大段高多組含水層分段下行注漿法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大段高多組含水層分段下行注漿法，屬地層注漿堵水領(lǐng)域。包括打注漿孔；注漿孔分內(nèi)外兩圈布置，內(nèi)圈注漿孔的圈徑、孔數(shù)小于外圈注漿孔，內(nèi)圈注漿孔的徑向角大于外圈注漿孔；采用大段高鉆孔；打鉆采用液壓坑道鉆機，鉆進速度10m/h，具有自動卸桿的功能；注漿孔符合大段高鉆注的條件；在注漿孔中安裝注漿管，并將注漿管與注漿機連接，在注漿機和注漿管間設(shè)止?jié){墊；注漿：注漿壓力選用地下水靜壓力的2-4倍；前期封堵較大裂隙，取靜水壓力的2倍；后期針對小裂隙、孔隙，取靜水壓力的3-4倍。具有費用低、施工速度快、社會效益好等特點。
【專利說明】大段高多組含水層分段下行注漿法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大段高多組含水層分段下行注漿法，屬地層注漿堵水施工技術(shù)。主要適用于對于地層孔隙水采用大段高(含水層厚度大于120m)注化學(xué)漿液，這一注漿技術(shù)可為類似地層堵水工作提供有效的借鑒經(jīng)驗，更是工作面預(yù)注漿技術(shù)的一個重要的補充。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦山地下工程開采規(guī)模的擴大，越來越多的工程常常遇到各種含水層、砂巖裂隙、孔隙水、灰?guī)r溶洞水、斷層破碎帶水、巖溶陷落柱水、老空水等復(fù)雜地層，這些地層往往水源豐富，涌水量大，可能引起突水、坍塌、冒落等事故，甚至造成淹井和人員傷亡等安全事故。地層注漿堵水施工技術(shù)，是治理這些復(fù)雜地層，消除可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生水害的有效技術(shù)方法之一。
[0003]當立井井筒含水層較多，且層間距較大或埋深較深的條件下，治水方法使用其他方法，如凍結(jié)法、地面預(yù)注漿法，其工期較長或成本較大。對于這類井巷、硐室堵水，工作面預(yù)注漿是首選的方法。
[0004]隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求越來越多，淺部井田大部分已開發(fā)，而煤炭資源不能再生，新建井筒越來越深，地質(zhì)條件相應(yīng)較差。特別是西北地區(qū)，開采的是侏羅系延安組煤層。侏羅系地層成巖時間較晚，巖石為半成巖、弱固結(jié)狀，井幫圍巖遇水易泥化、塌幫。含水層的性質(zhì)與石炭二疊系地層有差別。石炭二疊系含水層一般是膠結(jié)程度較硬的砂巖，含水層以裂隙水為主，其單層厚度不超過50m。而侏羅系含水層一般是砂泥質(zhì)膠結(jié)的細砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖含水層，以孔隙水為主，厚度較大，如彬縣西北的崔木、邵寨等礦井，侏羅系洛河組全段含水，厚度250-300m，寧夏銀川南部直羅組強含水層厚度120m左右，內(nèi)蒙古大多數(shù)礦井的侏羅系含水層單層厚度都超過100m。河南、安徽、山東等地較深的井筒，上部覆蓋有厚層侏羅系含水層。這些地層由于地質(zhì)條件復(fù)雜，注漿治水又是隱蔽工程，施工中往往由于理論和經(jīng)驗不足，帶有盲目性和隨意性，致使有些注漿工程尤其是軟巖孔隙水注漿，花了很大代價，但未達到預(yù)期效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種大段高多組含水層分段下行注漿法，具有費用低、施工速度快、社會效益好等特點。
[0006]本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種大段高多組含水層分段下行注漿法，具體步驟如下:
[0007]I)打注漿孔；注漿孔分內(nèi)外兩圈布置，內(nèi)圈孔的圈徑、孔數(shù)小于外圈孔，內(nèi)圈孔的徑向角大于外圈孔；外圈孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高鉆孔；打鉆采用液壓坑道鉆機，鉆進速度10m/h，具有自動卸桿的功能，孔深150m ;注漿孔符合大段高鉆注的條件；
