CN103061785B - 巷道破碎涌水围岩钻孔套管隔压渗透封固注浆装置所采用的注浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置，它包括并在一起的隔压膨胀注浆器和渗透注浆管；本发明还公开了一种巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆工艺，通过向隔压膨胀注浆器内注入速凝固结材料使膨胀布涨开被紧密压合在钻孔孔壁上，杜绝了渗透注浆过程中注浆压力对涌水破碎围岩的扰动破坏，避免了注浆过程中引起的巷道变形甚至垮落，并通过渗透注浆管对裸孔段进行注浆，通过注浆压力使注浆浆液渗透到导水裂隙中，用取芯管取出隔压渗透注浆器后，可在钻孔内形成环状封固材料保护圈，保护圈起到护壁、止水作用，保证了钻孔套管的封固质量。

Description

巷道破碎涌水围岩钻孔套管隔压渗透封固注浆装置所采用的注浆工艺

技术领域

本发明涉及一种井下钻孔施工工艺，特别涉及一种巷道破碎涌水围岩钻孔套管隔压渗透封固注浆装置及工艺，属于矿山、交通隧道、水利水电等地质勘探、水害防治、基本建设等技术领域。 

背景技术

在煤矿井下探放水和注浆堵水钻孔施工中，因受井下地质和巷道环境及施工技术方案的限制，钻孔开孔设计位置往往处于巷道围岩岩壁涌水破碎段。在此条件下，因为巷道围岩存在着破碎涌水，给钻孔套管的封固带来很大难度，封固失败率很高。原因是在涌水破碎岩层内对套管封固注浆操作中会因注浆压力扰动，破坏本来就破碎的岩层，造成巷道破碎围岩的变形甚至片帮、垮落。巷道岩壁片帮或垮落后一旦沟通深部高压含水层，则会引起巷道的涌水甚至突水，给巷道运输和安全带来威胁，严重影响着矿井生产，并提高了矿井的防治水成本和压力。 

因为巷道围岩处于涌水和破碎状态，采用常规的浅层注浆加固构筑形成注浆隔水岩帽的方法难以奏效，并且在注浆时，注浆压力也会扰动破坏巷道围岩，阻水岩帽形成后，随着泄水量的减少，含水层水压就会逐渐升高，直到其压力足以破坏阻水岩帽。尤其是在深部对高压含水层进行注浆时，注浆压力和水压的共同作用，往往也会破坏阻水岩帽，再次造成巷道涌水。这就是注浆过程中或者巷道经注浆堵水一段时间后再次出现涌水的主要原因之一。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置及工艺，隔离巷道围岩的涌水破碎段，使对套管的封固注浆压力难以作用在涌水破碎围岩上，通过注浆，把注浆压力作用在完整岩石上，并使浆液渗透进入到完整岩石内的导水裂隙中，通过浆液渗透扩散封堵巷道涌水，并达到安全下入套管并保证套管封固质量的目的，它具有解决了注浆压力对涌水破碎围岩的破坏，避免了巷道围岩的变形和垮塌的优点。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置，它包括并在一起的隔压膨胀注浆器和渗透注浆管；隔压膨胀注浆器与渗透注浆管并在一起称之为隔压渗透注浆器； 

所述隔压膨胀注浆器包括依次连接的隔压膨胀注浆器注浆管接头、第一截门、第一压力表、 隔压膨胀注浆器端部、隔压膨胀注浆器注浆管和堵头，所述隔压膨胀注浆器注浆管两端加工成马牙扣，所述隔压膨胀注浆器注浆管的外围包裹一层膨胀布，所述膨胀布的两端通过绑带固定在马牙扣上，所述膨胀布内的隔压膨胀注浆器注浆管上设有若干个溢流孔； 

所述渗透注浆管包括依次连接的渗透注浆管接头、第二截门、第二压力表。 

所述隔压膨胀注浆器用PPR管加工而成，规格为S2、dn25mm×en2.5mm。 

所述膨胀布是较柔软的密度较高的化纤布，所述化纤布长度要比巷道围岩破碎带厚度长2m，所述化纤布的宽度为钻孔周长的1.3倍，所述化纤布为长筒状。 

所述马牙扣的长度为300mm。 

所述渗透注浆管用PPR管加工而成，规格为S2、dn25mm×en2.5mm。 

巷道破碎围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置，它还包括取芯管、套管、孔口止浆塞和注浆泵。 

