專利名稱：立井井筒過流砂層施工置換注漿法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種礦井施工方法，適用于立井井筒表土流砂層施工。
立井井筒是礦井建設(shè)中的關(guān)鍵工程，其施工速度和工程造價對整個礦井建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響。目前，在立井井筒施工中，普遍存在厚表土流砂層的施工問題，流砂層的存在嚴(yán)重影響了立井井筒施工，而且往往出現(xiàn)塌幫現(xiàn)象，為此，需采用特殊法施工，目前通用的特殊鑿井法有凍結(jié)法、鉆井法、沉井法，但這些方法都存在工期長，設(shè)備復(fù)雜、造價高等問題。
本發(fā)明提出的立井井筒過流砂層施工置換注漿法的原理是采用普通立井井筒施工法，當(dāng)井筒開鑿到流砂層附近，打鉆用壓力水或利用承壓流砂層自身壓力將流砂隨水沖出砂層體外，騰出一定的空間，再將水泥漿壓入，迅速凝固結(jié)石。在井筒四周將流砂層逐漸置換成人工水泥結(jié)石體帷幕，從而消除了流砂層段鑿井施工中出現(xiàn)流砂和水侵入井筒以及井壁塌幫危險，保證了正常的井筒掘砌施工。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種采用普通的注漿方法過含水流砂層的立井井筒施工方法。
本發(fā)明提出的立井井筒過流砂層施工置換注漿法的具體方法步驟是1、在立井井筒施工過程中，在井筒掘進(jìn)到距含水流砂層2-6m時的井筒底部筑一混凝上止?jié){墊。
2、在止?jié){墊上沿井筒四周布置置換注漿鉆孔，鉆孔沿井筒徑向向外傾斜0-20°，鉆孔最佳傾斜角為10°-12°，鉆孔直徑最好為30-50mm，每個鉆孔都安裝帶閥門的孔口管，孔口管可以在建筑止?jié){墊時預(yù)埋在止?jié){墊內(nèi)，或直接在鉆孔時安設(shè)。鉆孔分批對稱布置，第一批四個孔，按90°間隔布置，第二批八個孔，按30°間隔插入第一批孔的空檔中間，依次類推分批布孔，直至井壁范圍內(nèi)的流砂層被置換固結(jié)為止。
3、在遇非承壓含水流砂層的情況下，采用雙孔或多孔鉆注方法，在每一批布置的鉆孔中先鉆兩個鉆孔或多個鉆孔，當(dāng)鉆孔到達(dá)流砂層或少許進(jìn)入流砂層后，提出鉆孔內(nèi)的鉆具，對其中一個鉆孔注入高壓水，使一定量的流砂從另一個鉆孔或另幾個鉆孔中沖出，每次置換量最好為1.5-2m3，然后關(guān)閉排砂鉆孔的孔口管閥門，接上注漿管向注水鉆孔注入水泥漿液，注漿量不少于鉆孔排砂量。注漿完畢后關(guān)閉注漿孔的孔口管閥門，待水泥漿固結(jié)后，對該注漿孔和另一個或另幾個排砂孔繼續(xù)向下鉆進(jìn)，穿過人工結(jié)石體鉆入流砂層，進(jìn)行下一循環(huán)同樣步驟的鉆注施工，依此方法逐段向下置換砂層，直至該注漿鉆孔不再出水為止。在遇到承壓含水砂層的情況下，采用單孔鉆注方法，對每一批布置的鉆孔逐個鉆注施工，當(dāng)鉆孔鉆到流砂層或少許進(jìn)入流砂層時，提出孔內(nèi)鉆具，讓一定量的流砂從該鉆孔中自行噴出后，接上高壓注漿膠管進(jìn)行第一次注漿，注漿量不少于該鉆孔排砂量，每次置換量最好為1.5-2m3，然后關(guān)閉鉆孔的孔口管閥門，待水泥漿液固結(jié)后或打開閥門不返漿時，繼續(xù)向下鉆進(jìn)，穿過人工結(jié)石體，鉆入流砂層內(nèi)，開始進(jìn)行下一循環(huán)同樣步驟的鉆注施工，依此方法逐段向下置換流砂直到該鉆孔不再出水為止。
4、待全部注漿孔呈現(xiàn)為干孔后，即可按順時針方向逐個孔進(jìn)行壓水試驗，其壓力值一般等于或少許大于該地層段的靜水壓力，若本孔不漏水并且臨近孔無串水現(xiàn)象即為合格，若有出水南象需補注漿液，待注漿孔逐個檢查一遍后，即結(jié)束本流砂層的置換注漿，然后在井筒中心打一大孔徑取芯鉆孔檢查該段的注漿效果，并延長孔深到下一流砂層段，摸索下一段地層賦存條件。
本發(fā)明提出的立井井筒過流砂層施工置換注漿法為立井施工又增添了一種新的方法，有效地解決了立井井筒采用注漿法通過流砂層的技術(shù)難題，采用這種置換注漿法可使井筒向下預(yù)計開挖部位和四周流砂層內(nèi)的80%流砂被水泥漿結(jié)石體所置換，有些部分形成水泥與干砂的交互層體，甚至連砂層頂板的土層也被縱橫交錯的水泥漿侵入，使整個注漿段形成一個堅固的整體。不但徹底止住了流砂和地下水的侵入，而且提高了井筒周圍圍巖的強度，在流砂層的置換段內(nèi)實現(xiàn)了無水鑿井施工，保證了立井井筒施工質(zhì)量，并且成井造價只是凍結(jié)法、鉆井法的50%，工程平均進(jìn)度也有所提高。
附

圖1非承壓含水流砂層置換注漿方法示意圖附圖2承壓含水流砂層置換注漿方法示意圖附圖3注漿孔布置及置換注漿平面圖附圖4立井井筒表土段置換注漿掘砌施工剖面圖下面結(jié)合附圖用實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述置換注漿是借用壓力水將施工井筒下部地層中松散，遇水即流動的成層砂粒擠壓排出砂層體外，若遇到承壓含水流砂層時，則無需壓水，靠流砂層自身的壓力使流砂噴出，從而騰出能支承一定時間的空間，再將配制好的水泥漿液加壓注入，盡快充滿流砂層的空間，逐漸形成人工建造的水泥帷幕防護(hù)巖體，防止井筒挖掘時流砂及地下水的侵入。
為了安全和阻止?jié){液噴入井筒內(nèi)，在立井井筒施工接近流砂層時，在井筒底部建筑一混凝土止?jié){墊2，止?jié){墊2的位置最好選擇在距砂層頂1.5-2m，采用素混凝土結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其上面四周略高于井筒中部，便于集聚淋水于中央水窩之中。下部的矢度高一般有0.3-0.5m即可，便于使壓力傳遞到井壁1上，減輕止?jié){墊2直接接受壓力負(fù)荷，止?jié){墊2向外傾斜度10°;最大厚度為1.5m，其中井壁內(nèi)為0.5m。
止?jié){墊建筑完成后，在止?jié){墊上沿井筒四周布置注漿鉆孔，為了使?jié){液盡可能在井筒井壁周圍形成一道有效的堅固帷幕防護(hù)體，注漿孔布置時盡可能靠近井壁，鉆孔向外傾斜度為10°-12°，孔底位置落在井壁荒徑外0.5-2m，使置換后的人工結(jié)石體7呈圓錐臺形狀，如圖4所示。施工中為了掌握漿液在砂層中擴散范圍以及每次注漿效果，注漿鉆孔分批對稱布置，第一批四個孔，按90°間隔布置，第二批八個孔，按30°間隔插入第一批孔的空檔中間，依此類推逐漸分批上孔，縮小孔距，直至在井壁范圍內(nèi)的流砂層被置換固結(jié)為止，一般孔距最好為0.3-0.5m，鉆孔布置方式如圖3所示。
在鉆注施工中，應(yīng)根據(jù)流砂頂板土層的最大懸空條件選擇最佳置換砂量。若一次置換量過小，則增加往復(fù)鉆注次數(shù)，延長了施工時間，若一次置換量過大，則砂層頂板處懸能力不夠，在尚未注漿即已塌落，勢必增加注漿的難度，每次置換量最好為1.5-2m3，每個孔從開始到結(jié)束，一般往復(fù)鉆注次數(shù)可達(dá)6-20次。鉆注施工時，在遇到非承壓含水流砂層6的情況下，采用雙孔或多孔鉆注法，其中一個孔個為壓水和注漿孔，另一個鉆孔或另幾個鉆孔為排砂孔，如圖1所示。在遇到承壓含水流砂層8的情況下，采用單孔鉆注法，當(dāng)鉆頭接觸砂層或少許進(jìn)入砂層內(nèi)，層內(nèi)呈現(xiàn)承壓狀態(tài)，提出鉆具5，讓水砂噴出1-2m3后再關(guān)閉孔口管3上的閥門4，然后向孔內(nèi)壓注水泥漿，第一次鉆注結(jié)束等2-4小時水泥漿凝固后，或打開閥門不返漿時，即可進(jìn)行第二次鉆注，這樣一次次往復(fù)鉆注，如圖2所示，一直延深到砂層底板，該孔不再出水砂為止，已結(jié)束的孔應(yīng)以空孔出現(xiàn)，當(dāng)?shù)冗t到水出現(xiàn)滲透或臨近鉆孔注漿時局部壓裂出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時，應(yīng)重新掃孔注漿，凡注漿孔內(nèi)有水砂者必須掃開復(fù)注，一直到全部注漿孔呈現(xiàn)干孔狀即可結(jié)束。
鉆孔的孔口管3及閥門4可在建筑止?jié){墊時預(yù)埋，也可以在打鉆時安設(shè)。對于多層相隔較近的流砂可共用一個止?jié){墊鉆注施工。
注漿終壓的確定取決于受注空間的條件，由于置換注漿基本上互相換位，壓力不需過大即能達(dá)到目的。砂粒在水力作用下隨水流動所形成范圍是很廣的，若沿水力搬運方向逆向而擴散漿液，可達(dá)數(shù)公里之遠(yuǎn)，每次注漿終壓控制在1.5-20MP0，無論終壓是否達(dá)到，只要終量指數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即應(yīng)停注，其目的是控制漿液在距井筒不太遠(yuǎn)的地方逐漸堆積加厚，形成有效理想的人工水泥結(jié)石體7，從而取代流砂層。
待全部注漿孔呈現(xiàn)為干孔后，即按順時針方向逐個孔進(jìn)行壓水試驗，其壓力值一般等于或少許大于該地層段的靜水壓力，若本孔不漏水或臨近孔無串現(xiàn)象即為合格，否則仍需補注，待注漿孔逐個檢查一遍后，即結(jié)束本段注漿。然后在井筒中心打一孔徑90mm鉆孔取芯檢查該段注漿效果，并延長孔深到下一注漿段，摸索下一段地層賦存條件，為下一流砂層的置換注漿施工提出地質(zhì)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種立井井筒過流砂層施工置換注漿法，其特征在于(1)在立井井筒施工過程中，在井筒掘進(jìn)到距含水流砂層2-6m時的井筒底部建筑一混凝土止?jié){墊2；(2)在止?jié){墊上沿井筒四周布置注漿鉆孔，鉆孔相對井筒徑向向外傾斜0-20°，鉆孔分批對稱布置，第一批四個孔，按90°間隔布置，第二批八個孔，按30°間隔插入第一批孔的空檔中間，依次類推分批布孔，逐漸縮小孔距，直至在井壁1范圍內(nèi)的流砂層被置換固結(jié)為止；(3)在非承壓含水流砂層6的情況下，采用雙孔或多孔鉆注方法，在每一批布置的鉆孔中先鉆兩個鉆孔或多個鉆孔，當(dāng)鉆孔到達(dá)流砂層或少許進(jìn)入流砂層時，提出鉆具5，向其中一個鉆孔中注高壓水，使一定量的硫砂從另一個孔或另幾個鉆孔中被沖出，然后關(guān)閉排砂鉆孔的孔口管3上的閥門4，在注水孔中注入水泥漿，注漿量不少于鉆孔排砂量，注漿完畢后關(guān)閉注漿孔的孔口管閥門，待水泥漿液固結(jié)后，對該注漿孔和另一個或另幾個排砂孔繼續(xù)向下鉆進(jìn)，穿過水泥結(jié)石體7鉆入流砂層，進(jìn)行下一循環(huán)同樣步驟的鉆注施工，依此方法逐段向下置換流砂，直至該注漿鉆孔不再出水砂為止；(4)在承壓含水流砂層8的情況下，采用單孔鉆注方法，對每一批布置的鉆孔逐個鉆注施工，當(dāng)鉆孔鉆到流砂層或少許進(jìn)入流砂層時，提出鉆具5，讓一定數(shù)量的流砂從該鉆孔中噴出后，接上注漿管進(jìn)行第一次注入水泥漿，注漿量不少于鉆孔排砂量，然后關(guān)閉鉆孔孔口管閥門，待水泥漿液凝固后或打開閥門不返漿時，繼續(xù)向下鉆進(jìn)，穿過水泥結(jié)石體7，鉆入流砂層內(nèi)，進(jìn)行下一循環(huán)同樣步驟的鉆注施工依此方法逐段向下置換流砂，直到該鉆孔不再出水砂為止；(5)待全部注漿孔呈現(xiàn)為干孔后，即按順時針方向逐個孔進(jìn)行壓水試驗，其壓力值一般等于或少許大于該地層段的靜水壓力，若本孔不漏水或臨近孔無串水現(xiàn)象即為合格，否則仍需補充鉆注，待注漿孔逐個檢查一遍后，即結(jié)束本流砂層的置換注漿工作。
2.一種如權(quán)利要求1所述的立井井筒過流砂層施工置換注漿法，其特征在于鉆孔直徑為30-50mm，鉆孔傾角為10°-12°，孔距為0.3-0.5m。
3.一種如權(quán)利要求1和2所述的立井井筒過流砂層施工置換注漿法，其特征在于每個鉆孔每次流砂置換量為1.5-2m3。
全文摘要
本發(fā)明提出的置換注漿法是用打鉆的辦法將施工過程中井筒下部的含水流砂擠壓出或讓其噴出砂層體外，騰出能支承一定時間的空間，將配制好的水泥漿加壓注入，盡快充滿流砂層的空間，使之逐漸形成人工建造的水泥帷幕防護(hù)巖體，防止井筒挖掘時流砂及水的侵入，在流砂層的置換段內(nèi)實現(xiàn)了無水鑿井施工，保證了立井井筒施工質(zhì)量，并且成井造價只是現(xiàn)有的凍結(jié)法，鉆井法等特殊鑿井法的50％，工程平均進(jìn)度也有所提高。
文檔編號E21D5/00GK1051226SQ90109990
公開日1991年5月8日 申請日期1990年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月18日
發(fā)明者原振德, 郭廷瑞 申請人:鶴壁礦務(wù)局工程處