[0008]2)在注漿孔中安裝注漿管，并將注漿管與注漿機連接，在注漿機和注漿管間設(shè)止?jié){墊；止?jié){墊須能承受注漿終壓；井筒內(nèi)注漿管路采用Φ51Χ6πιπι無縫鋼管，孔口管連接的球閥壓力為32MPa ;濾水層內(nèi)的濾水桶采用Φ325.ι或Φ273mm鋼管制作，上端焊接高壓法蘭，下端封閉；
[0009]3)注漿:注漿壓力選用地下水靜壓力的2-4倍；前期封堵較大裂隙，取靜水壓力的2倍；后期針對小裂隙、孔隙，取靜水壓力的3-4倍；所述的注漿機的最大壓力的2/3需達到終壓，防止因滿負荷長時間運轉(zhuǎn)造成機具故障；對可注性好的地層，選用2臺注漿機同時進行注漿，縮短注漿時間；漿液的攪拌采用井筒澆筑砼用的2臺混凝土攪拌機并設(shè)置一個二級攪拌站。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:工作面大段高預(yù)注漿對不同深度的含水層，具有靈活性、針對性，并且具有節(jié)約費用及工期等優(yōu)點，與短段高比減少了工序轉(zhuǎn)換發(fā)生的一系列問題，如反復(fù)停工，復(fù)工，職工培訓(xùn)上崗，設(shè)備材料的維護、采購等。因此，工作面大段高軟巖注漿給各類不同深度的復(fù)雜含水地層治理探明了一條新的途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]附圖1是大段高多組含水層分段下行注漿法的注漿孔分布圖。
[0013]圖中:1、外圈注漿孔，2、內(nèi)圈注漿孔。
【具體實施方式】
[0014]一種大段高多組含水層分段下行注漿法，具體步驟如下:
[0015]I)打注漿孔；如圖1所示，根據(jù)所注地層的水文地質(zhì)的特點設(shè)置注漿孔，注漿孔分內(nèi)外兩圈布置，內(nèi)圈注漿孔2的圈徑、孔數(shù)小于外圈注漿孔1，內(nèi)圈注漿孔2的徑向角大于外圈注漿孔；外圈注漿孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高鉆孔；打鉆采用液壓坑道鉆機，鉆進速度10m/h，具有自動卸桿的功能，孔深150m ;注漿孔符合大段高鉆注的條件。還可以設(shè)置終孔對上層巖性破碎，噴巖石碎塊段進行加固。
[0016]2)在注漿孔中安裝注漿管，并將注漿管與注漿機連接，在注漿機和注漿管間設(shè)止?jié){墊；止?jié){墊須能承受注漿終壓；井筒內(nèi)注漿管路采用Φ51Χ6πιπι無縫鋼管，孔口管連接的球閥壓力為32MPa ;濾水層內(nèi)的濾水桶采用Φ 325mm或Φ 273mm鋼管制作，上端焊接高壓法蘭，下端封閉；
[0017]3)注漿:注漿壓力是推動漿液在裂隙、孔隙流動、擴散充填、壓實的動力，是控制漿液擴散距離的重要因素之一，注漿壓力一般選用地下水靜壓力的2-4倍；前期封堵較大裂隙，取低值，為靜水壓力的2倍；后期針對小裂隙、孔隙，取高值，為靜水壓力的3-4倍；所述的注漿機的最大壓力的2/3需達到終壓，防止因滿負荷長時間運轉(zhuǎn)造成機具故障；對可注性好的地層，選用2臺注漿機同時進行注漿，縮短注漿時間；漿液的攪拌采用井筒澆筑砼用的2臺混凝土攪拌機并設(shè)置一個二級攪拌站。
[0018]注漿材料根據(jù)特殊地層(孔隙含水層)選擇；較實用的材料是尿醛樹脂。
[0019]應(yīng)用實例I
[0020]1.山東安居煤礦副井井筒工作面預(yù)注漿施工
[0021]安居煤礦副井井筒凈直徑6.5m，于-730?-885m段(厚度155m)為侏羅系地層，由紅棕色、紫紅色泥巖、粉砂巖、細砂巖、中砂巖、粗砂巖組成，泥質(zhì)膠結(jié)，巖性松散，軟化系數(shù)小于0.75，易泥化。含水層垂直分布比較分散。含水量隨著巖石含砂量的增加，顆粒的增大而增大。屬大段含水層。含水層的性質(zhì)屬孔隙、裂隙承壓水。鉆孔涌水量28m3/h，預(yù)計井筒涌水量80m3/h，治水方案采取工作面預(yù)注漿。注漿孔22個，徑向角2.5度，孔間距0.68m,終孔間距2.05m,終孔距荒徑3m。段高總長155m，利用一個止?jié){墊，分4個小分段注漿，劃分依據(jù)是以巖性和鉆孔涌水量大小確定，4個小分段的起止深度是0-45m，45-80m，80-116m，116-155m。鉆注順序是待上一分段達到注漿結(jié)束標準，再從孔口打鉆延伸至下一段高。