所述取芯管的一端设有取芯钻头，所述取芯管的另外一端连接异径接头，所述异径接头连接钻杆。 

所述套管一端连接套管接头，所述套管接头连接第三截门，所述套管外围焊接套管扶正器。所述套管扶正器用于保证套管位于钻孔的中心，并起到增加套管向外移动阻力的作用。 

所述孔口止浆塞上设有注浆短管，所述注浆短管的一端依次连接有第三压力表和第四截门。 

所述注浆泵采用低压小泵量注浆泵，选择气动注浆泵或电动注浆泵。所述气动注浆泵的型号可以是：ZBQ-27/1.5；所述电动注浆泵的型号可以是：3NB75/2-4。 

巷道破碎围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆工艺，主要包含以下工作步骤： 

步骤1，施工探查钻孔；首先在巷道围岩内施工探查钻孔，探查出巷道围岩内破碎带的厚度； 

步骤2，把隔压渗透注浆器送入钻孔内，对隔压膨胀注浆器进行注浆；把隔压膨胀注浆器速凝材料注入到隔压膨胀注浆器注浆管中，隔压膨胀注浆器速凝材料会通过隔压膨胀注浆器注浆管的溢流孔流入膨胀布中，膨胀布膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；停止注浆并候凝； 

步骤3，通过渗透注浆管对钻孔进行注浆；注浆材料浆液扩散到导水裂隙中，停止注浆并候凝； 

步骤4，扫孔取出隔压膨胀注浆器和渗透注浆管，扫孔后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料形成的预留环状止水圈； 

步骤5，继续钻进，在钻孔内下入套管，并封固孔内套管； 

步骤6，扫孔，进行套管封固耐压试验，耐压合格后，继续钻进。 

所述步骤1中，钻孔深度要超过巷道破碎围岩进入到完整岩层内至少3m，探查钻孔施工中要做好预防孔壁掉块，坍塌的工作，保证隔压渗透注浆器能顺利下入钻孔内，钻孔孔径要超过钻孔套管直径两个级别。 

所述步骤2的具体步骤如下：把隔压渗透注浆器送入钻孔内，使之位于钻孔的中心位置，并固定好；把隔压膨胀注浆器注浆管接头和Φ19mm高压胶管通过快速接头连接，并把Φ19mm高压胶管另一头和注浆泵连接；打开第一截门，开动注浆泵，用注浆泵把搅拌好的隔压膨胀注浆器速凝材料经隔压膨胀注浆器注浆管接头、第一截门、隔压膨胀注浆器注浆管和溢流孔注入到膨胀布形成的密闭空间内，随着注入的隔压膨胀注浆器速凝材料的增加，膨胀布不断胀大，膨胀布被紧紧压在孔壁上。膨胀布膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；当注浆压力达到注浆压力设定值时，停止注浆，关闭第一截门并候凝；隔压膨胀注浆器和孔壁之间的摩擦力承受钻孔内的注浆压力，并使注浆压力作用在了深部的较完整岩层上；所述注浆压力设定值为1.5～2.0MPa；所述候凝的时间按照注浆前对隔压膨胀注浆器速凝材料的现场凝固实验确定。 

所述步骤3的具体步骤如下：隔压膨胀注浆器候凝结束后，把渗透注浆管接头连接Φ19mm高压胶管的一端，Φ19mm高压胶管的另一端和注浆泵连接；打开第二截门，开动注浆泵，把搅拌好的注浆材料浆液通过渗透注浆管注入到钻孔裸孔内，一部分注浆材料浆液通过钻孔孔壁较完整岩层内的导水裂隙向周围渗透扩散，并封堵导水裂隙，另一部分注浆材料浆液则通过导水裂隙被涌水携带向巷道浅部围岩的岩壁内破碎带内扩散，当岩壁内破碎带出现跑浆现象时，利用止浆方法进行止浆；注浆压力达到结束标准时停止注浆，关闭第二截门并候凝；候凝结束后，在孔口处把隔压膨胀注浆器和渗透注浆管截断；所述结束标准为2.0-3.0MPa。 

