CN103362117A - 注浆段全段注浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆段全段注浆的方法。该方法包括以下步骤：S1，在钻孔中下入钢管，使钢管的钢花管段位于注浆段，钢管的实管段位于非注浆段，并密封钻孔与实管段之间的空间；S2，间歇地向钢管中注浆，对不同深度地层的进行注浆加固。应用本发明的技术方案，直接向钢管中注入浆液，不需要使用注浆枪，这样就避免了注浆枪无法顺利的提起，而且间歇地向钢管中注入浆液，可以达到以下效果：①克服地压力及孔隙水压力；②间歇注浆方式可以达到注浆段不同强度层位从弱到强逐次被注进浆液，从而达到注浆段全段地层均得到注浆加固；③注浆结束后，孔周围集压的浆液在缓慢释压的过程中，继续向外扩散，扩大了注浆半径。

Description

注浆段全段注浆的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体而言，涉及一种注浆段全段注浆的方法。

背景技术

在煤矿工作面回采时，如果煤层上覆松散砂层较厚，且富水性较强，上覆基岩较薄（厚度小于导水裂隙带），井下就可能发生溃水溃砂的情况。一旦出现这种情况，井下人员及设备将处于极度危险的境地。

为了防止出现这种情况，通常会参照建筑地基注浆加固的原理，在煤层开采前对其上覆松散层进行预注单水泥浆液，用于开采时阻水固砂、砂粒块状塌落，从而保证井下回采安全。

目前，常用的注浆方法有地表袖阀管劈裂注浆、井下注浆等工法。如图1示出了袖阀管（钢管）注浆时钻孔及注浆设备的结构示意图。钻孔内下入钢管20’，在钢管20’中下入注浆管10’，注浆管10’下端设置有注浆抢50’，且非注浆段40’的钻孔壁与钢管20’之间填充有水泥浆，注浆段30’的钻孔壁与钢管20’之间填充有套壳料，图中的箭头示出了浆液的流向。但是，现有的这些方法存在一定的问题，如在对煤层顶板上覆松散岩层（淤积、风积砂等）进行地表袖阀管劈裂式注浆加固时，一旦碰到孔深较大（＞30米）的情况，由于地层压力及孔隙水压力较大，注浆枪注浆一次后，地层围压增大，在注浆枪与袖阀管间将产生较大摩擦力，导致注浆枪无法顺利的提起，袖阀管分层注浆工艺不能完成注浆任务。另外，孔深增大时，袖阀管势必发生弯曲变形，注浆枪有时也不能顺利下入孔底。而井下注浆相比地面注浆而言，材料、设备、人员运输不便，不利于大面积施工，生产效率低下，施工时会不同程度影响井下的正常生产。

发明内容

本发明旨在提供一种注浆段全段注浆的方法，以解决现有技术中当孔深较大时，袖阀管劈裂注浆难以完成注浆任务的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种注浆段全段注浆的方法。该方法包括以下步骤：S1，在钻孔中下入钢管，使钢管的钢花管段位于注浆段，钢管的实管段位于非注浆段，并密封钻孔与实管段之间的空间；S2，间歇地向钢管中注浆，对不同深度地层的进行注浆加固。

进一步地，步骤S2中间歇地向钢管中注浆包括：S21，向钢管中注浆，当注浆压力为4.5～5MPa时，暂停向钢管中注浆4～6小时；S22，重复步骤S21直至注浆段单孔注浆量达到设计要求。