[0022]注漿結(jié)束標準是注漿壓力18-26Mpa (靜水壓力的2_3倍)，經(jīng)掃孔檢查，鉆孔涌水量小于0.5m3/h0共注入水泥2830t，尿醛樹脂110t。每米井筒水泥16t，尿醛樹脂0.7t。
[0023]井筒掘進未見涌水，實現(xiàn)了打干井，并且加固了井筒圍巖，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為同類工程的治水，提供了成功的新技術(shù)應(yīng)用范例。
[0024]2.山東義能煤礦主井井筒工作面預(yù)注漿施工
[0025]山東義能煤礦主井井筒凈直徑5m，于-647?_770m段(厚度123m)為侏羅系及二疊系地層，由棕褐色、灰白色粉砂巖、細砂巖、中砂巖、粗砂巖、泥巖組成，主要含水層為中砂巖、粗砂巖，隔水層為粉砂巖、泥巖，含水層與隔水層呈互層狀，鉆孔涌水量26.6m3/h，預(yù)計井筒涌水量70m3/h，治水方案采取工作面預(yù)注漿。注漿孔16個，徑向角2.8度，孔間距
0.74m,終孔間距3.Sm。使用該止?jié){墊分3段注漿，劃分依據(jù)是以巖性和鉆孔涌水量大小確定，鉆注方法是待上一分段達到注漿結(jié)束標準，再從孔口打鉆延伸至下一段高。
[0026]注漿結(jié)束標準是注漿壓力19-23Mpa (靜水壓力的2.5_3倍)，經(jīng)掃孔檢查，鉆孔涌水量小于0.5m3/h。共注入水泥1200t，尿醛樹脂730T。每米井筒水泥9.77t，尿醛樹脂
5.93t0
[0027]井筒掘進涌水量小于2m3/h，達到了注漿預(yù)想效果，并且加固了井筒圍巖，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為同類工程的治水，提供了成功的新技術(shù)應(yīng)用范例。
[0028]義能煤礦主井井筒檢查孔揭露的地層自上而下有:第四系、侏羅系、二疊系地層，各地層特征分別敘述如下:表土段深度231m，侏羅系深度231?765m，厚534m，由雜色粉砂巖、泥巖及灰色細砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖組成。高角度細小裂隙較發(fā)育，含孔隙、裂隙承壓水巖性松散，易泥化。地層傾角6°?8°，檢查鉆孔未發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶和溶洞。
[0029]1.注漿設(shè)計
[0030]本次注漿層位是侏羅系含水層，注漿段起止深度是620m (隔水層巖帽10m) -775m(進入隔水層10m)，總長度155m。注漿孔設(shè)計35個，分2圈布置，內(nèi)圈孔圈徑Φ 3.6m,孔數(shù)15個，徑向角5°，終孔50m位置孔底落在荒徑外3.2m，作用是針對上層巖性破碎，噴巖石碎塊段進行加固。外圈孔圈徑Φ3.Sm，孔數(shù)20個，徑向角2.5°，IOOm位置孔底落在荒徑外
3.2m, 155m落在荒徑外5.6m。作用是封堵孔隙水、裂隙水。
[0031]注漿壓力:注漿壓力是推動漿液在裂隙、孔隙流動、擴散充填、壓實的動力，是控制漿液擴散距離的重要因素之一，一般選用地下水靜壓力的2-4倍。前期封堵較大裂隙，取低值(靜水壓力的2倍)；后期針對小裂隙、孔隙，取高值(靜水壓力的3-4倍)。
[0032]2.注漿施工過程及效果
[0033]注漿施工工序為:止?jié){墊掘進段高達到要求一用傘鉆對下部巖層進行探水(目的是探明含水層的頂板位置和水量，保證埋設(shè)孔口管的質(zhì)量)一上提3m砌壁大模板一利用砌壁大模板搭設(shè)鉆機平臺一將鉆機固定在大模板上一埋設(shè)孔口管進入巖石2m左右一埋設(shè)濾水桶及濾水層一澆筑混凝土并養(yǎng)護7d (期間對止?jié){墊上部井壁進行壁后注漿加固)一打泄壓孔一濾水層及孔口管加固一正常鉆、注達到設(shè)計要求。