渗透填充到导水裂隙和破碎围岩的破碎带内的注浆材料浆液凝结后，对围岩破碎带起到加固作用，把破碎围岩变成具有一定承压和阻水能力的注浆封固加固体。 

所述步骤3的止浆方法包括两种： 

方法一，调节注浆材料浆液配比参数，缩短注浆材料浆液的凝固时间； 

方法二，采用在注浆材料浆液中加入少量锯末等细小的骨料，堵塞较大的跑浆空隙，达到止浆的目的。 

所述步骤4的具体步骤如下：用比原钻孔孔径小两级的取芯钻头钻进扫孔，钻具在膨胀 后的隔压渗透注浆器内透孔钻进并把隔压膨胀注浆器和渗透注浆管取出；取出后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料凝结体形成的预留环状止水圈。 

所述步骤4中出现的预留环状止水圈用于保持了巷道围岩破碎带内钻孔的规则性和完整性，并起到维护孔壁和阻水的作用。 

所述步骤5的具体步骤如下：用与步骤4相同直径的钻头继续钻进到超出套管的设计深度0.5m处，在钻孔内下入套管，并按常规的钻孔套管的封固工艺对套管进行封固。 

所述步骤5的常规的钻孔套管的封固工艺以井下仰角钻孔套管封固工艺为例进行说明：在孔口处套管和钻孔的环状间隙内塞入孔口止浆塞，孔口止浆塞内预留注浆短管，注浆短管外侧依次连接第三压力表和第四截门，连接好后，先打开第四截门和第三截门，通过第四截门和注浆短管向钻孔与套管环状间隙内注入套管封固料浆液，套管封固料浆液沿套管封固料运行方向向孔内运移，到达孔底超过套管底部进入套管，后从套管接头和第三截门流出，等套管封固料浆液从第三截门流出后，关闭第三截门，继续注浆，当注浆压力达到设计值后，关闭第四截门，候凝。 

所述步骤5的套管封固料浆液注浆中，套管封固料浆液对钻孔所揭露的孔壁岩石内导水裂隙进行充填封堵，注浆中要保持一定的注浆压力，使套管封固料浆液能在导水裂隙中具有一定的扩散距离，以提高套管封固质量。所述注浆压力一般不超过3.0MPa，并根据岩壁完整程度和注浆技术要求确定。 

所述步骤6的具体步骤如下：候凝结束后，卸下套管接头和第三截门，并清理净套管接头和第三截门内的封固材料。在套管内下入钻具进行扫孔，扫孔深度到钻孔孔底，用清水冲洗钻孔，冲洗干净后，再次安装套管接头和第三截门，并通过套管注水，进行套管封固耐压试验，耐压合格后，卸掉套管接头和第三截门，从套管内下入钻具继续向地层深部钻进。 

本发明操作中应该注意的问题 

（1）应先探孔，探查出巷道顶板围岩破碎带的厚度，破碎带以上深部完整围岩的位置及其裂隙发育情况，必要时进行取芯钻进。 

（2）下入钻孔内的隔压膨胀注浆器长度要超过围岩破碎带的厚度2m以上，应能有效隔离破碎带，真正起到隔压的作用。 

（3）膨胀布要宽松，膨胀布要与隔压膨胀注浆器绑牢，在隔压膨胀注浆器上捆绑膨胀布的位置加工成马牙扣型。捆绑部分不得出现泄露现象，做好后，在下入钻孔前要进行试验，注水试验结果在压力达到1.5～2.0MPa时无泄漏时，隔压膨胀注浆器制作合格。否则不准下入钻孔内。 

（4）注浆前要对所用注浆材料进行现场试验，取得相关参数，所述相关参数主要指初凝和终凝时间、固结强度等参数，以保证注浆质量和注浆安全。 

（5）注浆泵要保证正常运转，注浆管路要做到连接紧密无泄漏。 

本发明配套注浆材料选择 

对配套的注浆材料的选择要遵循以下原则：便于采购，材料来源广泛，价格便宜，安全无毒，无污染，配制和灌注工艺简单，操作安全，现场操作人员容易掌握，固结强度和凝固时间可调，并适合工程特点。 

