CN102561992B - 一种采用变形止水器的注浆封堵工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了-种变形止水器及采用该变形止水器的注浆封堵工艺，该变形止水器包括-个内管，该内管与注浆管固定在-起；-个止水袋套在内管和注浆管的外面；注浆管通过注浆阀门与注浆胶管连接；内管的-头与注浆钻杆连接；在注浆钻杆上设置有钻杆阀门及三通阀门；注浆钻杆的另一头设置有水接头，水接头上套有高压胶管。该工艺主要包括变形止水器在涌水钻孔内的止水工艺和止水后对涌水钻孔的注浆封堵工艺，较好地解决了井下高压大流量涌水钻孔因止水套管断裂、脱扣被钻孔内高压涌水拔出后，对涌水钻孔进行封堵的难题，消除了因钻孔涌水给矿井带来的各种不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用变形止水器的注浆封堵工艺，属于矿山、交通隧道、水利水电等水害防治领域。
背景技术
煤矿井下水文观测钻孔、井下水源井或井下注浆钻孔，一般都位于井下巷道或者专门的硐室内，由于冲击地压作用造成地层错动，使止水套管断裂，或套管丝扣加工质量差，套管连接不牢造成扣脱现象，断裂或脱扣的套管被涌水压力拔出钻孔，引起钻孔涌水。钻孔涌水由于处于高压状态，呈现压力高、流量大特征。钻孔涌水后往往难以治理，并给矿井造成一定威胁，不仅增加了矿井排水压力，还影响到矿井的安全生产。对上述涌水钻孔的注浆封堵，是根治钻孔涌水威胁的必要手段。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用变形止水器的注浆封堵工艺，是井下水文、水井或者注浆钻孔因止水套管断裂、脱扣等原因，被钻孔内高压涌水拔出后失效，形成钻孔高压大流量涌水。为通过采取注浆工艺对高压大流量涌水钻孔进行注浆封堵的工艺。以解决上述钻孔涌水的威胁。该工艺主要包括变形止水器在涌水钻孔内的止水工艺和止水后对涌水钻孔的注浆封堵工艺。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种变形止水器，包括一个内管，该内管与注浆管固定在一起；一个止水袋套在内管和注浆管的外面；注浆管通过注浆阀门与注浆胶管连接；内管的一头与注浆钻杆连接；在注浆钻杆上设置有钻杆阀门及三通阀门；注浆钻杆的另一头设置有水接头，水接头上套有高压胶管；该变形止水器工作时位于涌水钻孔内，变形止水器的下端出口位于钻孔止水套管内。
所述止水袋两端封口，并通过铁丝及止水胶条固定在内管和注浆管上。
所述注浆钻杆固定在钻机液压卡盘及给进器上。
一种采用该变形止水器的注浆封堵工艺，该工艺包括以下步骤：
Step1：在涌水钻孔的巷道或者硐室内安装钻机；
Step2：确定钻孔内止水套管上口的位置；
Step3：通过注浆管向止水袋内充气，检查止水袋是否有漏气现象，充气压力达到1.0MPa无泄漏时，止水器质量合格；把质量合格的止水袋固定在内管上；
Step4：把变形止水器的内管连接在注浆钻杆的底端，用钻机液压卡盘夹持注浆钻杆，并用给进器把注浆钻杆慢慢下入到涌水钻孔内，直到变形止水器的下端出口进入到涌水钻孔内的钻孔止水套管内；保持三通阀门、钻杆阀门和注浆阀门均处于完全打开状态；
Step5：用注水泵通过注浆胶管、注浆阀门及注浆管将速凝浆液灌注到止水袋内；
