié)充填體積，取幃幕厚1.5-2.5米;u-孔隙率，取23-30%。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于漿液為35-50波美度的水玻璃和水灰比為0.8～2∶1的硅酸鹽水泥漿，水玻璃和水泥漿的容積比為1∶5～8，注漿壓力由小到大逐漸加壓，終壓為100-150公斤/厘米2。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種礦井破壁鉆孔注漿加固堵漏方法。在井筒標明要封堵加固部位，破壁鉆注漿孔，安注漿管，用大于被注漿部位阻力的壓力向內(nèi)外井壁夾層和外井壁后的砂、土層注入漿液，在被注漿液的井筒周圍形成厚薄不等的灰漿帷幕固結(jié)區(qū)，達到封堵水砂，固結(jié)圍巖，增強井筒穩(wěn)定性的目的。
文檔編號E21B33/13GK1064522SQ9110126
公開日1992年9月16日 申請日期1991年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月26日
發(fā)明者周慶芬 申請人:煤炭科學(xué)研究總院合肥研究所