CN102080552B - 井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 - Google Patents
井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102080552B CN102080552B CN 201010586317 CN201010586317A CN102080552B CN 102080552 B CN102080552 B CN 102080552B CN 201010586317 CN201010586317 CN 201010586317 CN 201010586317 A CN201010586317 A CN 201010586317A CN 102080552 B CN102080552 B CN 102080552B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grouting
- pump
- sleeve pipe
- water
- sealing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
本发明涉及一种井下双液注浆工艺，包括以下步骤：(1)双液注浆工艺实施的准备工作及其是否具备注浆条件的判断；(2)双液注浆工艺的实施步骤。同时本发明还公开了一种井下双液注浆器，包括嵌套在一起的注浆内管和注浆外管，所述注浆内管和注浆外管为两个独立的密闭管道。本发明利用了钻杆和钻孔止水套管分别作为浆液输送管路，实现了双管注浆，通过改变钻孔内注浆管的深度来调节两种浆液混合的位置和混合后在钻孔内运行的时间，达到在较深钻孔内双液凝固时间可调，消除浆液堵孔的恶果，从而来保证较好的注浆效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于矿山井下或隧道等环境中动水条件下的堵水工艺及装置，尤其是一种井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器。
背景技术
目前用于矿山、交通等出水后的注浆堵水，尤其是在出水通道较短，水压较高，流速较快的情况下，要求注浆封堵材料要具备快速凝固，比例可以根据需要调整等要求。但是目前封堵出水一般采用高分子材料或者水泥浆液，孔口混合方式进行。当钻孔较深时，采用孔口混合方式将使两种浆液混合后在钻孔内的运行距离较长，运行时间较长，浆液极易在被推出钻孔前在钻孔内凝固而堵孔；在较短涌水通道内堵水，要求浆液的凝固时间往往较短，在较深钻孔内实施双液注浆很难做到，原因就是钻孔的深度。对目前用于动水注浆的高分子材料的凝固时间的调整也只能通过调整输送管路的长度来调节，而且可以调节的范围也有限。单液水泥浆注入后，随水很快溢出，注浆效果差。
有的单位使用双管注浆工艺，就是采用两个输送管路并行的注浆工艺，来达到双液注浆的目的，但是管路连接复杂，难以维护和检修。
发明内容
本发明的目的是解决矿山井下或者交通隧道内的动水涌水条件下的双液注浆问题，提供一种工艺简单，在较深钻孔内双液凝固时间可调，消除浆液堵孔的恶果，保证较好注浆效果的井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种井下双液注浆工艺，包括以下步骤：
a.首先施工注浆钻孔，按照《煤矿防治水规定》第九十八条对止水套管长度的规定，钻探到钻孔深度超出止水套管规定长度1.0m处，然后在钻孔内下入止水套管，并用硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥对止水套管和钻孔之间的环状间隙进行封固，形成封固材料；
b.待封固材料候凝8-10小时后，向止水套管内下入钻头扫净残留在止水套管内的封固材料，扫孔深度要超过止水套管底端0.5m，该0.50m为裸孔段，并用清水把止水套管和裸孔段内冲洗干净。
c.在止水套管上口焊接法兰II、焊接法兰II连接高压阀门、高压阀门与密封法兰I相连，密封法兰I通过密封接头与短管I相连，短管I上设有回止阀I，短管I与高压胶管接头I相连。
d.耐压试验，用注浆泵经上述构造向止水套管内注入清水，随着注入水量的增加，由于止水套管是密闭系统，套管内的清水被压缩，压强值会逐渐增加，直到注浆泵压力表显示的压强值达到止水套管封固设计压力(一般为钻孔所处水平标高处所揭露含水层水压值的2.5倍)；
e.耐压试验合格后，依次卸下密封法兰I、回止阀I、短管I和高压胶管接头I，并打开高压阀门，在套管内下入钻头和钻杆，继续钻探，直到揭露含导水构造，钻孔内出现较大涌水量为止，并记录涌水深度；
f.再次在高压阀门上依次连接密封法兰I、回止阀I、短管I和高压胶管接头I，分别使用容器或者水量表测量出钻孔单位时间内涌水量，通过压力表测量出实际的水压值；
g.联通试验：通过注浆泵和高压管连接高压胶管接头I到高压阀门，打开高压阀门，向止水套管内注入搅拌好的普通硅酸盐水泥浆，若井下涌水点涌出水泥浆且比较严重(用容器在涌水点取含有水泥浆的水样，沉淀后水泥沉淀量体积占到水样体积的1/4时，视为比较严重)，则证明具备井下实施双液注浆的条件，计算开始注浆到涌出水泥浆的时间即为跑浆时间；若不跑浆或者跑浆轻微，直接注入单液水泥浆液即可达到注浆堵水效果；
2)双液注浆工艺的实施
a.测量泵量值，由于为井下双液注浆，需要选择使用两台注浆泵或者使用一台双液注浆泵，选择两台注浆泵，则需要测量出两台注浆泵的每个档位的泵量值；使用一台双液注浆泵，则需要分别测量出输送不同浆液的两缸的泵量值；
b.在井下注浆现场分别把两种材料配制成不同浓度的浆液，并测量出其浓度；
c.根据不同泵量值和不同的浆液浓度值分别做出多组不同参数下两种浆液混合后的凝固时间和凝固强度，并分别记录；