快硬硫铝酸盐水泥因具有凝结快，早期强度高(一天抗压强度可达28天强度的70％以上)，一般在水化4-8h后即可产生较高的强度。结硬时体积不收缩且略有膨胀(微膨胀)、耐硫酸盐侵蚀等性能。硫铝酸盐水泥的重要特点就是快速凝结，初凝时间不迟于15min，终凝时间不迟于30min。 

作为本发明的优选注浆材料，硫铝酸盐水泥可用来对隔压膨胀注浆器膨胀布内注浆，完整岩石导水裂隙内注浆和对钻孔套管封固注浆。 

现场配制中，要使用质量合格的无结块的快硬硫铝酸盐水泥，水泥标号为32.5R，水泥浆配制密度范围控制在1.3-1.5g/cm³。 

所述步骤二中隔压膨胀注浆器内封固注浆选用密度为1.5g/cm³水泥浆； 

所述步骤三中完整岩石层导水裂隙内渗透注浆要根据现场情况，选择1.3-1.5g/cm³的水泥浆。注浆开始阶段选用密度较小的水泥浆，当巷道破碎围岩跑浆严重时，可以逐渐加大浆液浓度甚至加入一定量的锯末等细骨料，达到止浆目的； 

所述步骤五中钻孔内套管封固注浆选用密度为1.5g/cm³水泥浆。 

本发明的注浆泵选择 

因为隔压膨胀注浆器膨胀布内注浆和钻孔套管封固注浆消耗的浆液量较少，且围岩耐压强度较低；且完整岩石导水裂隙中渗透注浆要求浆液流速较低以便于沉积凝结，因此应选择使用低压小泵量注浆泵。可以根据现场动力来源，选择使用气动注浆泵（比如ZBQ-27/1.5气动注浆泵）或电动注浆泵（比如3NB75/2-4注浆泵）。 

本发明的有益效果： 

1、较好解决了巷道顶板围岩涌水破碎条件下的钻孔套管封固难题； 

2、它采用了隔压渗透原理，使套管封固中的注浆压力不直接作用在涌水破碎围岩上，而是作用在深部的完整岩石上，较好解决了注浆压力对涌水破碎围岩的破坏问题，避免了巷道围岩的变形和垮塌； 

3、并通过注浆材料的渗透，封堵了导水裂隙，提高了套管的封固质量； 

4、隔压膨胀注浆器的捆绑膨胀布的位置加工成马牙扣可以更好的固定膨胀布并起到较好的密封作用。 

附图说明

图1（a）是隔压膨胀注浆器结构图； 

图1（b）是渗透注浆管结构图； 

图2是隔压渗透注浆操作工艺图； 

图3是扫孔取出钻孔内隔压渗透注浆器操作工艺图； 

图4是钻孔套管注浆封固工艺操作原理图； 

其中：1隔压膨胀注浆器注浆管接头，2第一截门，3隔压膨胀注浆器端部，4绑带，5隔压膨胀注浆器注浆管，6溢流孔，7膨胀布，8马牙扣，9堵头，10第一压力表，11渗透注浆管接头，12第二截门，13第二压力表，14渗透注浆管，15岩壁，16破碎带，17第一导水裂隙，18较完整岩层，19裸孔，20膨胀布，21隔压膨胀注浆器速凝材料，22第四截门，23钻杆，24异径接头，25取芯管，26预留环状止水圈，27取芯钻头，28隔压渗透注浆器，29套管接头，30套管，31孔口止浆塞，32注浆封固加固体，33围岩，34套管封固料浆液，35套管扶正器，36第二导水裂隙，37套管封固料运行方向，38环状间隙，39注浆短管，40第三压力表，41第三截门，42隔压膨胀注浆器。 

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。 

巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置，它包括并在一起的一个隔压膨胀注浆器42和一个渗透注浆管14；隔压膨胀注浆器42与渗透注浆管14并在一起称之为隔压渗透注浆器28。 

