深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于深部長距離巷道圍巖加固的地面預(yù)注漿施工工藝，深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，包括如下步驟：(a)在地面使用鉆機(jī)開設(shè)地面注漿鉆孔，地面注漿鉆孔包括套管段、造斜段和水平加固段，套管段鉆孔內(nèi)設(shè)置有套管，造斜段和水平加固段為巖石裸孔，地面注漿鉆孔的地面入口沿巷道走向布置；(b)通過位于地面的注漿泵，對(duì)水平加固段所在地層巖體注入漿液，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的預(yù)先加固治理。本發(fā)明能夠達(dá)到全巷道圍巖加固注漿，適宜煤礦深部大范圍巷道圍巖的主動(dòng)加固，并且安全性和適應(yīng)性高。
【專利說明】深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及煤礦建設(shè)中巷道圍巖加固領(lǐng)域，特別涉及適用于巷道距離較長、埋藏深、圍巖穩(wěn)定性較差的地層的巷道圍巖加固施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著淺部煤炭資源日益枯竭，深部煤炭資源的開采越來越普遍。然而，深部的煤系地層受地質(zhì)條件復(fù)雜、地壓大等不可預(yù)知因素的影響非常大，井下巷道掘砌過程中，面臨著片幫、掉塊、裂隙導(dǎo)水通道發(fā)育等施工風(fēng)險(xiǎn)，并且，巷道建成后，也會(huì)發(fā)生圍巖過大地變形、支護(hù)方式失效、遲到性涌水等破壞。因此，巷道圍巖的加固技術(shù)研究就提上日程。
[0003]目前，井下巷道加固技術(shù)分為兩大類:工作面預(yù)注漿和壁后注漿。
[0004](I)工作面預(yù)注漿，其是在巷道工作面向巖體中施工注漿鉆孔，注入漿液以封堵裂隙。缺點(diǎn):①注漿施工時(shí)，工作面掘進(jìn)工序完全停止，如果裂隙非常發(fā)育，還需要施工止?jié){墊或止?jié){墻，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率非常低注漿鉆孔的深度較淺，加固范圍很小，同時(shí)工作面空間有限，無法采用大型設(shè)備，注漿壓力小，漿液擴(kuò)散距離有限；③加固漿液以化學(xué)漿液為主，成本很高，且不利于環(huán)境保護(hù)。④施工現(xiàn)場工作環(huán)境差，不安全隱患較多。
[0005](2)壁后注漿，其屬于被動(dòng)加固治理技術(shù)，是在巷道掘砌完成后，發(fā)現(xiàn)巷道圍巖破壞，在向巷道圍巖內(nèi)鉆孔注漿，往往與錨桿或錨索等聯(lián)合使用，目的是減小巷道的破壞，缺點(diǎn)與工作面預(yù)注漿基本相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適宜煤礦深部大范圍巷道圍巖的主動(dòng)加固，并且安全性和適應(yīng)性高的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，包括如下步驟:
[0008](a)在地面使用鉆機(jī)開設(shè)地面注漿鉆孔，地面注漿鉆孔包括套管段、造斜段和水平加固段，套管段鉆孔內(nèi)設(shè)置有套管，造斜段和水平加固段為巖石裸孔，地面注漿鉆孔的地面入口沿巷道走向布置；
[0009](b)通過位于地面的注漿泵，對(duì)水平加固段所在地層巖體注入漿液，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的預(yù)先加固治理；
[0010]利用鉆機(jī)在地面施工垂直鉆孔形成套管段，預(yù)定深度鉆孔軌跡逐漸過渡到水平鉆孔形成水平加固段，垂直鉆孔與水平鉆孔之間的過渡鉆孔為造斜段，水平鉆孔沿著巷道軸線延伸，使用止?jié){機(jī)具，將巷道圍巖分隔成2個(gè)及以上的注漿段，注漿漿液在地面注漿設(shè)備高壓驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過注漿管路、鉆桿及止?jié){塞芯管，擴(kuò)散到注漿段巖體裂隙中，改善巷道圍巖的整體穩(wěn)定性，從而起到加固巷道圍巖的作用。在實(shí)際施工中，煤礦巷道的長度往往達(dá)到幾千米，單個(gè)水平鉆孔的注漿長度一般200m左右，為了實(shí)現(xiàn)全巷道圍巖注漿，在地面間隔一定距離的位置可以同時(shí)布置多個(gè)注漿孔，使各個(gè)水平注漿鉆孔依次接續(xù)，以達(dá)到全巷道圍巖加固注漿的目的。
[0011]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在步驟(a)中:套管段底口進(jìn)入穩(wěn)定基巖的深度大于或等于10m，使得套管不會(huì)發(fā)生位移和變形，起到很好的導(dǎo)向作用，確保下一步施工工藝；套管的規(guī)格為Φ168*8πιπι無縫地質(zhì)管，直孔套管段的鉆孔偏斜率小于或等于3%。，相鄰兩個(gè)地面注漿鉆孔的地面入口的間距為200米。
[0012]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在步驟(a)中:造斜段鉆孔軌跡曲率為5° /30m ;使得鉆孔軌跡沒有狗腿角，并且鉆孔軌跡平滑，鉆頭和止?jié){機(jī)具容易下放，不會(huì)發(fā)生卡斷事故。