d.根据单液水泥浆的跑浆时间和两种浆液混合后的凝固时间，选择最优注浆参数即两种浆液混合后其凝固时间小于跑浆时间的数据，而且混合后凝固的强度达到不会被流水冲散；
e.根据钻孔裸孔孔径和前述步骤d中确定的两种浆液最优注浆参数的单位注入量，计算出达到最佳凝固时间时浆液在钻孔内运行的距离，该距离即为安装在钻孔内的喷射器到含导水裂隙的距离；
f.按照步骤e中计算好的距离，把钻杆和喷射器连接好，并把钻杆前端连接在密封法兰I上，要求所有连接处必须紧密无泄漏。
g.把两台注浆泵通过高压胶管分别与高压胶管接头I和高压胶管接头II连接；
h.根据步骤b、c、d确定的最优注浆参数，分别在现场配制出所需的两种浆液浓度，并按最优注浆参数把注浆泵设置在相应的档位上；
i.首先打开连接高压胶管接头的第一注浆泵，按照选定的最优注浆参数中对B液的单位时间注入量即泵量(计量单位为L/min)，通过第一注浆泵向止水套管和钻孔内注入B液，记录此时的泵量和第一注浆泵的压力表的示数，即为开始注B液时的泵量和压力值；
j.随着注浆进行，当经过计算B液注入量等于止水套管容积与裸孔段钻孔容积之和时，开启第二注浆泵，按照选定的最优注浆参数要求的对A液的单位时间注入量即泵量(计量单位为L/min)，由第二注浆泵输送A液通过高压胶管接头I、短管I、密封接头、钻杆从喷射器的喷嘴处呈射流状喷出，并记录此时的泵量和第二注浆泵的压力表的示数，即为开始注A液时的泵量和压力值；
k.A液与B液在喷射器位置混合，并在第一注浆泵和第二注浆泵两台注浆泵动力的推动下，向钻孔揭露的围岩内的含导水裂隙中运行，混合后的两种浆液在运行中起化学反应并逐渐凝结，由液体状逐渐凝结成胶体状，最后形成一定强度的固体，胶体状和固体状混合材料进入到含导水裂隙中，起到堵水作用；
l.注浆开始后，随时分别观察两台注浆泵上压力表的示数变化情况，观察涌水点的涌水量变化和水质变化情况；分两种情况可以结束注浆：一是当压力表示数达到注浆结束标准(一般为钻孔孔口所处标高处含水层内水头高度的压强值的1.5-2.0倍)时，分别先后关闭第二注浆泵和第一注浆泵，停止注浆。二是当发现涌水点涌水量明显减少甚至不再涌水，或者虽然涌水量减少，但是减少到一定程度后不再减少时，停止注浆。
一种井下双液注浆器，包括嵌套在一起的注浆内管和注浆外管，所述注浆内管和注浆外管为两个独立的密闭管道。
所述注浆内管包括依次相连的高压胶管接头I、短管I、密封接头、钻杆和喷射器，前述个部件相连形成密闭的注浆管路；所述短管I上设有回止阀I。
所述注浆外管包括止水套管，套管前端连接法兰II，法兰II前端连接高压阀门一端，高压阀门另一端连接于密封法兰I上，密封法兰I的中心焊接有密封接头，止水套管上连接短管II，短管II上设有回止阀II，短管II与高压胶管接头II相连。
所述回止阀I和回止阀II均包括相连接的上阀体和下阀体，上、下阀体中设有阶梯空腔，阶梯空腔内设有弹簧座，弹簧座上连接弹簧一端，弹簧另一端顶在钢球上。
本发明利用了钻杆和钻孔止水套管分别作为浆液输送管路，实现了双管注浆，通过改变钻孔内注浆管的深度来调节两种浆液混合的位置和混合后在钻孔内运行的时间，达到在较深钻孔内双液凝固时间可调，消除浆液堵孔的恶果，从而来保证较好的注浆效果。
本发明有益效果表现在以下几个方面：
(1)克服了以往井下双液注浆实施孔口混合往往造成注浆失败的难题。
(2)解决了井下较深钻孔难以注双液浆的难题。
(3)由于内管的存在，可以通过调节内管及喷射器的位置，解决了多种双液配比条件下双液注浆的技术问题。
(4)发明了双液注浆理论及两种材料配比参数的试验操作。
(5)发明了井下双液注浆准备工作。
(6)发明了井下是否具备双液注浆的判断条件。
(7)发明了井下双液注浆的操作步骤及其计算方法。
(8)除在常温下实施井下双液注浆外，还可以选择使用高温条件下的双液注浆。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2是本发明的井下双液注浆器结构示意图；
图3是本发明的注浆管I、注浆管II和密封法兰I连接示意图；
图4是本发明回止阀I和回止阀II结构示意图；
图5是本发明在双液配比试验中1.6g/cm3水泥浆和37Be水玻璃在25℃下初凝时间变化曲线；
图6是本发明在C-S配比试验中1.6g/cm3水泥浆和37Be水玻璃在35℃下初凝时间变化曲线；
图7本发明在C-S配比试验中10Be水玻璃和1.6g/cm3水泥浆在50℃初凝时间变化曲线；
图8是本发明中在C-S配比试验中不同密度水泥浆液和相同浓度水玻璃浆液和在常温下初凝时间随配比变化曲线；
其中1.高压胶管接头I，2.短管I，3.密封法兰I，4.高压阀门，5.法兰II，6.止水套管，7.钻杆，10.喷射器，11.短管II，12.回止阀II，13.高压胶管接头II，14.回止阀I，15.上阀体，16.钢球，17.弹簧，18.下阀体，19.弹簧座，20.密封接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-8所示，一种井下双液注浆工艺，包括以下步骤：
a.首先施工注浆钻孔，按照《煤矿防治水规定》第九十八条对止水套管长度的规定，钻探到钻孔深度超出止水套管规定长度1.0m处，然后在钻孔内下入止水套管6，并用硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥对止水套管6和钻孔之间的环状间隙进行封固，形成封固材料；
b.待封固材料候凝8-10小时后，向止水套管6内下入钻头扫净残留在止水套管6内的封固材料，扫孔深度要超过止水套管6底端0.5m，该0.50m为裸孔段，并用清水把止水套管6和裸孔段内冲洗干净。
c.在止水套管6上口焊接法兰II5、焊接法兰II5连接高压阀门4、高压阀门4与密封法兰I3相连，密封法兰I3通过密封接头20与短管I2相连，短管I2上设有回止阀I14，短管I2与高压胶管接头I1相连。
