加氣硅化封堵底板裂隙的系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及底板裂隙的充填技術領域，具體涉及一種加氣硅化封堵底板裂隙的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]隨著煤礦開采深度的不斷增加，開采條件、地質條件越來越復雜，工作面回采過程中，往往會遇到高承壓水的問題，這給安全生產(chǎn)帶來很大困難，很容易出現(xiàn)底板突水事故。
[0003]目前，本領域的研究者們通常是采用深降強排和帶壓開采的方式來解決上述問題，其中的帶壓開采過程中一般會采用封堵底板裂隙的方法，這樣可以防止底板承壓水滲入工作面，然而在封堵底板裂隙時，一般礦井選擇的注漿材料很難注入寬度小于60um的裂隙，而當巖土的裂隙達到50um時，水即可明顯透過，細微裂隙的存在使高承壓水潰入礦井的風險大大提高，因此，急需尋找一種封堵效果更好的封堵系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述細微裂隙封堵不完全的問題，本發(fā)明提出了一種加氣硅化封堵底板裂隙的系統(tǒng)及方法，該方法可以有效的封堵底板細微裂隙，防止承壓水進入礦井，具有良好的推廣應用價值。
[0005]本發(fā)明的任務之一在于提供一種加氣硅化封堵底板裂隙的系統(tǒng)。
[0006]一種封堵底板導水破壞帶裂隙鉆孔的系統(tǒng)，包括密封裝置、水玻璃供應裝置、二氧化碳供應裝置和清洗裝置，
[0007]所述密封裝置包括密封圈和法蘭，所述鉆孔處垂直安設有主管道，所述主管道與鉆孔壁之間通過所述密封圈密封，所述法蘭加固在底板頂面的主管道處，所述法蘭配有螺栓，通過法蘭和螺栓配合固定將主管道固定在鉆孔處，并將鉆孔封堵；
[0008]所述主管道的頂部設置有兩條支路管道，分別為第一支路管道和第二支路管道，所述第一支路管道與水玻璃供應裝置連接，所述第二支路管道與二氧化碳供應裝置連接，通過水玻璃供應裝置和二氧化碳供應裝置分別提供Na2Si03、C02，以實現(xiàn)對裂隙的封堵；
[0009]所述清洗裝置用于封堵結束后對裂隙封堵后殘留的水玻璃進行沖洗。
[0010]上述方案中，通過水玻璃供應裝置提供的Na2S13、二氧化碳供應裝置提供的⑶2，二者混合后發(fā)生反應生成硅酸，硅酸可以滲透到微孔隙中，使95%以上的底板裂隙被硅酸充填。
[0011 ]作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述水玻璃供應裝置包括水玻璃儲存器和注漿栗，所述水玻璃儲存器的底部通過第一注漿管路與注漿栗的一端連接，所述注漿栗的另一端連接有第二注漿管路，第二注漿管路上設置有第一閥門和第一壓力表，所述第二注漿管路的另一端連接至第一支路管道。
[0012]作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，所述二氧化碳供應裝置包括二氧化碳儲罐和輸氣管路，所述輸氣管路與二氧化碳儲罐的出口處連接，并且另一端連接至第二支路管道上，所述輸氣管路上設置有第二閥門和第二壓力表。
[0013]優(yōu)選的，所述主管道上設置有用于控制Na2S13和CO2進量的第三閥門。
[0014]優(yōu)選的，所述清洗裝置包括注水桶，所述注水桶下方的出口處連接注水管路，待封堵結束后，所述注水管路與注漿栗連接。
[0015]本發(fā)明的另一任務是提供一種加氣硅化封堵底板裂隙的方法。
[0016]上述方法依次包括以下步驟:
[0017]a對底板水文地質條件進行精細探測，確定底板的注漿半徑，注漿深度，確定硅化加固巖石的體積；
[0018]b在底板布置鉆孔，根據(jù)所述鉆孔的深度確定主管道的長度，將主管道垂直插入所述鉆孔底部，主管道與鉆孔之間通過密封圈密封，在底板處的主管道通過法蘭配合螺栓固定；
[0019]c主管道的頂部設置有第一支路管道和第二支路管道，將第一支路管道與水玻璃供應裝置連接，將第二支路管道與二氧化碳供應裝置連接；
[0020]d首先打開二氧化碳供應裝置，待鉆孔內的二氧化碳達到一定壓力時;接著打開水玻璃供應裝置向鉆孔注入Na2S13,水玻璃強烈吸收CO2形成真空作用，并滲透到微孔隙中，使95%以上的底板裂隙被硅酸所充填；
[0021]化學反應式如式(I)
[0022]Na2Si03+C02+H20 = H2Si03|+Na2C03 ；
[0023]e注漿完成后，用水泥砂漿封孔，將注水桶接入到主管道，將主管道清洗干凈，以待下次注漿使用。
[0024]優(yōu)選的，每米注漿量可按式(2)計算:
[0025]Q=KXVXnX1000 (2)
[0026]式中:
[0027]Q—水玻璃的總用量(L);
[0028]V—硅化加固巖石的體積(m3);
[0029]η—巖土的孔隙率(％);
[0030]K—經(jīng)驗系數(shù)，粘性土、細砂巖中，K = 0.3?0.5;粗砂巖中，K = 0.5?0.7。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過分步向鉆孔內注入二氧化碳和水玻璃，二者經(jīng)過化學反應Na2Si03+C02+H20 = H2Si(U+Na2C03生成硅酸沉淀，水玻璃通過吸收CO2，生成的硅酸完全進入底板裂隙中，硅酸能夠將底板中寬度小于60um的細微裂隙充填率達95 %以上，封堵效果好，無毒，不污染環(huán)境，價格低廉。
[0032]通過水玻璃供應裝置和二氧化碳供應裝置配合，控制水玻璃和二氧化碳的流量，觀測設置在管路上的壓力表來推算所需二氧化碳進量，實現(xiàn)注漿反應。
[0033]本發(fā)明方法在煤層底板水文地質條件進行精細探測時，準確的探測出煤層底板注漿半徑，由此節(jié)約了材料的使用，注漿效果更佳，避免出現(xiàn)部分鉆孔注漿不連接，導致裂隙封堵不完全。
[0034]本發(fā)明注漿設備簡單，不需要攪拌機等設備，節(jié)約設備成本，操作更加簡單，所需人員少，一般2?4人即可完成，節(jié)約人員成本，并且整個過程在巷道即可完成，沒必要再開硐室，節(jié)約施工成本。
[0035]本發(fā)明具有安全性與可靠性好，施工方法簡單、效率高、成本低等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0036]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0037]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結構不意圖；
[0038]圖中，1-水玻璃儲存器，2-注水桶，3-注漿栗，4-電機，5-二氧化碳儲罐，6_第一支路管道，7、第三閥門，8-法蘭，9-密封圈，10、11-閥門，12-第一閥門，13-第一壓力表，14-第二壓力表，15-第二閥門，16-底板導水破壞帶，17-主管道，18-第一注漿管路。
【具體實施方式】
[0039]下面結合具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明封堵底板導水破壞帶裂隙鉆孔的系統(tǒng)，主要是用于對底板鉆孔裂隙進行封堵，包括密封裝置、水玻璃供應裝置、二氧化碳供應裝置和清洗裝置，鉆孔是在底板導水破壞帶16的底板處垂直向下打孔得到的。
[0041]密封裝置包括密封圈9和法蘭8，鉆孔處垂直安設有主管道17，主管道17伸入到鉆孔的最底部，主管道17的作用是提供注漿和注二氧化碳的通道，主管道17與鉆孔壁之間通過密封圈9密封，法蘭8加固在底板頂面的主管道17處，通過與它配合的螺栓將主管道固定在鉆孔處，并將鉆孔封堵;主管道17的頂部設置有兩條支路管道，兩條支路管道與主管道17形成Y型結構，兩條支路管道分別為第一支路管道6和第二支路管道。
[0042]水玻璃供應裝置，主要由提供水玻璃的水玻璃儲存器I和用于輸送水玻璃的注漿栗3組成，其它部件如第一注漿管路18等都可進行常規(guī)的替換，只要具有輸送水玻璃的功能就行，圖中示出的，第一支路管道6與第二注漿管路連接，且在第二注漿管路上設置有第一閥門12和第一壓力表13，第二注漿管路的另一端與注漿栗3的一端連接，注漿栗3的另一端通過第一注漿管路與水玻璃儲存器I連接，當然，為了便于注漿栗運作，注漿栗3還配有電機4。
[0043]二氧化碳供應裝置主要包括二氧化碳儲罐5和輸氣管路，輸氣管路與二氧化碳儲罐5的出口處連接，并且另一端連接至第二支路管道上，輸氣管路上設置有第二閥門15和第二壓力表14。
[0044]清洗裝置包括注水桶2，注水桶2下方的出口處連接注水管路，待封堵結束后，注水管路與注漿栗連接，對裂隙封堵后殘留的水玻璃進行沖洗。
[0045]作為優(yōu)選，在主管道上設置有用于控制Na2S13和⑶2進量的第三閥門7，為了便于控制玻璃水和清洗水的流量，在第一注楽管路、注水管路上分別設置有閥門10和閥門11。
[0046]本發(fā)明，加氣硅化封堵底板裂隙的方法，依次包括以下步驟:
[0047]步驟1、對煤層底板水文地質條件進行精細探測，確定底板的注漿半徑，注漿深度，確定硅化加固巖石的體積；
[0048]步驟2、當上述精細探測達標后，對煤層底板進行注漿，具體的如圖1所示，封堵底板導水破壞帶中