[0013]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在步驟(a)中:水平加固段鉆孔軌跡頂角為90+5°，水平加固段鉆孔的軸線與計(jì)劃掘砌的巷道軸線重合；這樣可以避免漿液超擴(kuò)散，形成有效的注漿加固帷幕，保證加固質(zhì)量。
[0014]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在步驟(a)中:造斜段和水平加固段的孔徑為Φ 133mm。
[0015]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在步驟(b)中:漿液為粘土水泥漿，粘土水泥漿由水、水泥、粘土和水玻璃組成；粘土的塑性指數(shù)為10~25，并且粘土的含砂量小于或等于5wt% (質(zhì)量百分含量)；水玻璃的模數(shù)為2.8~3.4，并且水玻璃的濃度為38~42波美度。
[0016]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在粘土水泥漿中:水泥加入量為每立方米水加入100~200kg，水玻璃加入量為每立方米水加入10~30L ;首先向水中加入水泥和水玻璃，最后加入粘土，粘土的加入量使配制得到粘土水泥漿的比重為1.15~
1.30。
[0017]本發(fā)明的這種粘土水泥漿具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)流動(dòng)性好，凝結(jié)時(shí)間可控，不容易堵塞注漿管路，而且在高壓作業(yè)下比較容易形成凝固體，非常適宜本發(fā)明的注漿工藝；(2)能夠更好地封閉地層層理和裂隙，加固效果好。
[0018]上述深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，在套管段以下的造斜段，也進(jìn)行注漿。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、在井下巷道掘砌之前，在地面使用鉆機(jī)開孔，利用定向技術(shù)鉆進(jìn)水平注漿孔，通過地面注漿泵對(duì)巷道所在地層巖體注入漿液，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的預(yù)先加固治理，改善了巷道開挖時(shí)的施工環(huán)境，加快了巷道施工進(jìn)度，是一種主動(dòng)的圍巖加固技術(shù)。
[0021]2、地面預(yù)注漿的注漿壓力與工作面注漿相比，注漿壓力很高，達(dá)到了 2倍以上靜水壓力，漿液的擴(kuò)散距離較遠(yuǎn)，裂隙充填率也相應(yīng)提高，充分保證了圍巖的加固質(zhì)量，適宜煤礦深部大范圍巷道圍巖加固。
[0022]3、巷道圍巖經(jīng)過注漿加固后，大大地減少了片幫、底鼓、頂板垮塌等事故發(fā)生的危險(xiǎn)，安全性高，改善了工人施工環(huán)境，并且對(duì)于環(huán)境的污染較小。
[0023]4、工藝安排簡單，設(shè)備及材料來源廣泛，適應(yīng)性高。
[0024]5、本發(fā)明是一種煤礦水平巷道開鑿前預(yù)先加固治理圍巖的注漿施工工藝，特別適用于巷道長度超過1000m、埋深超過800m且巷道圍巖完整性較差的地層【在本發(fā)明中:“深部”是指巷道埋深大于等于800m，“長距離”是指巷道長度大于或等于1000m】?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝的一種鉆孔軌跡剖面示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝的另一種鉆孔軌跡剖面示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝的另一種鉆孔軌跡剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本實(shí)施例深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，包括如下步驟:
[0029](a)在地面使用鉆機(jī)開設(shè)地面注漿鉆孔，地面注漿鉆孔包括套管段、造斜段和水平加固段，套管段鉆孔內(nèi)設(shè)置有套管，造斜段和水平加固段為巖石裸孔，地面注漿鉆孔的地面入口沿巷道走向布置；套管段底口進(jìn)入穩(wěn)定基巖的深度大于或等于10m，套管的規(guī)格為Φ 168*8mm無縫地質(zhì)管，直孔套管段的鉆孔偏斜率小于或等于3%。，相鄰兩個(gè)地面注漿鉆孔的地面入口的間距為200米；造斜段鉆孔軌跡曲率為5° /30m ;水平加固段鉆孔軌跡頂角為90±5°，水平加固段鉆孔的軸線與計(jì)劃掘砌的巷道軸線重合；造斜段和水平加固段的孔徑為Φ 133mm ；
[0030](b)通過位于地面的注漿泵(BQ-500注漿泵)，對(duì)水平加固段所在地層巖體注入漿液，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的預(yù)先加固治理；漿液為粘土水泥漿，粘土水泥漿由水、P.042.5普通硅酸鹽水泥、粘土和水玻璃組成；粘土的塑性指數(shù)為10?25，并且粘土的含砂量小于或等于5% (質(zhì)量百分含量)；水玻璃的模數(shù)為2.8?3.4，并且水玻璃的濃度為38?42波美度；在粘土水泥漿中:P.042.5普通硅酸鹽水泥加入量為每立方米水加入100?200kg，水玻璃加入量為每立方米水加入10?30L ;首先向水中加入P.042.5普通硅酸鹽水泥和水玻璃，最后加入粘土，粘土的加入量使配制得到粘土水泥漿的比重為1.15?1.30。
[0031]如圖1至圖3所示，以IOOOm巷道注漿加固為例，地面共布置5臺(tái)鉆機(jī)(液壓頂驅(qū)鉆機(jī))，沿著巷道軸線走向設(shè)置，每個(gè)鉆機(jī)施工200m長的水平鉆孔，鉆孔開孔到水平鉆孔入靶域的水平位移350m。地面具體布置鉆機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮建(構(gòu))筑物、地形地貌等因素，盡量插空安排鉆機(jī)，避免影響礦井正常生產(chǎn)，而且，保證每個(gè)鉆孔的水平段要前后銜接，避免出現(xiàn)漏段現(xiàn)象的發(fā)生。施工順序:5臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)進(jìn)場施工，盡量保證5個(gè)鉆孔的施工進(jìn)度一致，水平段分為3個(gè)注漿段高，每個(gè)段高長60?70m，采用鉆一段注一段的前進(jìn)式注漿方式，注漿時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視鉆孔，一旦發(fā)生竄漿立刻停止注漿。
[0032]地面注漿鉆孔沿著巷道走向布置，間隔200m設(shè)置一孔(需要根據(jù)場地實(shí)際情況布置鉆機(jī))，利用定向鉆進(jìn)技術(shù)，鉆孔在巷道軸線位置成為水平鉆孔，然后在水平鉆孔內(nèi)注漿，加固周邊的巖體。施工組織過程中，地面的注漿鉆孔均同時(shí)施工；每個(gè)注漿孔的套管深度可以根據(jù)風(fēng)氧化帶的深度來確定，但套管段底口需要進(jìn)入完整基巖段IOm以上；水平鉆孔應(yīng)保證在巷道軸線位置，并且，各個(gè)注漿孔的水平注漿段應(yīng)前后銜接，避免漏段。注漿過程中，注漿壓力達(dá)到2倍靜水壓力以上，漿液在地層中的擴(kuò)散距離不小于10m，注漿總量按照每米巷道注入不小于4m3粘土水泥漿液，也可以根據(jù)注漿量根據(jù)地層的裂隙溝通及破碎情況確定，但應(yīng)保證漿液在巖體內(nèi)充分?jǐn)U散，形成有效的注漿帷幕；施工過程中，各個(gè)注漿孔應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行鉆孔施工；而且，在套管以下的造斜段，也進(jìn)行注漿，避免鉆孔注漿時(shí)漿液沿著層理面竄漿。
[0033]上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造【具體實(shí)施方式】的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，包括如下步驟: (a)在地面使用鉆機(jī)開設(shè)地面注漿鉆孔，地面注漿鉆孔包括套管段、造斜段和水平加固段，套管段鉆孔內(nèi)設(shè)置有套管，造斜段和水平加固段為巖石裸孔，地面注漿鉆孔的地面入口沿巷道走向布置； (b)通過位于地面的注漿泵，對(duì)水平加固段所在地層巖體注入漿液，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的預(yù)先加固治理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在步驟(a)中:套管段底口進(jìn)入穩(wěn)定基巖的深度大于或等于10m，套管的規(guī)格為Φ168*8πιπι無縫地質(zhì)管，直孔套管段的鉆孔偏斜率小于或等于3%。，相鄰兩個(gè)地面注漿鉆孔的地面入口的間距為200米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在步驟(a)中:造斜段鉆孔軌跡曲率為5° /30m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在步驟(a)中:水平加固段鉆孔軌跡頂角為90±5°，水平加固段鉆孔的軸線與計(jì)劃掘砌的巷道軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在步驟(a)中:造斜段和水平加固段的孔徑為Φ 133mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在步驟(b)中:漿液為粘土水泥漿，粘土水泥漿由水、水泥、粘土和水玻璃組成；粘土的塑性指數(shù)為10?25，并且粘土的含砂量小于或等于5wt% ;水玻璃的模數(shù)為2.8?3.4，并且水玻璃的濃度為38?42波美度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在粘土水泥漿中:水泥加入量為每立方米水加入100?200kg，水玻璃加入量為每立方米水加入10?30L ;首先向水中加入水泥和水玻璃，最后加入粘土，粘土的加入量使配制得到粘土水泥漿的比重為1.15?1.30。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的深部長距離巷道圍巖地面預(yù)注漿加固工藝，其特征在于，在套管段以下的造斜段，也進(jìn)行注漿。
【文檔編號(hào)】E21D11/10GK103835729SQ201310553680
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】劉書杰, 馮旭海, 安許良, 高崗榮, 高曉耕, 袁東鋒, 孫光, 賀文, 陳振國, 史衛(wèi)河, 周衛(wèi)金, 王從平, 胡華軍 申請(qǐng)人:北京中煤礦山工程有限公司