d.耐压试验，用注浆泵经上述构造向止水套管6内注入清水，随着注入水量的增加，由于止水套管6是密闭系统，套管内的清水被压缩，压强值会逐渐增加，直到注浆泵压力表显示的压强值达到止水套管6封固设计压力(一般为钻孔所处水平标高处所揭露含水层水压值的2.5倍)；
e.耐压试验合格后，依次卸下密封法兰I3、回止阀I14、短管I2和高压胶管接头I1，并打开高压阀门4，在止水套管6内下入钻头和钻杆7，继续钻探，直到揭露含导水构造，钻孔内出现较大涌水量为止，并记录涌水深度；
f.再次在高压阀门4上依次连接密封法兰I3、回止阀I14、短管I2和高压胶管接头I1，分别使用容器或者水量表测量出钻孔单位时间内涌水量，通过压力表测量出实际的水压值；
g.联通试验：通过注浆泵和高压管连接高压胶管接头I1到高压阀门4，打开高压阀门4，向止水套管6内注入搅拌好的普通硅酸盐水泥浆，若井下涌水点涌出水泥浆且比较严重(用容器在涌水点取含有水泥浆的水样，沉淀后水泥沉淀量体积占到水样体积的1/4时，视为比较严重)，则证明具备井下实施双液注浆的条件，计算开始注浆到涌出水泥浆的时间即为跑浆时间；若不跑浆或者跑浆轻微，直接注入单液水泥浆液即可达到注浆堵水效果；
2)双液注浆工艺的实施
a.测量泵量值，由于为井下双液注浆，需要选择使用两台注浆泵或者使用一台双液注浆泵，选择两台注浆泵，则需要测量出两台注浆泵的每个档位的泵量值；使用一台双液注浆泵，则需要分别测量出输送不同浆液的两缸的泵量值；
b.在井下注浆现场分别把两种材料配制成不同浓度的浆液，并测量出其浓度；
c.根据不同泵量值和不同的浆液浓度值分别做出多组不同参数下两种浆液混合后的凝固时间和凝固强度，并分别记录；
d.根据单液水泥浆的跑浆时间和两种浆液混合后的凝固时间，选择最优注浆参数即两种浆液混合后其凝固时间小于跑浆时间的数据，而且混合后凝固的强度达到不会被流水冲散；
e.根据钻孔裸孔孔径和前述步骤d中确定的两种浆液最优注浆参数的单位注入量，计算出达到最佳凝固时间时浆液在钻孔内运行的距离，该距离即为安装在钻孔内的喷射器10到含导水裂隙的距离；
f.按照步骤e中计算好的距离，把钻杆7和喷射器10连接好，并把钻杆7前端连接在密封法兰I3上，要求所有连接处必须紧密无泄漏。
g.把两台注浆泵通过高压胶管分别与高压胶管接头I1和高压胶管接头II13连接；
h.根据步骤b、c、d确定的最优注浆参数，分别在现场配制出所需的两种浆液浓度，并按最优注浆参数把注浆泵设置在相应的档位上；
i.首先打开连接高压胶管接头13的第一注浆泵，按照选定的最优注浆参数中对B液的单位时间注入量即泵量(计量单位为L/min)，通过第一注浆泵向止水套管6和钻孔内注入B液，记录此时的泵量和第一注浆泵的压力表的示数，即为开始注B液时的泵量和压力值。
j.随着注浆进行，当经过计算B液注入量等于止水套管6容积与裸孔段钻孔容积之和时，开启第二注浆泵，按照选定的最优注浆参数要求的对A液的单位时间注入量即泵量(计量单位为L/min)，由第二注浆泵输送A液通过高压胶管接头I1、短管I2、密封接头20、钻杆7从喷射器10的喷嘴处呈射流状喷出，并记录此时的泵量和第二注浆泵的压力表的示数，即为开始注A液时的泵量和压力值。
k.A液与B液在喷射器10位置混合，并在第一注浆泵和第二注浆泵两台注浆泵动力的推动下，向钻孔揭露的围岩内的含导水裂隙中运行，混合后的两种浆液在运行中起化学反应并逐渐凝结，由液体状逐渐凝结成胶体状，最后形成一定强度的固体，胶体状和固体状混合材料进入到含导水裂隙中，起到堵水作用。
l.注浆开始后，随时分别观察两台注浆泵上压力表的示数变化情况，观察涌水点的涌水量变化和水质变化情况。分两种情况可以结束注浆：一是当压力表示数达到注浆结束标准(一般为钻孔孔口所处标高处含水层内水头高度的压强值的1.5-2.0倍)时，分别先后关闭第二注浆泵和第一注浆泵，停止注浆。二是当发现涌水点涌水量明显减少甚至不再涌水，或者虽然涌水量减少，但是减少到一定程度后不再减少时，停止注浆。
双液注浆工艺流程图见图1所示。
一种井下双液注浆器，包括嵌套在一起的注浆内管和注浆外管，所述注浆内管和注浆外管为两个独立的密闭管道。
所述注浆内管包括依次相连的高压胶管接头I1、短管I2、密封接头20、钻杆7和喷射器10，前述个部件相连形成密闭的注浆管路；所述短管I2上设有回止阀I14。
所述注浆外管包括止水套管6，止水套管6前端连接法兰II5，法兰II5前端连接高压阀门4一端，高压阀门4另一端连接于密封法兰I3上，密封法兰I3的中心焊接有密封接头20，止水套管6上连接短管II11，短管II11上设有回止阀II12，短管II11与高压胶管接头II13相连。
所述回止阀I14和回止阀II12均包括相连接的上阀体15和下阀体18，上、下阀体18中设有阶梯空腔，阶梯空腔内设有弹簧座19，弹簧座19上连接弹簧17一端，弹簧17另一端顶在钢球16上。
双液注浆器连接说明：
在连接整个双液注浆器之前，要做好如下准备工作：
(1)按照附图2所示，首先把密封接头20焊接在密封法兰I3上，保证焊接后在高压下无泄漏，无砂眼，焊缝光滑平整。
(2)装配回止阀，使用前按照图3所示把回止阀装配起来。
双液注浆器特点是利用了钻孔注浆止水套管6作为一路输浆管使用。具体结构见附图1所示。注浆内管和注浆外管的密闭通过密封法兰I3和高压阀门4连接实现。因此注浆内外管均形成密闭管路，为注浆提供保证。
双液注浆器工作原理
A液通过注浆泵高压胶管与高压胶管接头I1进入到注浆内管，并从喷射器10喷出；B液通过注浆泵高压胶管与高压胶管接头II13进入到注浆外管，在止水套管6内运行到达钻孔裸孔段，A、B两种浆液在喷射器10位置处混合后被推向孔底进入到岩石裂隙中，从而达到封堵含导水裂隙的目的。因此本发明中A、B浆液的混合运行段仅为喷射器10到孔底岩溶裂隙的距离。
为防止注浆中浆液在两止水套管6路内的倒流混合，分别在两套输浆管路内设置回止阀，回止阀的作用是只允许浆液向钻孔内流动，而阻挡了回流现象，保证了注浆管路和注浆设备的安全。