Step6：观察涌水钻孔内和注浆钻杆之间、钻孔硐室岩壁内是否有涌水出现，当不出现涌水且向止水袋内的注浆压力达到0.5MPa时，表明变形止水器在涌水钻孔内止水合格，此时关闭变形止水器注浆阀门；若止水不合格，则要重新进行止水操作；
Step7：变形止水器止水合格后，继续用钻机卡盘夹持注浆钻杆不动，以保持变形止水器在涌水钻孔内不动，候凝至少24小时，待其完全固结并具备一定强度后，进行下一步操作；Step8：变形止水器候凝结束后，保持打开注浆钻杆三通阀门泄水，在注浆钻杆顶端连接水接头和高压胶管，高压胶管和注浆泵连接；关闭注浆钻杆上的三通阀门，由注浆泵通过高压胶管、水接头、注浆钻杆、变形止水器内管向钻孔止水套管内持续注入水泥浆液，水泥浆液通过钻孔止水套管进入到含水层中；
Step9：水泥浆液充填封闭含水层内的含导水裂隙，最终把钻孔止水套管封堵住，从而达到成功封堵涌水钻孔的目的；待注浆压力达到含水层水头压力的1.5倍时，停止注浆，关闭注浆钻杆阀门；
Step10：打开注浆钻杆三通阀门，用注浆泵通过高压胶管、水接头、注浆钻杆和注浆钻杆三通阀门内灌注清水，由注浆钻杆三通阀门泄水，冲洗由上述部件组成的管路，冲洗干净后停泵；
Step11：注浆结束72小时后，把注浆钻杆在钻杆阀门以上部位卸开，钻杆阀门及以下部分留在钻孔内不再回收，整个涌水钻孔注浆工艺操作完成。
所述Step1中，在涌水钻孔的巷道或者硐室内采用埋设地锚或者液压支柱固定的方式安装带有液压卡盘和液压给进器的坑道钻机，使钻机液压卡盘及液压给进器的轴线与钻孔轴线位于同一条直线上。
所述Step2中，把与钻孔孔径匹配的硬质合金三翼无芯钻头接在钻杆的下端，把硬质合金三翼无心钻头通过钻杆下入涌水钻孔内；当硬质合金三翼无芯钻头被阻挡不能继续下探时，判断是什么原因阻挡，若是孔内掉渣掉块阻挡，则开动钻机用硬质合金三翼无芯钻头扫孔，直到钻头接触到孔内止水套管为止；若是孔内止水套管阻挡，则丈量自钻头底部到孔口之间钻杆的长度，该长度就是涌水钻孔内止水套管上口的位置深度。
本发明技术要注意以下几点：
（1）止水袋要使用密实不漏浆的布料制作，要求止水袋膨胀后，其直径略大于涌水钻孔直径，止水袋长度在1.5-2.0m之间。
（2）变形止水器注浆管用6分的钢管制作。
（3）要求止水袋制作完后必须进行质量检查，确保无泄漏。
（4）变形止水器内管要用单根注浆钻杆制作，与注浆钻杆连接的一段的扣型与注浆钻杆一致。
（5）各丝扣连接处要求缠绕面纱，上丝扣油，并旋紧，不得出现丝扣连接处出现泄漏现象。
（6）变形止水器在涌水钻孔内止水后，必须保证涌水钻孔内或者周围岩壁不出现涌水现象，否则说明变形止水器止水效果不合格，要重新止水。
（7）注入到止水袋内的速凝材料，要求其初凝到终凝时间控制在1-4小时之间，以保证止水操作的安全进行。保证变形,止水器止水失败后能及时被提出涌水钻孔，并再次进行止水操作。
（8）一旦出现止水失败现象，要及时打开变形止水器注浆阀门，把止水袋内的速凝浆液排出，同时慢慢回转提升注浆钻杆，把变形止水器提出钻孔。分析止水失败原因后再次进行止水操作。
（9）速凝止水材料一般选用凝结后体积微膨胀的硫铝酸盐水泥，其浆液浓度一般控制在1.3-1.4kg/cm3左右。注浆前要做水泥配比和凝固实验，选取适合止水需要的凝固时间段的配比参数。
本发明的有益效果是：较好地解决了井下高压大流量涌水钻孔因止水套管断裂、脱扣被钻孔内高压涌水拔出后，对涌水钻孔进行封堵的难题，消除了因钻孔涌水给矿井带来的各种不利影响。