[0034]主立井工作面預(yù)注漿工程，從2011年2月4日止?jié){墊施工結(jié)束。在止?jié){墊以上1.5m井壁周圍均勻布置6個泄壓孔，首先對井壁和止?jié){墊加固注漿，防止?jié){液上竄壓壞井壁和止?jié){墊，注漿壓力達到23Mpa (靜水壓力的3倍)，井壁、止?jié){墊安然無恙。。
[0035]把工作面35個注漿孔分成3組，第一組孔1#_15#，孔深50m，徑向角5°，先行施工，注入水泥漿，主要封堵較大裂隙。第二組、第三組共計20個孔，分2組施工，第二組孔為
單號孔，即17#、19#、21#、23#、25#、27#......35#，孔深100m，徑向角2.5°。第三組孔為雙號
孔，16#、18#、20#、22#、24#、26#......34#，孔深155m，徑向角2.5。，各組孔的注漿壓力逐次提
高，然后對第二組孔(單號孔)重新掃開，延深至155m，高壓力注入化學(xué)漿。
[0036]截止3月30日，總工期45d，共掃孔4次，注入量水泥漿2040t，化學(xué)漿1227t，各段工期、涌水量、注漿壓力列下:
[0037]第一組孔，鉆注日期2月14日-2月20日，鉆孔最大涌水量29m3/h降至7m3/h，其他各鉆孔涌水量降至7-5m3/h (第二次注漿前掃孔水量)注漿終壓15Mpa。
[0038]第二組孔鉆注日期2月21日-3月I日，鉆孔最大涌水量14m3/h降至7m3/h，其他各鉆孔涌水量降至5_3m3/h，注漿終壓18Mpa。
[0039]第三組孔鉆注日期3月2日-3月14日，鉆孔最大涌水量15m3/h降至2m3/h以下，其他鉆孔涌水量降至2m3/h，注漿終壓23Mpa。
[0040]第二組單號孔鉆注日期3月15日-3月30日，鉆孔最大涌水量5m3/h降至1.5m3/h，注漿終壓24Mpa。
[0041]檢查孔:后施工的鉆孔檢查先施工的鉆孔，第二組孔檢查第一組孔50m以上的水量，第三組孔檢查第二組孔IOOm以上的水量，待第三組孔復(fù)注達到鉆孔涌水量小于2m3/h后，第四組孔即原第二組孔深度由原IOOm延深至155m，注入化學(xué)漿，達到單孔涌水量小于
1.5m3/h。
[0042]井筒開挖后檢查注漿效果，井筒總涌水量6m3/h，達到井巷施工規(guī)范要求。
[0043]1.鉆孔布置見圖1。
[0044]2.主井井筒基巖段柱狀見表I。
[0045]3.主井井筒基巖段工作面預(yù)注漿參數(shù)見表2。
[0046]表I主井井筒地質(zhì)柱狀表
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種大段高多組含水層分段下行注漿法，其特征在于:具體步驟如下: 1)打注漿孔；注漿孔分內(nèi)外兩圈布置，內(nèi)圈注漿孔的圈徑、孔數(shù)小于外圈注漿孔，內(nèi)圈注漿孔的徑向角大于外圈注漿孔；外圈注漿孔用于封堵孔隙水、裂隙水；采用大段高鉆孔；打鉆采用液壓坑道鉆機，鉆進速度10m/h，具有自動卸桿的功能，孔深150m ;注漿孔符合大段高鉆注的條件； 2)在注漿孔中安裝注漿管，并將注漿管與注漿機連接，在注漿機和注漿管間設(shè)止?jié){墊；止?jié){墊須能承受注漿終壓；井筒內(nèi)注漿管路采用Φ51Χ6πιπι無縫鋼管，孔口管連接的球閥壓力為32MPa ;濾水層內(nèi)的濾水桶采用Φ 325mm或Φ 273mm鋼管制作，上端焊接高壓法蘭，下端封閉； 3)注漿:注漿壓力選用地下水靜壓力的2-4倍；前期封堵較大裂隙，取靜水壓力的2倍；后期針對小裂隙、孔隙，取靜水壓力的3-4倍；所述的注漿機的最大壓力的2/3需達到終壓，防止因滿負荷長時間運轉(zhuǎn)造成機具故障；對可注性好的地層，選用2臺注漿機同時進行注漿，縮短注漿時間；漿液的攪拌采用井筒澆筑砼用的2臺混凝土攪拌機并設(shè)置一個二級攪拌站。
【文檔編號】E21D5/04GK103696775SQ201310714779
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】肖西遠, 祖玉喜, 李天榮, 閆振斌, 張景軍, 康廣輝, 謝洪波, 張彥華, 宋連英 申請人:中煤第一建設(shè)有限公司