双液注浆操作工艺
本发明实施的关键技术在于对双液浆混合后凝固时间的计算和内管在钻孔内下入位置的选择。内管在孔内的深度位置由双液浆混合后的凝固时间来计算确定。
通过两种浆液注浆泵泵量，选择两种浆液的配比参数。在现场进行双液配比凝固试验，分别取得不同泵量配比参数下的浆液凝固时间和结石体强度，选择比较理想的配比参数。
根据理想的配比参数中的凝固时间、内外管长度、钻孔孔径及单位容积，计算出理想参数下的浆液在钻孔内的流动速度，从而计算出钻孔内两种浆液混合后单位时间内运行的距离。这样就能找到合适的双液混合位置，即内管喷射器的位置，也就是混合后浆液没有凝固处于流动状态下的运行，最佳位置是在浆液处于初凝状态，具有半流体状态时被推出钻孔进入到含导水裂隙中，达到最佳堵水效果。
本发明实施要点及注意事项
(1)在实施双液注浆前，必须探明钻孔含导水裂隙的深度、涌水量和水压。
(2)必须保证注浆套管的封固质量。保证在高压条件下实施注浆时，岩壁无渗漏、止水套管(6)无被拔出现象。
(3)双液注浆器连接好后，要进行试压试验，保证在设计压力下注浆无渗漏。
(4)计算内管深度要慎重，必须综合考虑环境温度、注浆材料质量、混合后的浆液流变性能和混合后的凝固时间。
(5)为防止出现注浆事故发生堵孔事件，要求把喷射器位置设在岩石稳定和完整处。禁止把喷射器放在松软、易吸水易膨胀的地层内。
(6)在连接双液混合器之前，要在现场进行双液配比凝固试验，模拟现场环境中双液的凝固时间和凝固强度。选择较理想的凝固参数。每次注浆只能依据同批次材料和相同环境下的配比参数。因此施工前要尽量一次备足注浆材料。
具体实施例：
现场以水泥-水玻璃(C-S)双液配比凝固试验情况描述如下：
在新巨龙矿业有限公司辅二大巷涌水治理中使用传统的双液注浆工艺难以实施。因为施工的注浆钻孔较深(大部分钻孔超过60m)，采用传统双液注浆工艺注浆时，造成了混合后的浆液在钻孔内还没有来得及进入到含导水裂隙中，就出现凝固现象，从而引发注浆时的堵孔事故。针对辅二大巷涌水特点，选用了水泥-水玻璃浆液，在现场不仅做了常温下(25℃)下的配比试验。还拓展了温度环境，分别试验了在35℃和50℃不同温度下的水泥水玻璃两种材料的凝固时间和强度，并根据现场钻孔实际，进行了注浆可行性分析。应用于实践，效果良好。
试验环境模拟及材料选择：
为使本次试验结果对本次堵水具有指导性，试验分别在注浆温度、材料选择和双液配比参数等三个方面尽量做到与现场环境接近。
①在环境温度上分别选择在25℃(常温)、35℃和50℃等几种温度环境下进行。由于现场双液浆浆液使用常温水和常温下的水玻璃进行配制，需要研究在常温下的双液配比凝固结果。浆液混合后需要在钻孔内运行，常温下的浆液在钻孔内运行中，被孔内的水和岩壁加温，进入裂隙后会被迅速加温。因此浆液的输送过程就是逐步被加温的过程。因此模拟了三个温度分别有针对性的进行了试验。
②材料选择：为保证试验结果更加贴近实际，分别选取现场的水泥和水玻璃。水泥采用现场注浆用复合硅酸水泥PC 32.5R。根据以往的C-S双液浆注浆经验、现场配浆能力和材料凝固后的结石强度，试验中把水泥浆分别配成1.4g/cm3、1.5g/cm3和1.6g/cm3三种密度。水玻璃分别提取了井下水玻璃罐中的原浆和用清水稀释后的水玻璃浆液。原浆密度1.35g/cm3、婆美度37；稀释液密度1.07g/cm3、婆美度10。
试验结果：
不同温度、不同水泥浆密度和不同配比条件下的双液配比凝固实验结果下表所示。表中数据中比例值为水泥∶水玻璃(浆液的体积比)。
表1 C-S双液配比凝固实验结果
试验结果的对比分析
①常温下不同浆液密度配比实验结果
在常温下，分别做了水泥浆密度为1.6g/cm3，水玻璃浆液密度分别为1.35g/cm3和1.07g/cm3的配比实验，其结果分别见表1和图5所示。
从表1数据中可以看出，随着C∶S数值(即水泥浆与水玻璃浆体积比)比值的增大，其凝固时间缩短。在比值小于1的情况下，随着水玻璃相对体积的增大，其凝固时间延长。在初凝强度上，C∶S值大于6∶1和C∶S值小于1∶5情况下，其固结强度比其它比值的试样固结强度显著降低。在表观上，分别呈果冻甚至呈豆腐渣体状。5小时后果冻状固体虽然具有一定的强度，但是非常脆，抗压抗减强度较小。豆腐渣状固结体仍然没有任何强度，而且析水率较大。比值越大和比值越小，豆腐渣性状越严重。说明C-S双液只有在一定的配比范围之内，其初凝时间和初凝强度才适合注浆堵水。实验显示，在水泥浆密度1.4-1.6g/cm3之间，其中，初凝强度最好的比值范围为1∶1、2∶1、3∶1到4∶1。这些比值在流动状态中，迅速凝固。基本保留了流动的表观。
使用密度为1.07g/cm3水玻璃(10Be)配比结果显示，初凝时间比使用37Be的水玻璃延长很多，在C∶S分别为2∶1和4∶1的条件下凝固时间分别为608S和1808S，且呈豆腐渣状，试块在水中很快就发散被水稀释掉。
结论：在水泥浆密度和环境温度一定的条件下，随着水玻璃体积的减少，凝固时间缩短，初凝强度降低；当把水玻璃浆液稀释到很低时(本实验为1.07g/cm3)，在相同配比下，凝固时间呈数位级增加，强度急剧下降。水玻璃相对体积在增加到一定程度后，其凝固速度也变得非常迟缓，强度急剧下降。
本试验中，在水玻璃浓度和加入体积一定的情况下，水泥浆密度越大，初凝时间越短，试样的固结强度越高。
②温度变化对试验结果的影响
从表1可以看出，温度的变化对双液浆的凝固时间影响较大。在水泥浆密度同为1.6g/cm3的条件下，在相同配比下，35℃环境中试块凝固时间显著缩短；同样在35℃和相同配比条件下，随着水泥浆密度增加，凝固时间缩短。其凝固时间变化见图6所示。
在使用10Be水玻璃条件下，温度对凝固时间的影响分别见表2和图7所示。虽然初凝时间急剧降低，但是初凝时的固结强度非常小，呈豆腐渣状，长时间不凝固。