如图1（a）所示，所述隔压膨胀注浆器42包括依次连接的隔压膨胀注浆器注浆管接头1、第一截门2、第一压力表10、隔压膨胀注浆器端部3、隔压膨胀注浆器注浆管5和堵头9，所述隔压膨胀注浆器注浆管5两端加工成马牙扣，所述隔压膨胀注浆器注浆管5的外围包裹一层膨胀布7，所述膨胀布7的两端通过绑带4固定在马牙扣8上，所述膨胀布7内的隔压膨胀注浆器注浆管5上设有若干个溢流孔6； 

如图2（b）所示，所述渗透注浆管14包括依次连接的渗透注浆管接头11、第二截门12、第二压力表13。 

所述隔压膨胀注浆器42用PPR管加工而成，规格为S2、dn25mm×en2.5mm。 

所述膨胀布7是较柔软的密度较高的化纤布，所述化纤布长度要比巷道围岩破碎带16厚度长2m，所述化纤布的宽度为钻孔周长的1.3倍，所述化纤布为长筒状。 

所述马牙扣8的长度为300mm。 

所述渗透注浆管14用PPR管加工而成，规格为S2、dn25mm×en2.5mm。 

如图3所示，所述取芯管25的一端设有取芯钻头27，所述取芯管25的另外一端连接异径接头24，所述异径接头24连接钻杆23。 

如图4所示，所述套管30一端连接套管接头29，所述套管接头29连接第三截门41，所述套管30外围焊接套管扶正器35。所述套管扶正器35用于保证套管30位于钻孔的中心，并起到增加套管30向外移动阻力的作用。 

所述孔口止浆塞31上设有注浆短管39，所述注浆短管39的一端依次连接有第三压力表40和第四截门22。 

所述注浆泵采用低压小泵量注浆泵，选择气动注浆泵或电动注浆泵。所述气动注浆泵的型号可以是：ZBQ-27/1.5；所述电动注浆泵的型号可以是：3NB75/2-4。 

巷道破碎围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆工艺，主要包含以下工作步骤： 

步骤1，施工探查钻孔；首先在巷道围岩33内施工探查钻孔，探查出巷道围岩33内破碎带16的厚度； 

步骤2，对隔压膨胀注浆器42进行注浆；把隔压膨胀注浆器速凝材料21注入到膨胀布7中，膨胀布7膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；停止注浆并候凝； 

步骤3，通过渗透注浆管14对钻孔进行注浆；注浆材料浆液扩散到第一导水裂隙17和破碎带16中，停止注浆并候凝； 

步骤4，扫孔取出隔压膨胀注浆器42和渗透注浆管14，扫孔后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料21形成的预留环状止水圈26； 

步骤5，继续钻进，在钻孔内下入套管30，并封固孔内套管30； 

步骤6，扫孔，进行套管30封固耐压试验，耐压合格后，继续钻进。 

所述步骤1中，钻孔深度要超过巷道破碎围岩33进入到较完整岩层18内至少3m，探查钻孔施工中要做好预防孔壁掉块，坍塌的工作，保证隔压渗透注浆器28能顺利下入钻孔内，钻孔孔径要超过钻孔套管30直径两个级别。 

如图2所示，所述步骤2的具体步骤如下：把隔压渗透注浆器28和渗透注浆管14一并送入钻孔内，使之位于钻孔的中心位置，并固定好；把隔压膨胀注浆器注浆管接头1和Φ19mm高压胶管通过快速接头连接，并把Φ19mm高压胶管另一头和注浆泵连接；打开第一截门2， 开泵用注浆泵把搅拌好的隔压膨胀注浆器速凝材料21经隔压膨胀注浆器注浆管接头1、第一截门2、隔压膨胀注浆器注浆管5和溢流孔6注入到膨胀布7形成的密闭空间内，随着注入的隔压膨胀注浆器速凝材料21的增加，膨胀布7不断胀大，膨胀布7被紧紧压在孔壁上。膨胀布7膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；当注浆压力达到注浆压力设定值时，停止注浆，关闭第一截门2并候凝；隔压膨胀注浆器42和孔壁之间的摩擦力承受钻孔内的注浆压力，并使注浆压力作用在了深部的较完整岩层18上；所述注浆压力设定值为1.5～2.0MPa；所述候凝的时间按照注浆前对隔压膨胀注浆器速凝材料21的现场凝固实验确定。 