进一步地，采用注浆泵向钢管中注浆，注浆泵平稳注浆过程中的注浆压力为1.5～2.5MPa。

进一步地，注浆所用的浆液包括质量比为1：0.5～1的水和水泥。

进一步地，单次注浆浆液浓度随着注浆时间逐渐增加。

进一步地，浆液中添加质量含量为1～5‰的三乙醇胺、聚丙稀铣胺。

进一步地，钢管的外径为33.5mm，内径25.4mm。

进一步地，钢花管段为自来水管打眼制成，钢花管段的花眼直径为4.5～5.5mm。

进一步地，花眼呈“梅花型”均匀布置于钢管表面。

进一步地，密封钻孔与钢管的实管段之间的空间包括：将注浆段与非注浆段之间用止浆塞密封，止浆塞以上用水泥砂浆密封。

应用本发明的技术方案，直接向钢管中注入浆液，不需要使用注浆枪，这样就避免了注浆枪无法顺利的提起，而且间歇地向钢管中注入浆液，可以达到以下效果：①克服地压力及孔隙水压力，使浆液向孔周围地层缓慢运移；②间歇注浆方式可以达到注浆段不同强度层位从弱到强逐次被注进浆液，从而达到注浆段全段地层均得到注浆加固；③注浆结束后，孔周围集压的浆液在缓慢释压的过程中，继续向外扩散，扩大了注浆半径。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中袖阀管注浆时钻孔及注浆设备的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明的注浆段全段注浆的钻孔及注浆设备的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种注浆段全段注浆的方法。该方法包括以下步骤：S1，在钻孔中下入钢管20，使钢管20的钢花管段位于注浆段30，钢管20的实管段位于非注浆段40，并密封钻孔与实管段之间的空间；以及S2，间歇地向钢管20中注浆，对不同深度地层的进行注浆加固（如图2所示）。

应用本发明的技术方案，直接向钢管中注入浆液，不需要使用注浆枪，这样就避免了注浆枪无法顺利的提起，而且间歇地向钢管中注入浆液，可以达到以下效果：①克服地压力及孔隙水压力，使浆液向孔周围地层缓慢运移；②间歇注浆方式可以达到注浆段不同强度层位从弱到强逐次被注进浆液，从而达到注浆段全段地层均得到注浆加固；③注浆结束后，孔周围积压的浆液在缓慢释压的过程中，继续向外扩散，扩大了注浆半径。

现有袖阀管注浆工法中，在袖阀管内下入注浆钢管（实管）作为导管，在钢管前段安装注浆枪，注浆枪内的浆液通过袖阀管上的花眼以劈裂的方式穿过袖阀管外的套壳料后注入钻孔周围地层。注浆枪与导管注完一段地层后可上提一次继续注另一段地层。这种工艺在孔深增大、地压力增大、孔隙水压力增大的情况下，注浆枪与袖阀管的摩擦力将增加很快，注完一段地层以后将无法上提。本发明在注浆段全段采用钢花管直接向地层注浆的设计，减少了注浆过程中提管的工序，减小了孔深、地压力、孔隙水压力对注浆作业的影响。

注浆时，在压力一定的情况下，浆液会先进入软弱地层或空隙，本发明的技术方案就是利用这一特点，，采用注浆段全段、多次注浆的间歇式注浆方式进行注浆，优选地，步骤S2中间歇地向钢管20中注浆包括：S21，向钢管20中注浆；当注浆压力为4.5～5MPa时，暂停向钢管20中注浆4～6小时；S22，重复步骤S21直至注浆段30单孔注浆量达到设计要求。此处单孔注浆量的设计要求是本领域技术人员根据地层的吸浆性能、本领域的常规方法进行试验或经验确定的。该法避免了袖阀管分层注浆过程中自孔底向上逐层提枪的繁琐程序，提高了工作效率，同时也拓宽了袖阀管注浆工艺的应用。

一般水泥的终凝时间不得超过6小时，两次注浆间歇4～6个小时是为了下一次注浆时上一次注入地层的水泥浆液已大致处于终凝状态，下一次注浆进入地层的浆液相应进入下一次的注浆段，实现了向不同层位注浆的目的。

优选地，采用注浆泵向钢管20中注浆，注浆泵平稳注浆过程中的注浆压力为1.5～2.5MPa，即注浆开始时注浆压力为1.5～2.5MPa（此值由经验确定）保持平稳注浆，保证地层空隙尽量充分地被水泥浆液充填；停泵压力达到设计的停泵压力（此值可以由注浆扩散半径的检验及现场经验来判定），一般取值4.5～5MPa。优选地，注浆所用的浆液包括质量比为1:0.5～1的水和水泥，利用水泥作为浆液的主料，主要是考虑到水泥颗粒进入沙层后对地层的加固效果相比其他材料（比如粘土或其他化学成分材料等）的浆液更好。单次注浆浆液浓度随着注浆时间逐渐增加，即先稀后稠，这样有利于灌浆质量的提高。根据地层吸浆情况可以在浆液中添加质量含量为1～5‰的三乙醇胺、聚丙稀铣胺等辅料，以提高浆液凝固的可控性。