表2 现场用稀释水玻璃(10Be)在25℃和50℃初凝时间比对表
| C∶S值 | 25℃条件下初凝时间 | 50℃条件下初凝时间 |
| 1∶1 | 28.5秒 | |
| 2∶1 | 10分8秒 | 7.2秒 |
| 4∶1 | 30分8秒 | 5.1秒 |
| 6∶1 | 大于1小时 | 4.72秒 |
从本次实验可以看出，环境温度对双液浆的初凝时间影响很大。
③水泥浆浓度变化对凝固时间的影响
在温度及配比一定的条件下，C-S浆液初凝时间随水泥浆液密度升高而变短；详见表1和图8所示；
④水玻璃浓度对凝固时间的影响
常温下、C∶S相同配比的条件下，稀释后水玻璃浆液(10Be)可明显延长初凝时间，且初凝时间随C∶S比值增大而增长；详见表3所示。但在(50℃)较高温作用下，初凝时间比常温下大大缩短，并且随水泥水玻璃比增大而减小。
表3 37Be水玻璃和10Be水玻璃初凝时间对比表
| C∶S值 | 37Be水玻璃试验初凝时间 | 10Be水玻璃试验初凝时间 |
| 1∶1 | 38秒 | 28.5秒 |
| 2∶1 | 24秒 | 10分8秒 |
| 4∶1 | 14秒 | 30分8秒 |
⑤本次试验主要结论：
一般规律是：在其他条件相同的情况下，水泥浆密度越大，初凝时间和初凝强度越高；水玻璃浓度越小，初凝时间越小，当水玻璃浓度降到一定值后，初凝时间将变得非常长；在两种材料浓度相同的条件下，C∶S值越大，初凝时间越短，但是当比值大于6∶1和小于1∶5时，其固结体的强度随着比值的增大或减少而降低。环境温度对双液的初凝时间影响较大，温度越高，初凝时间越短。
C-S双液浆初凝时间随着温度升高而缩短(表2所示)，温度升高到35℃的情况下，初凝时间较短，一般在30S以内，当温度升高到50℃(巷道围岩温度)，初凝时间在7S以内。
⑥辅二大巷现场注C-S双液浆可行性分析
现场能否注双液浆实现对辅二大巷顶板淋水的封堵，需要从浆液的现场配比实施能力、水泥浆液密度的控制、灌注时间和初凝时间的选择、混合后的浆液强度及灌注的安全性等方面进行考虑。
对上述试验结果数据，根据4-6钻孔情况，在4-6钻孔内进行了双液注浆。
对4-6钻孔实施双液注浆时的关键数据计算如下；
①喷射器10到含导水裂隙距离的计算及注浆泵量选择
根据现场双液配比凝固试验结果，结合联通实验确定的跑浆时间，选择了最优配比参数，即在使用PC 32.5R水泥浆密度为1.6g/cm3，水玻璃密度为1.35g/cm3，C∶S(水泥∶水玻璃体积比)为1∶1时，两种浆液混合后的最佳凝固时间为38s，见表1。此时双液注浆时混合浆液无论是初凝时间还是结石强度都能满足注浆要求。因此38s时间即为水泥水玻璃双液在喷射器10位置混合后进入含导水裂隙的最佳时间。
注浆泵泵量：使用了两台相同的注浆泵，经过现场对泵量的测量，注浆泵共三个档位，对应的泵量从低到高分别为30L/min、80L/min、120L/min。
水泥水玻璃浆液在喷射器10位置混合后在裸孔段向含导水裂隙运行时的单位注入量为此时两泵泵量之和。则双液浆同时注入量分别为60L/min、160L/min和240L/min。
喷射器到含导水裂隙的距离应该为：最佳凝固时间(min)×泵量(L/min)/裸孔段钻孔单位容积。
因此在裸孔段钻孔单位容积为3.31/m，泵量按照1；1比例注浆，两种浆液混合后在裸孔段运行的距离分别计算为：11.50m、30.70m、46m。
故根据4-6钻孔深度(为63.70m)可以选择喷射器10到达含导水裂隙的距离。同时选择了注浆中两台泵的配比泵量。根据4-6钻孔计算，选择该距离为11.50m，两注浆泵的配比泵量均为30L/min。
②对注浆泵2灌注水泥浆液后多长时间才能开启注浆泵1开始灌注水玻璃浆液，时间计算选择如下：
注浆泵泵量根据①中所述分别为30L/min、80L/min、120L/min。
浆液输送管路容积计算：水泥浆浆液经高压管路(包括高压胶管、高压胶管接头II13、回止阀II12和短管II11)进入到止水套管6内，运行到喷射器位置时，所经过的路径空间的总容积。因此水泥浆液输送管路的容积为高压管路、止水套管6和钻杆7之间的环状间隙、裸孔段钻孔和钻杆7之间的环状间隙的容积之和。
计算公式为：Q＝Q1+Q2+Q3 (1)
Q：B液从注浆泵到达喷射器所经过路径的总容积；
Q1：高压管路的容积；
Q2：止水套管6和钻杆7之间环状间隙的容积；
Q3：裸孔段钻孔与钻杆7之间环状间隙的容积
按照目前可注钻孔分别计算：
按照4-6钻孔计算
Q＝0.5(l/m)×8(m)+5(l/m)×12(m)+3.3(l/m)×40(m)＝196 l
浆液混合后在管路内的运行时间计算：
时间计算公式：t＝Q/q (2)
t：B液在管路内的运行时间；q：泵量
则三种泵量下，在4-6钻孔内的灌注时间分别为：
泵量为30L/min时：196/30＝6.5min。
泵量为80L/min时：196/80＝2.45min
泵量为120L/min时：196/120＝1.63min
结论：根据上述①、②有关计算，在4-6钻孔内选择了喷射器10到含导水裂隙的距离为11.50m，采用的水泥水玻璃浆液的灌注泵量均为30L/min，注浆泵2开始灌注水泥浆6.5min后，再开启注浆泵1灌注水玻璃浆液，38s后混合浆液开始凝固，并进入到含导水裂隙中，从而达到了最佳的注浆效果，仅一次注浆减水率达到了46.7％。
Claims (1)
1.一种井下双液注浆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）、准备工作及判断是否具备注浆条件：
a.首先施工注浆钻孔，按照《煤矿防治水规定》第九十八条对止水套管长度的规定，钻探到钻孔深度超出止水套管规定长度1.0m处，然后在钻孔内下入止水套管（6），并用硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥对止水套管（6）和钻孔之间的环状间隙进行封固，形成封固材料；