所述步骤3的具体步骤如下：隔压膨胀注浆器42候凝结束后，把渗透注浆管接头11连接Φ19mm高压胶管的一端，Φ19mm高压胶管的另一端和注浆泵连接；打开第二截门12，开启注浆泵，把搅拌好的注浆材料浆液通过渗透注浆管14注入到钻孔裸孔19内，一部分注浆材料浆液通过钻孔孔壁较完整岩层18内的第一导水裂隙17向周围渗透扩散，并封堵第一导水裂隙，另一部分注浆材料浆液则通过第一导水裂隙17被涌水携带向巷道浅部围岩33的岩壁内破碎带16内扩散，在破碎带16内固结形成注浆封固加固体；当岩壁内破碎带16出现跑浆现象时，利用止浆方法进行止浆；注浆压力达到结束标准时停止注浆，关闭第二截门并候凝；候凝结束后，在孔口处把隔压膨胀注浆器42和渗透注浆管14截断，如图3所示；所述结束标准为2.0-3.0MPa。 

渗透填充到导水裂隙和破碎围岩33的破碎带16内的注浆材料浆液凝结后，对围岩33的破碎带16起到加固作用，把破碎围岩33变成具有一定承压和阻水能力的注浆封固加固体32。 

所述步骤3的止浆方法包括两种： 

方法一，调节注浆材料浆液配比参数，缩短注浆材料浆液的凝固时间； 

方法二，采用在注浆材料浆液中加入少量锯末等细小的骨料，堵塞较大的跑浆空隙，达到止浆的目的。 

如图3所示，所述步骤4的具体步骤如下：用比原钻孔孔径小两级的取芯钻头27钻进扫孔，钻具在膨胀后的隔压渗透注浆器28内透孔钻进并把隔压膨胀注浆器42和渗透注浆管14取出；取出后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料21凝结形成的预留环状止水圈26。 

所述步骤4中出现的预留环状止水圈26用于保持了巷道围岩33破碎带16内钻孔的规则性和完整性，并起到维护孔壁和阻水的作用。 

所述步骤5的具体步骤如下：用与步骤4相同直径的钻头继续钻进到超出套管30的设计深度0.5m处，在钻孔内下入套管30，并按常规的钻孔套管30的封固工艺对套管30进行封固。 

如图4所示，所述步骤5的常规的钻孔套管30的封固工艺以井下仰角钻孔套管30封固工艺为例进行说明：在孔口处套管30和钻孔的环状间隙38内塞入孔口止浆塞31，孔口止浆塞31内预留注浆短管39，注浆短管39外侧依次连接第三压力表40和第四截门22，连接好后，先打开第四截门22和第三截门41，通过第四截门22和注浆短管39向钻孔与套管30环状间隙38内注入套管封固料浆液34，套管封固料浆液34沿套管封固料运行方向37向孔内运移，到达孔底超过套管30底部进入套管30后，套管封固料浆液34从套管接头29和第三截门41流出，等套管封固料浆液34从第三截门41流出后，关闭第三截门41，继续注浆，当注浆压力达到设计值后，关闭第四截门22，候凝。 

如图4所示，所述步骤5的套管封固料浆液34注浆中，套管封固料浆液34对钻孔所揭露的围岩33内第二导水裂隙36进行充填封堵，注浆中要保持一定的注浆压力，使套管封固料浆液34能在第二导水裂隙36中具有一定的扩散距离，以提高套管30封固质量。所述注浆压力一般不超过3.0MPa，并根据岩壁15完整程度和注浆技术要求确定。 

所述步骤6的具体步骤如下：候凝结束后，卸下套管接头29和第三截门41，并清理净套管接头29和第三截门41内的封固材料。在套管30内下入钻具进行扫孔，扫孔深度到钻孔孔底，用清水冲洗钻孔，冲洗干净后，再次安装套管接头29和第三截门41，打开第三截门41，并向套管30内注水，进行套管30封固耐压试验，耐压合格后，卸掉套管接头29和第三截门41，从套管30内下入钻具继续向底层深部钻进。 

实施例： 

某煤矿2005年10月16日开工建设，2010年3月生产运行。设计生产能力240万t/a,服务年限为52.4年，是水文地质条件比较复杂，同时受到高温高压孔隙水和冲击地压威胁比较严重的矿井。巷道掘进或工作面开采中，时常发生突水，给矿井排水造成很大压力。 

该矿胶带上山巷道在掘进中遇到一条落差为2.2m的正断层，由于巷道顶板在断层处为泥岩，顶板冒落，后用U型棚多层支护，巷道采用锚喷支护方式。断层下盘有一个明显涌水点，涌水量为30m³/h。经地质雷达和钻孔探测，巷道围岩33涌水破碎，耐压强度极低，注浆中曾引起巷道局部变形，变形量最高达1.5cm。经水文地质资料显示，涌水含水层原始水压为6.5MPa，注浆堵水前为3.1MPa。 

经地质雷达和钻孔实际揭露探查结果为：锚喷支护体以上有1.2m左右的空洞（分析为巷道支护层与岩层之间的空间），1.2～4.5m范围为极其破碎的泥岩层，长期被涌水浸泡，结构松散，耐压强度低。观察巷道顶板有散装淋水，淋水点分布比较广。钻进中钻孔坍塌、卡钻现象严重；3.5m以上为粉砂岩和泥岩互层，垂向裂隙发育，垂向裂隙内含导水。在实施本发 明前，曾采用对涌水破碎带注浆加固构成注浆阻水岩帽的方法，收效甚微，并曾因为注浆中出现巷道顶板变形、顶板淋水点和涌水量增加现象。 

采用本发明工艺，成功施工了2个钻孔，分别为注1、注2。 

在注1、注2施工中，均通过实施隔压渗透注浆工艺，钻孔安全穿过涌水破碎带，并保证了钻孔套管30的封固质量，为钻孔安全揭露含水层并对含水层注浆提供了安全保障。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (8)

1.巷道破碎涌水围岩内钻孔套管隔压渗透封固注浆装置所采用的注浆工艺，

所述装置包括并在一起的隔压膨胀注浆器和渗透注浆管；隔压膨胀注浆器与渗透注浆管并在一起称之为隔压渗透注浆器；所述装置还包括取芯管、套管、孔口止浆塞和注浆泵；

所述取芯管的一端设有取芯钻头，所述取芯管的另外一端连接异径接头，所述异径接头连接钻杆；

所述套管一端连接套管接头，所述套管接头连接第三截门，所述套管外围焊接套管扶正器；所述套管扶正器用于保证套管位于钻孔的中心，并起到增加套管向外移动阻力的作用；

所述孔口止浆塞上设有注浆短管，所述注浆短管的一端依次连接有第三压力表和第四截门；

所述注浆泵采用低压小泵量注浆泵；

所述隔压膨胀注浆器包括依次连接的隔压膨胀注浆器注浆管接头、第一截门、第一压力表、隔压膨胀注浆器端部、隔压膨胀注浆器注浆管和堵头，所述隔压膨胀注浆器注浆管两端加工成马牙扣，所述隔压膨胀注浆器注浆管的外围包裹一层膨胀布，所述膨胀布的两端通过绑带固定在马牙扣上，所述膨胀布内的隔压膨胀注浆器注浆管上设有若干个溢流孔；

所述渗透注浆管包括依次连接的渗透注浆管接头、第二截门、第二压力表；

其特征是，

所述注浆工艺主要包含以下工作步骤：

步骤1，施工探查钻孔；首先在巷道围岩内施工探查钻孔，探查出巷道围岩内破碎带的厚度；

步骤2，把隔压渗透注浆器送入钻孔内，对隔压膨胀注浆器进行注浆；把隔压膨胀注浆器速凝材料注入到隔压膨胀注浆器注浆管中，隔压膨胀注浆器速凝材料会通过隔压膨胀注浆器注浆管的溢流孔流入膨胀布中，膨胀布膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；停止注浆并候凝；

步骤3，通过渗透注浆管对钻孔进行注浆；注浆材料浆液扩散到导水裂隙中，停止注浆并候凝；

步骤4，扫孔取出隔压膨胀注浆器和渗透注浆管，扫孔后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料形成的预留环状止水圈；

步骤5，继续钻进，在钻孔内下入套管，并封固孔内套管；

步骤6，扫孔，进行套管封固耐压试验，耐压合格后，继续钻进。

2.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，所述步骤1中，钻孔深度要超过巷道破碎围岩进入到完整岩层内至少3m，钻孔孔径要超过钻孔套管直径两个级别。

3.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，所述步骤2的具体步骤如下：把隔压渗透注浆器送入钻孔内，使之位于钻孔的中心位置，并固定好；把隔压膨胀注浆器注浆管接头和高压胶管通过快速接头连接，并把高压胶管另一头和注浆泵连接；打开第一截门，开动注浆泵，用注浆泵把搅拌好的隔压膨胀注浆器速凝材料经隔压膨胀注浆器注浆管接头、第一截门、隔压膨胀注浆器注浆管和溢流孔注入到膨胀布形成的密闭空间内，膨胀布不断胀大，膨胀布被紧紧压在孔壁上；膨胀布膨胀后适应孔壁的不规则表面并和孔壁紧密结合；当注浆压力达到注浆压力设定值时，停止注浆，关闭第一截门并候凝；隔压膨胀注浆器和孔壁之间的摩擦力承受钻孔内的注浆压力，并使注浆压力作用在了深部的较完整岩层上；所述注浆压力设定值为1.5～2.0MPa；所述候凝的时间按照注浆前对隔压膨胀注浆器速凝材料的现场凝固实验确定，所述注浆泵使用低压小泵量注浆泵。

4.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，所述步骤3的具体步骤如下：隔压膨胀注浆器候凝结束后，把渗透注浆管接头连接高压胶管的一端，高压胶管的另一端和注浆泵连接；打开第二截门，开动注浆泵，把搅拌好的注浆材料浆液通过渗透注浆管注入到钻孔裸孔内，一部分注浆材料浆液通过钻孔孔壁较完整岩层内的导水裂隙向周围渗透扩散，并封堵导水裂隙，另一部分注浆材料浆液则通过导水裂隙被涌水携带向巷道浅部围岩的岩壁内破碎带内扩散，当岩壁内破碎带出现跑浆现象时，利用止浆方法进行止浆；注浆压力达到结束标准时停止注浆，关闭第二截门并候凝；候凝结束后，在孔口处把隔压膨胀注浆器和渗透注浆管截断；所述结束标准为2.0-3.0MPa；

渗透充填到导水裂隙和破碎围岩的破碎带内的注浆材料浆液凝结后，对围岩破碎带起到加固作用，把破碎围岩变成具有一定承压和阻水能力的注浆封固加固体；

其中，止浆方法包括两种：

方法一，调节注浆材料浆液配比参数，缩短注浆材料浆液的凝固时间；

方法二，采用在注浆材料浆液中加入少量锯末细小的骨料，堵塞较大的跑浆空隙，达到止浆的目的。

5.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，所述步骤4的具体步骤如下：用比原钻孔孔径小两级的取芯钻头钻进扫孔，钻具在膨胀后的隔压渗透注浆器内透孔钻进并把隔压膨胀注浆器和渗透注浆管取出；取出后，孔内形成一个由隔压膨胀注浆器速凝材料形成的预留环状止水圈。

6.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，

所述步骤5的具体步骤如下：用与步骤4相同直径的钻头继续钻进到超出套管的设计深度0.5m处，在钻孔内下入套管，并按钻孔套管的封固工艺对套管进行封固；

所述步骤5的套管封固料浆液注浆中，套管封固料浆液对钻孔所揭露的孔壁岩石内导水裂隙进行充填封堵，注浆中要保持一定的注浆压力，注浆压力不超过3.0MPa。

7.如权利要求1所述的注浆工艺，其特征是，所述步骤6的具体步骤如下：候凝结束后，打开套管接头和第三截门，并清理净套管接头和第三截门内的封固材料；在套管内下入钻具进行扫孔，扫孔深度到钻孔孔底，用清水冲洗钻孔，冲洗干净后，再次安装套管接头和第三截门，打开第三截门并通过套管注水，进行套管封固耐压试验，耐压合格后，卸掉套管接头和第三截门，继续钻进。

8.如权利要求2所述的注浆工艺，其特征是：注浆材料选择快硬硫铝酸盐水泥，水泥浆配制密度范围控制在1.3-1.5g/cm³。

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