附图说明
附图1为本发明的变形止水器下入到涌水钻孔内的操作工艺示意图；
附图2为本发明的变形止水器止水成功后，通过钻杆向钻孔和含水层内注浆的原理示意图；
附图3为钻孔止水套管被拔出后，钻孔涌水的示意图。
其中，1、钻孔硐室，2、水接头，3、高压胶管，4、注浆钻杆，5、钻机液压卡盘及给进器，6、注浆胶管，7、钻杆阀门，8、注浆阀门，9、涌水钻孔，10、钻孔止水套管，11、含水层，12、三通阀门，13、注浆管，14、内管，15、止水袋，16、速凝浆液，17、钻孔涌水。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
在图1和图2中，一种变形止水器，包括一个内管14，该内管14与注浆管13固定在一起；一个止水袋15套在内管14和注浆管13的外面；注浆管13通过注浆阀门8与注浆胶管6连接；内管14的一头与注浆钻杆4连接；在注浆钻杆4上设置有钻杆阀门7及三通阀门12；注浆钻杆4的另一头设置有水接头2，水接头2上套有高压胶管3。止水袋15两端封口，并通过铁丝及止水胶条固定在内管14和注浆管13上。注浆钻杆4固定在钻机液压卡盘及给进器上。该变形止水器工作时位于涌水钻孔9内，变形止水器的下端出口位于钻孔止水套管10内。
其工艺步骤为：
（1）、钻机安装。首先在涌水钻孔的巷道或者硐室内，安装带有液压卡盘和液压给进器的坑道钻机，使钻机液压卡盘及液压给进器的轴线与钻孔轴线位于同一条直线上。钻机采用埋设地锚或者液压支柱固定，要求固定牢靠。现场供电、供水必须满足钻探施工要求。并保持供应正常。
（2）、钻孔内止水套管上口位置的探查。把与钻孔孔径匹配的硬质合金三翼无芯钻头接在钻杆的下端，把硬质合金三翼无心钻头通过钻杆下入涌水钻孔内。当硬质合金三翼无芯钻头被阻挡不能继续下探时，判断是什么原因阻挡，若是孔内掉渣掉块阻挡，则开动钻机用硬质合金三翼无芯钻头扫孔，直到钻头接触到孔内止水套管为止。若是孔内止水套管阻挡，则丈量自钻头底部到孔口之间钻杆的长度，该长度就是涌水钻孔内止水套管上口的位置深度。
（3）、制作变形式止水器。变形式止水器由变形止水器内管14、止水袋15（由密实无泄漏的布料制作）、变形止水器注浆管13、变形止水器注浆阀门8等组成。首先把变形止水器注浆管13和变形止水器内管14用铁丝捆绑在一起，然后把止水袋15套在变形止水器注浆管13和变形止水器内管14上，止水袋15两端锁口后用铁丝和止水胶条捆绑在变形止水器注浆管13和变形止水器内管14上。要求止水袋15两端捆绑处密封性好。变形止水器内管14两端各预留约300mm长度。变形止水器制作完毕。
（4）、变形止水器质量检验。变形止水器制作完后，通过变形止水器注浆管13向止水袋内充气，检查止水袋是否有漏气现象，只有充气压力达到1.0MPa无泄漏时，止水器制作质量方为合格。检验合格后，把止水袋用棉线缠绕在变形止水器内管上，并能顺利进入到涌水钻孔9内。
（5）、涌水钻孔内下入变形止水器操作。把变形式止水器连接在注浆钻杆4的底端，用钻机液压卡盘夹持注浆钻杆4，并用钻机给进器把注浆钻杆4慢慢下入到涌水钻孔9内，直到变形式止水器的下端到达涌水钻孔9内的钻孔止水套管10的上管口处，并使变形止水器的下端出口进入到钻孔止水套管10内。在涌水钻孔孔口位置，分别在注浆钻杆4上安装注浆钻杆三通阀门12和钻杆阀门7，在变形止水器注浆管13和变形止水器注浆胶管6之间连接变形止水器注浆阀门8。注浆钻杆三通阀门12、钻杆阀门7和变形止水器注浆阀门8均处于完全打开状态。在把变形止水器下入到涌水钻孔时，要保持注浆钻杆4的畅通，此时涌水钻孔内有一部分涌水由注浆钻杆4内排出，另一部分涌水从变形止水器和涌水钻孔9之间的间隙排出。
（6）、变形止水器的止水操作。用钻机卡盘固定好注浆钻杆4，把变形止水器堵在涌水钻孔内9内的钻孔止水套管10的上口处。用注浆泵分别通过变形止水器注浆胶管6、变形止水器注浆阀门8和变形止水器注浆管13把速凝浆液灌注到止水袋15内。随着速凝浆液的注入量的增加，止水袋15体积不断增大，止水袋15注浆和涌水钻孔9孔壁接触，直到紧紧地压在涌水钻孔9的孔壁上。由于止水袋15由密实的布料制作，止水袋15会适应涌水钻孔9内壁的形状并紧紧地与涌水钻孔9内壁结合，达到完全止水的目的。另外止水袋15下端进入到钻孔止水套管10内的目的也是在钻孔止水套管10的上口处止水。观察涌水钻孔9内和注浆钻杆4之间、钻孔硐室岩壁内是否还有涌水出现，当不出现涌水且向止水袋15内的注浆压力达到0.5-1.0MPa时，表明变形止水器在涌水钻孔9内止水合格，此时关闭变形止水器注浆阀门8。若止水不合格，则要重新进行止水操作。
（7）、速凝止水材料的候凝。变形止水器止水合格后，要继续用钻机卡盘夹持注浆钻杆4不动，以保持变形止水器在涌水钻孔9内不动，候凝至少24小时，待其完全固结并具备一定强度后，方可进行下一步操作。
（8）、涌水钻孔内的注浆操作。变形止水器候凝结束后，保持打开注浆钻杆三通阀门12泄水，在注浆钻杆4顶端连接水接头2和高压胶管3，高压胶管3和注浆泵连接。连接好后，关闭注浆钻杆三通阀门12。由注浆泵分别通过高压胶管3、水接头2、注浆钻杆4、变形止水器内管14向钻孔止水套管10内持续注入水泥浆液，水泥浆液通过钻孔止水套管10进入到含水层11中，充填封闭含水层11内的含导水裂隙，最终把钻孔止水套管10封堵住，从而达到成功封堵涌水钻孔9的目的。待注浆压力达到含水层11水头压力的1.5倍时，停止注浆，关闭注浆钻杆阀门7。
（9）、关闭注浆钻杆阀门7后，打开注浆钻杆三通阀门12，用注浆泵向高压胶管3、水接头2、注浆钻杆4和注浆钻杆三通阀门12内灌注清水，由注浆钻杆三通阀门12泄水，冲洗由上述部件组成的管路，冲洗干净后停泵。
（10）、注浆结束72小时后，把注浆钻杆4在注浆钻杆阀门7以上部位卸开，注浆钻杆阀门7及以下部分留在钻孔内不再回收。整个涌水钻孔注浆工艺操作完成。
2009年8月21日，查庄煤矿井下奥陶系灰岩水文观测孔（奥2）发生套管脱落，钻孔涌水现象，钻孔涌水量为76m3/h。情况为：该孔位于8505面，因为套管丝扣被腐蚀，而且上部止水套管封固不牢，造成距奥陶系灰岩观测孔孔口7m处出现脱扣现象，在水头压力为3.0MPa的奥陶系灰岩水的作用下，脱扣部位以上套管被水顶出，形成钻孔涌水，钻孔硐室内岩壁也有淋水现象，钻孔涌水量为76m3/h。涌水沿巷道蔓延，严重影响了行人运输，并给工作面的排水增加了压力。
经研究决定注浆封闭该钻孔。封闭时，采用了变形止水器在涌水钻孔内止水套管上口处止水，然后经过钻杆向钻孔内注浆，达到了注浆封堵该钻孔的目的。
Claims (3)
1.一种采用变形止水器的注浆封堵工艺，所述变形止水器包括一个内管，该内管与注浆管固定在一起；一个止水袋套在内管和注浆管的外面；注浆管通过注浆阀门与注浆胶管连接；内管的一头与注浆钻杆连接；在注浆钻杆上设置有钻杆阀门及三通阀门；注浆钻杆的另一头设置有水接头，水接头上套有高压胶管；该变形止水器工作时位于涌水钻孔内，变形止水器的下端出口位于钻孔止水套管内；其特征在于：该工艺包括以下步骤：
Step1：在涌水钻孔的巷道或者硐室内安装钻机；
Step2：确定钻孔内止水套管上口的位置；
Step3：通过注浆管向止水袋内充气，检查止水袋是否有漏气现象，充气压力达到1.0MPa无泄漏时，止水器质量合格；把质量合格的止水袋固定在内管上；
Step4：把变形止水器的内管连接在注浆钻杆的底端，用钻机液压卡盘夹持注浆钻杆，并用给进器把注浆钻杆慢慢下入到涌水钻孔内，直到变形止水器的下端出口进入到涌水钻孔内的钻孔止水套管内；保持三通阀门、钻杆阀门和注浆阀门均处于完全打开状态；
Step5：用注水泵通过注浆胶管、注浆阀门及注浆管将速凝浆液灌注到止水袋内；
Step6：观察涌水钻孔内和注浆钻杆之间、钻孔硐室岩壁内是否有涌水出现，当不出现涌水且向止水袋内的注浆压力达到0.5MPa时，表明变形止水器在涌水钻孔内止水合格，此时关闭变形止水器注浆阀门；若止水不合格，则要重新进行止水操作；
Step7：变形止水器止水合格后，继续用钻机卡盘夹持注浆钻杆不动，以保持变形止水器在涌水钻孔内不动，候凝至少24小时，待其完全固结并具备一定强度后，进行下一步操作；Step8：变形止水器候凝结束后，保持打开注浆钻杆三通阀门泄水，在注浆钻杆顶端连接水接头和高压胶管，高压胶管和注浆泵连接；关闭注浆钻杆上的三通阀门，由注浆泵通过高压胶管、水接头、注浆钻杆、变形止水器内管向钻孔止水套管内持续注入水泥浆液，水泥浆液通过钻孔止水套管进入到含水层中；
Step9：水泥浆液充填封闭含水层内的含导水裂隙，最终把钻孔止水套管封堵住，从而达到成功封堵涌水钻孔的目的；待注浆压力达到含水层水头压力的1.5倍时，停止注浆，关闭注浆钻杆阀门；
Step10：打开注浆钻杆三通阀门，用注浆泵通过高压胶管、水接头、注浆钻杆和注浆钻杆三通阀门内灌注清水，由注浆钻杆三通阀门泄水，冲洗由上述部件组成的管路，冲洗干净后停泵；
Step11：注浆结束72小时后，把注浆钻杆在钻杆阀门以上部位卸开，钻杆阀门及以下部分留在钻孔内不再回收，整个涌水钻孔注浆工艺操作完成。
2.根据权利要求1所述的注浆封堵工艺，其特征在于：所述Step1中，在涌水钻孔的巷道或者硐室内采用埋设地锚或者液压支柱固定的方式安装带有液压卡盘和液压给进器的坑道钻机，使钻机液压卡盘及液压给进器的轴线与钻孔轴线位于同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的注浆封堵工艺，其特征在于：所述Step2中，把与钻孔孔径匹配的硬质合金三翼无芯钻头接在钻杆的下端，把硬质合金三翼无心钻头通过钻杆下入涌水钻孔内；当硬质合金三翼无芯钻头被阻挡不能继续下探时，判断是什么原因阻挡，若是孔内掉渣掉块阻挡，则开动钻机用硬质合金三翼无芯钻头扫孔，直到钻头接触到孔内止水套管为止；若是孔内止水套管阻挡，则丈量自钻头底部到孔口之间钻杆的长度，该长度就是涌水钻孔内止水套管上口的位置深度。
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