b.待封固材料候凝8-10小时后，向止水套管（6）内下入钻头扫净残留在止水套管（6）内的封固材料，扫孔深度要超过止水套管（6）底端0.5m，该0.50m为裸孔段，并用清水把止水套管（6）和裸孔段内冲洗干净；
c.在止水套管（6）上口焊接法兰Ⅱ（5）、法兰Ⅱ（5）连接高压阀门（4）、高压阀门（4）与密封法兰Ⅰ（3）相连，密封法兰Ⅰ（3）通过密封接头（20）与短管Ⅰ（2）相连，短管Ⅰ（2）上设有回止阀Ⅰ（14），短管Ⅰ（2）与高压胶管接头Ⅰ（1）相连；
d.耐压试验，用注浆泵经上述构造向止水套管（6）内注入清水，随着注入水量的增加，由于止水套管（6）是密闭系统，套管内的清水被压缩，压强值会逐渐增加，直到注浆泵压力表显示的压强值达到止水套管（6）封固设计压力；
e.耐压试验合格后，依次卸下密封法兰Ⅰ（3）、回止阀Ⅰ（14）、短管Ⅰ（2）和高压胶管接头Ⅰ（1），并打开高压阀门（4），在止水套管（6）内下入钻头和钻杆，继续钻探，直到揭露含导水构造，钻孔内出现较大涌水量为止，并记录涌水深度；
f.再次在高压阀门（4）上依次连接密封法兰Ⅰ（3）、回止阀Ⅰ（14）、短管Ⅰ（2）和高压胶管接头Ⅰ（1），分别使用容器或者水量表测量出钻孔单位时间内涌水量，通过压力表测量出实际的水压值；
g.联通试验：通过注浆泵和高压管连接高压胶管接头Ⅰ（1）到高压阀门（4），打开高压阀门（4），向止水套管（6）内注入搅拌好的普通硅酸盐水泥浆，若井下涌水点涌出水泥浆且比较严重，则证明具备井下实施双液注浆的条件，计算开始注浆到涌出水泥浆的时间即为跑浆时间；若不跑浆或者跑浆轻微，直接注入单液水泥浆液即可达到注浆堵水效果；
2）双液注浆工艺的实施
a. 测量泵量值，由于为井下双液注浆，需要选择使用两台注浆泵或者使用一台双液注浆泵，选择两台注浆泵，则需要测量出两台注浆泵的每个档位的泵量值；使用一台双液注浆泵，则需要分别测量出输送不同浆液的两缸的泵量值；
b.在井下注浆现场分别把两种材料配制成不同浓度的浆液，并测量出其浓度；
c.根据不同泵量值和不同的浆液浓度值分别做出多组不同参数下两种浆液混合后的凝固时间和凝固强度，并分别记录；
d.根据单液水泥浆的跑浆时间和两种浆液混合后的凝固时间，选择最优注浆参数即两种浆液混合后其凝固时间小于跑浆时间的数据，而且混合后凝固的强度达到不会被流水冲散；
e.根据钻孔裸孔孔径和前述步骤d中确定的两种浆液最优注浆参数的单位注入量，计算出达到最佳凝固时间时浆液在钻孔内运行的距离，该距离即为安装在钻孔内的喷射器（10）到含导水裂隙的距离；
f.按照步骤e中计算好的距离，把钻杆（7）和喷射器(10)连接好，并把钻杆（7）前端连接在密封法兰Ⅰ（3）上，要求所有连接处必须紧密无泄漏；
g.把两台注浆泵通过高压胶管分别与高压胶管接头Ⅰ（1）和高压胶管接头Ⅱ（13）连接；
h.根据步骤b、c、d确定的最优注浆参数，分别在现场配制出所需的两种浆液浓度，并按最优注浆参数把注浆泵设置在相应的档位上；
i.首先打开连接高压胶管接头Ⅱ（13）的第一注浆泵，按照选定的最优注浆参数中对B液的单位时间注入量即泵量，计量单位为L/min，通过第一注浆泵向止水套管(6)和钻孔内注入B液，记录此时的泵量和第一注浆泵的压力表的示数，即为开始注B液时的泵量和压力值；
j.随着注浆进行，当经过计算B液注入量等于止水套管（6）容积与裸孔段钻孔容积之和时，开启第二注浆泵，按照选定的最优注浆参数要求的对A液的单位时间注入量即泵量，计量单位为L/min，由第二注浆泵输送A液通过高压胶管接头Ⅰ（1）、短管Ⅰ（2）、密封接头（20）、钻杆（7）从喷射器（10）的喷嘴处呈射流状喷出，并记录此时的泵量和第二注浆泵的压力表的示数，即为开始注A液时的泵量和压力值；
k．A液与B液在喷射器（10）位置混合，并在第一注浆泵和第二注浆泵两台注浆泵动力的推动下，向钻孔揭露的围岩内的含导水裂隙中运行，混合后的两种浆液在运行中起化学反应并逐渐凝结，由液体状逐渐凝结成胶体状，最后形成固体，胶体状和固体状混合材料进入到含导水裂隙中，起到堵水作用；
l.注浆开始后，随时分别观察两台注浆泵上压力表的示数变化情况，观察涌水点的涌水量变化和水质变化情况；分两种情况可以结束注浆：一是当压力表示数达到注浆结束标准即钻孔孔口所处标高处含水层内水头高度的压强值的1.5-2.0倍时，先后关闭第二注浆泵和第一注浆泵，停止注浆；二是当发现涌水点涌水量明显减少甚至不再涌水，或者虽然涌水量减少，但是减少到一定程度后不再减少时，停止注浆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010586317 CN102080552B (zh) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | 井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010586317 CN102080552B (zh) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | 井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210131874.1A Division CN102852535B (zh) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | 井下双液注浆器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102080552A CN102080552A (zh) | 2011-06-01 |
| CN102080552B true CN102080552B (zh) | 2012-12-12 |
Family