本发明所采用的钢管20包括钢花管段和实管段，优选地，钢管20的外径为33.5mm，内径25.4mm，可采用“1寸”自来水铁管，易于加工和采购。

优选地，钢花管段为自来水管打眼制成，制作过程简便，成本低。

优选地，密封钻孔与钢管20的实管段之间的空间包括：将注浆段30与非注浆段之间用止浆塞60密封，止浆塞60以上用水泥砂浆密封。止浆塞60的材质可以为铁质材料外裹柔性材料。铁质材料可用圆形中空铁制托盘，易于采购；柔性材料直接利用废水泥袋，便于就地取材。

本发明的技术方案，经过在神东矿区的生产实践，60米左右孔深条件下的砂层注浆效果良好。

利用该技术方案已在神东矿区完成了三个煤矿综采工作面的煤层松散层顶板注浆加固工程。三个工作面的薄基岩区经过注浆加固后，回采时顺利通过，未发生顶板溃水溃砂事故，证明了该方案可行，技术合理，易于操作，效果良好。现以石圪台煤矿22401工作面松散层注浆工程为例，对利用本发明对松散沙层进行注浆加固中的一些方案细节作简单介绍。

共施工注浆钻孔502个，单孔最大孔深65.6m，最小深度44.2m，平均深度46.3m。单孔注浆段高度最大20.4m，最小6.4m，平均18.18m。

水泥浆组分质量比为1:0.5～1的水：水泥，在大孔深、大孔隙率地层的区域，浆液中添加3%的三乙醇胺，增加浆液的流动性。

注浆钢管采用“1寸”自来水铁管制作，钢花管段的花眼直径为5mm，间距50mm，呈“梅花型”布置。“梅花型”布置是指花眼隔一布一的排布方式，相邻排的花眼错开分布。

每次开始注浆后根据地层的吸浆情况调整泵量，使注浆压力维持在2MPa左右，一般几分钟后压力可达到4.5～5MPa，停泵。待4～6小时候进行第二轮注浆，第二轮注浆的原则是：若压力达不到4.5MPa以上，则继续注；若压力达到4.5～5MPa，则停止注浆。重复多次（一般3～4次，个别孔只能注1次，因为第2次注浆一开始压力就大于5MPa，而减小泵量压力仍然不减；而个别孔则需要注6次，因为第7次注浆一开始压力才会大于5MPa，而减小泵量压力仍然不减），直至必须用大于5MPa压力才能注进浆液时停止注浆，该孔注浆完成。

注浆孔在平面上呈“梅花型”布置，孔间距6m。注浆完成后一个星期左右，在相邻三孔（呈三角形）的中间施工注浆效果检查孔时发现，水泥浆液呈条带状、结核状、块状凝固于沙层岩芯中。岩芯风干后较未注浆时的岩芯强度有较大提高，而未注浆的岩芯中沙呈松散状，注浆后岩芯则成整块状，手捏不碎，拿在手上有重感。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种注浆段全段注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在钻孔中下入钢管（20），使所述钢管（20）的钢花管段位于注浆段（30），所述钢管（20）的实管段位于非注浆段（40），并密封所述钻孔与所述实管段之间的空间；

S2，间歇地向所述钢管（20）中注浆，对不同深度的地层进行注浆加固。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中间歇地向所述钢管（20）中注浆包括：

S21，向所述钢管（20）中注浆，当注浆压力为4.5～5MPa时，暂停向所述钢管（20）中注浆4～6小时；

S22，重复所述步骤S21直至所述注浆段（30）单孔注浆量达到设计要求。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用注浆泵向所述钢管（20）中注浆，所述注浆泵平稳注浆过程中的注浆压力为1.5～2.5MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注浆所用的浆液包括质量比为1：0.5～1的水和水泥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，单次注浆浆液浓度随着注浆时间逐渐增加。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浆液中添加质量含量为1～5‰的三乙醇胺、聚丙稀铣胺。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢管（20）的外径为33.5mm，内径25.4mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢花管段为自来水管打眼制成，所述钢花管段的花眼直径为4.5～5.5mm。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述花眼呈“梅花型”均匀布置于钢管表面。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，密封所述钻孔与所述钢管（20）的实管段之间的空间包括：将所述注浆段（30）与非注浆段之间用止浆塞（60）密封，所述止浆塞（60）以上用水泥砂浆密封。

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