ID=44086717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010586317 Active CN102080552B (zh) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | 井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102080552B (zh) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102926771B (zh) * | 2012-09-13 | 2016-08-31 | 山东能源集团有限公司 | 深长非线性钻孔孔内远距离封孔分段注浆系统及工艺 |
| CN102979576B (zh) * | 2012-12-03 | 2014-12-10 | 山东大学 | 多级孔口管快速固定装置 |
| CN103334436A (zh) * | 2013-06-17 | 2013-10-02 | 北京市政建设集团有限责任公司 | 一种双液浆注浆管端头混合装置 |
| CN103758485B (zh) * | 2014-01-10 | 2016-05-18 | 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 | 一种用于塌陷区岩溶裂隙部位放矿速凝剂添加的设备系统 |
| CN104446237B (zh) * | 2014-11-12 | 2017-01-25 | 武汉理工大学 | 一种梯度型水泥基灌浆料 |
| CN105735937A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-07-06 | 安徽恒源煤电股份有限公司 | 突水钻孔孔壁滤流卸压孔内套管注浆固管封堵装置 |
| CN106014201B (zh) * | 2016-07-12 | 2018-04-10 | 山东大学 | 一种隧道注浆帷幕外泄水钻孔安全施工工艺 |
| CN106269838A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-01-04 | 上格环境科技（上海）有限公司 | 一种类芬顿药剂体系的污染场地原位注入修复系统 |
| CN106639973A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-10 | 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 | 一种用于地表超深孔双液浆注浆的注浆结构及其注浆方法 |
| CN107551843B (zh) * | 2017-09-22 | 2020-04-21 | 山东大学 | 一种双液注浆立体旋流混合器装置 |
| CN109115063B (zh) * | 2018-07-16 | 2020-07-31 | 山东大学 | 一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法 |
| CN109139052B (zh) * | 2018-09-30 | 2023-12-15 | 淮矿西部煤矿投资管理有限公司 | 一种基于高压深孔注浆的注浆孔装置及施工方法 |
| CN109162667B (zh) * | 2018-10-11 | 2020-07-28 | 吕梁学院 | 煤矿开采双液注浆装置 |
| CN109403914B (zh) * | 2018-10-15 | 2021-04-20 | 山东交通学院 | 一种矿井井下超深钻孔内水柱止浆双液注浆方法 |
| CN110331994B (zh) * | 2019-04-30 | 2023-08-15 | 宁夏久威矿山安全工程有限责任公司 | 一种掘进巷道离层破碎顶板淋水防治方法 |
| CN110158589A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-23 | 中铁建华南建设有限公司 | 富水地层地下连续墙的锚索孔的封水方法及其封水结构 |
| CN110500060A (zh) * | 2019-09-26 | 2019-11-26 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种分段前进式钻杆快速注浆装置、系统和注浆方法 |
| CN111946372B (zh) * | 2020-07-06 | 2021-06-18 | 青岛市地铁六号线有限公司 | 用于高凝结性注浆材料的注浆装置 |
| CN112145122B (zh) * | 2020-09-14 | 2022-05-10 | 华北科技学院 | 一种井下带压注浆堵水软硬骨料连续可控加注装置及方法 |
| CN112647893A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-13 | 四川华电泸定水电有限公司 | 一种采用双液浆混合器进行钻孔灌注的施工方法 |
| CN114165244B (zh) * | 2021-11-30 | 2022-12-02 | 中交隧道工程局有限公司 | 盾构同步双液注浆工艺现场验证试验方法 |
| CN115614046B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-04-04 | 中铁电气化局集团有限公司 | 一种盾构施工超前注浆工艺 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2190697Y (zh) * | 1993-11-13 | 1995-03-01 | 北京科技大学 | 双泵双液多功能混合器 |
| CN1884790A (zh) * | 2006-07-06 | 2006-12-27 | 宋彦波 | 矿井探水钻孔孔口管注浆封孔方法及探水钻孔孔口管注浆封孔设备 |
| CN101463717A (zh) * | 2008-12-22 | 2009-06-24 | 中煤第五建设公司 | 不断出水钻孔导管法逆向快速封孔方法 |
| CN101498220A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-05 | 煤炭科学研究总院西安研究院 | 立井工作面承压水流砂层保浆旋喷注浆工艺 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4005161B2 (ja) * | 1996-09-04 | 2007-11-07 | 太平洋セメント株式会社 | 中込め注入材 |
| JP2002013153A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Masanori Adachi | コンクリート構造物の漏水を伴う空隙充填強化と、その注入プラグおよび注入止水方法 |
-
2010
- 2010-12-14 CN CN 201010586317 patent/CN102080552B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2190697Y (zh) * | 1993-11-13 | 1995-03-01 | 北京科技大学 | 双泵双液多功能混合器 |
| CN1884790A (zh) * | 2006-07-06 | 2006-12-27 | 宋彦波 | 矿井探水钻孔孔口管注浆封孔方法及探水钻孔孔口管注浆封孔设备 |
| CN101463717A (zh) * | 2008-12-22 | 2009-06-24 | 中煤第五建设公司 | 不断出水钻孔导管法逆向快速封孔方法 |
| CN101498220A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-05 | 煤炭科学研究总院西安研究院 | 立井工作面承压水流砂层保浆旋喷注浆工艺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开2002-13153A 2002.01.18 |
| JP特开平10-81879A 1998.03.31 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102080552A (zh) | 2011-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102080552B (zh) | 井下双液注浆工艺及其井下双液注浆器 | |
| CN102852535B (zh) | 井下双液注浆器 | |
| CN103266614B (zh) | 砂卵石地层深基坑分段后退式双液复合注浆施工方法 | |
| CN107941658A (zh) | 一种斜井壁后注浆模型试验装置及试验方法 | |
| CN103513019B (zh) | 固井水泥浆气窜模拟评价仪 | |
| CN105350953A (zh) | 一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法 | |
| CN102561992B (zh) | 一种采用变形止水器的注浆封堵工艺 | |
| CN101235632B (zh) | 灌浆堵漏工艺 | |
| CN101638979A (zh) | 一种用于油水井的堵水、堵漏、二次固井技术 | |
| CN110952953A (zh) | 一种水平定向钻孔口保压封堵装置及应用该装置的涌水处理方法 | |
| CN109441441B (zh) | 一种承压动水作用下煤层底板多角度倾斜钻孔注浆工艺模拟试验装置及方法 | |
| CN106321046A (zh) | 一种低透气性煤层井下水砂压裂瓦斯抽采方法 | |
| CN109403914A (zh) | 一种矿井井下超深钻孔内水柱止浆双液注浆方法 | |
| CN102493403A (zh) | 一种堆石坝变形控制技术 | |
| CN109138904A (zh) | 双封隔器分层注浆止水装置及其使用方法 | |
| CN104389587A (zh) | 一种煤层瓦斯压力快速测定方法 | |
| CN103174428B (zh) | 一种应用化学浆液对竖井井筒实施注浆堵水的方法 | |
| CN107461182A (zh) | 分层压裂防砂方法 | |
| CN109372488B (zh) | 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 | |
| CN106869879B (zh) | 一种模拟井组内注采平面矛盾的实验方法 | |
| CN104594369A (zh) | 喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法及其结构 | |
| CN213039278U (zh) | 一种人工模拟井壁 | |
| CN211777313U (zh) | 一种水平定向钻孔口保压封堵装置 | |
| CN205229105U (zh) | 基于软岩钻孔内岩水耦合作用的松动圈测试系统 | |
| CN113074000A (zh) | 一种y字型的隧道注浆结构及配套的注浆方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |