CN104481452B - 一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法，脉动注浆泵启用“先高频大流量，后低频低压力”的脉动参量进行注浆，通过在堵头内端设置消波阻尼装置可消除脉动应力波对堵头的疲劳损伤作用，有效防止浆液从聚氨酯堵头中漏出，提高了聚氨酯堵头密封的成功率；先利用高频脉冲注浆使浆液快速填充钻孔封孔段空间和钻孔周围的大裂隙，后通过低频脉冲注浆对煤体产生交变载荷，增大浆液在煤体微裂隙和孔隙中的渗透能力，使浆液渗透均匀，扩大浆液渗透半径，实现对钻孔周围裂隙和孔隙的有效封堵，可显著提高瓦斯抽采效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法，属于煤矿井下钻孔封孔及区域瓦斯治理技术，适用于在煤层动力现象较严重和钻孔周围裂隙较多的区域的钻孔内进行封孔作业。
背景技术
我国大部分煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在100亿以上。煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯事故已成为我国煤矿灾害中危害最大的自然灾害之一，在治理煤矿瓦斯问题的过程中，瓦斯抽采是最有效的措施之一。长期以来，大部分矿区瓦斯抽采效果一直不理想，其中约有65％的回采工作面顺层钻孔的预抽瓦斯浓度低于30％，而钻孔密封质量差是造成抽采效果差的主要原因。
巷道开挖后，围岩应力重新分布，根据巷道周围的煤体应力的不同可依次分为应力降低区、峰后应力升高区、峰前应力升高区和原岩应力区，其中应力降低区和峰后应力升高区的煤体所受应力大于强度极限，煤体破碎，裂隙发育丰富。带压注浆封孔是一种能有效封堵钻孔周围裂隙的封孔技术，以一定压力将浆液材料压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间及周围孔壁煤体扰动裂隙内部，浆液在注浆压力作用下，可以劈裂、扩展孔壁内煤体裂隙，充填孔隙和煤体凹凸面。但常规注浆技术需要高压力、大流量浆液压注裂隙，高压浆液会沿钻孔周围的主裂隙的方向流动，无法控制压注方向，难以促使浆液渗透均匀，且易造成两端堵头漏浆、冲出。因此，为了解决以上瓦斯抽采钻孔的带压封孔技术难题，急需寻求全新的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，以满足煤矿井下带压注浆封孔的要求。
发明内容
发明目的：针对已有带压注浆封孔技术中存在的浆液渗透不均匀、堵头易漏浆等问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、成本低、效果好的变频脉动式注浆钻孔封孔方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法，包括如下步骤：
(a)向煤体施工钻孔，在距离瓦斯抽采管前端l1长度处捆绑第一批聚氨酯反应袋，同时在第一批聚氨酯反应袋外侧安装第一个消波阻尼装置；挤压第一批聚氨酯反应袋，待第一批聚氨酯反应袋充分混合后，将瓦斯抽采管连同第一批聚氨酯反应袋和第一个消波阻尼装置一起送入钻孔内；
(b)在续接瓦斯抽采管前端安装第二个消波阻尼装置，并将注浆管穿过第二个消波阻尼装置，使得注浆管前端超出第二个消波阻尼装置l2长度，同时在第二个消波阻尼装置外侧绑定第二批聚氨酯反应袋；挤压第二批聚氨酯反应袋，待第二批聚氨酯反应袋充分混合后，将续接瓦斯抽采管连同注浆管、第二个消波阻尼装置和第二批聚氨酯反应袋一起送入钻孔内，将续接瓦斯抽采管续接在瓦斯抽采管上，第二批聚氨酯反应袋距离钻孔孔口的距离为l3长度；
(c)连接注浆系统，具体为：注浆桶依次通过脉动注浆泵和注浆软管与注浆管连接；在注浆软管上设置有溢流阀、压力表、流量表、单向阀和注浆管阀门，溢流阀的溢流口通过溢流管返回注浆桶；变频器通过电缆与脉动注浆泵连接，通过变频器控制脉动注浆泵工作；
(d)注浆工作，具体为：打开注浆阀门，开启并调节变频器，使得输出频率为a1，启动脉动注浆泵，控制溢流阀使得输出流量为c，通过注浆管向第一个消波阻尼装置和第二个消波阻尼装置之间注入水泥浆液，观测压力表，当压力表示数发生突变时，关闭脉动注浆泵暂停注浆；调节变频器，使得输出频率为a2，继续启动脉动注浆泵，控制溢流阀使得输出压力为d，通过注浆管继续向第一个消波阻尼装置和第二个消波阻尼装置之间注入水泥浆液，观测流量表，当流量表示数持续不变并稳定时间达到3min以上时，关闭变频器、脉动注浆泵和注浆阀门，完成注浆封孔过程；a1＞a2。
在上述方法中，关于l1、l2和l3的数值可以根据实际情况确定，为了提高注浆的成功率和节约成本，设计l1＝l2＝l3＝1m。
所述步骤(d)中，先采用高频脉冲注浆使水泥浆液快速填充钻孔封孔段空间和钻孔周围的大裂隙，后通过低频脉冲注浆使水泥浆液均匀渗透到钻孔周围煤体的微裂隙和孔隙；根据大量现场试验的总结经验，设计a1＝10～15Hz，a2＝1～3Hz，c＝80L/min，d＝0.8～1MPa。
为了防止钻孔漏气，保证合理有效的封孔长度，所述第一个消波阻尼装置和第二个消波阻尼装置之间的间距为13m。
所述第一个消波阻尼装置和第二个消波阻尼装置的结构相同，均包括两个避震器，两个避震器之间通过活塞杆连接，在活塞杆上套设有弹簧。考虑到消波阻尼装置的有效性和操作施工的便捷性，设计第一个消波阻尼装置和第二个消波阻尼装置的厚度(不受外力情况下，两避震器之间的间距及两避震器的厚度之和)为1m。
有益效果：本发明提供的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，脉动注浆泵启用“先高频大流量，后低频低压力”的脉动参量进行注浆，通过在堵头内端设置消波阻尼装置可消除脉动应力波对堵头的疲劳损伤作用，有效防止浆液从聚氨酯堵头中漏出，提高了聚氨酯堵头密封的成功率；利用先高频脉冲注浆使浆液快速填充钻孔封孔段空间和钻孔周围的大裂隙，通过后低频脉冲注浆对煤体产生交变载荷，增大浆液在煤体微裂隙和孔隙中的渗透能力，使浆液渗透均匀，扩大浆液渗透半径，实现对钻孔周围裂隙和孔隙的有效封堵，可显著提高瓦斯抽采效果。
附图说明
图1为本发明的变频脉动式注浆钻孔封孔方法的实施例示意图；
图2为本发明的消波阻尼装置的示意图；
图中：1－注浆桶，2－变频器，3－电缆，4－脉动注浆泵，5－溢流阀，6－压力表，7－流量表，8－单向阀，9－注浆软管，10—注浆管阀门，11－注浆管，12－瓦斯抽采管，13－第二批聚氨酯反应袋，14－水泥浆液，15－第一批聚氨酯反应袋，16－钻孔，17－第二个消波阻尼装置，18－第一个消波阻尼装置，19－避震器，20－活塞杆，21－弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法的应用示例图，包括如下步骤：
(a)向煤体施工钻孔16，在距离瓦斯抽采管12前端l1＝1m处捆绑第一批聚氨酯反应袋15，同时在第一批聚氨酯反应袋15外侧安装第一个消波阻尼装置18；挤压第一批聚氨酯反应袋15，待第一批聚氨酯反应袋15充分混合后，将瓦斯抽采管12连同第一批聚氨酯反应袋15和第一个消波阻尼装置18一起送入钻孔16内；
(b)在续接瓦斯抽采管12前端安装第二个消波阻尼装置17，并将注浆管11穿过第二个消波阻尼装置17，使得注浆管11前端超出第二个消波阻尼装置17l2＝1m，同时在第二个消波阻尼装置17外侧绑定第二批聚氨酯反应袋13；挤压第二批聚氨酯反应袋13，待第二批聚氨酯反应袋13充分混合后，将续接瓦斯抽采管12连同注浆管11、第二个消波阻尼装置17和第二批聚氨酯反应袋13一起送入钻孔16内，将续接瓦斯抽采管12续接在瓦斯抽采管12上，第二批聚氨酯反应袋13距离钻孔16孔口的距离为l3＝1m，第一个消波阻尼装置18和第二个消波阻尼装置17之间的间距为13m；
(c)连接注浆系统，具体为：注浆桶1依次通过脉动注浆泵4和注浆软管9与注浆管11连接；在注浆软管9上设置有溢流阀5、压力表6、流量表7、单向阀8和注浆管阀门10，溢流阀5的溢流口通过溢流管返回注浆桶；变频器2通过电缆3与脉动注浆泵4连接，通过变频器2控制脉动注浆泵4工作；
(d)注浆工作，具体为：打开注浆阀门10，开启并调节变频器2，使得输出频率为a1＝10～15Hz，启动脉动注浆泵4，控制溢流阀5使得输出流量为c＝80L/min，通过注浆管11向第一个消波阻尼装置18和第二个消波阻尼装置17之间注入水泥浆液14，观测压力表6，当压力表6示数发生突变时，关闭脉动注浆泵4暂停注浆；调节变频器2，使得输出频率为a2＝1～3Hz，继续启动脉动注浆泵4，控制溢流阀5使得输出压力为d＝0.8～1MPa，通过注浆管11继续向第一个消波阻尼装置18和第二个消波阻尼装置17之间注入水泥浆液14，观测流量表7，当流量表7示数持续不变并稳定时间达到3min以上时，关闭变频器2、脉动注浆泵4和注浆阀门10，完成注浆封孔过程。
如图2所示，所述第一个消波阻尼装置18和第二个消波阻尼装置17的结构相同，厚度均为1m，均包括两个避震器19，两个避震器19之间通过活塞杆20连接，在活塞杆20上套设有弹簧21。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)向煤体施工钻孔(16)，在距离瓦斯抽采管(12)前端l1长度处捆绑第一批聚氨酯反应袋(15)，同时在第一批聚氨酯反应袋(15)外侧安装第一个消波阻尼装置(18)；挤压第一批聚氨酯反应袋(15)，待第一批聚氨酯反应袋(15)充分混合后，将瓦斯抽采管(12)连同第一批聚氨酯反应袋(15)和第一个消波阻尼装置(18)一起送入钻孔(16)内；
(b)在续接瓦斯抽采管(12)前端安装第二个消波阻尼装置(17)，并将注浆管(11)穿过第二个消波阻尼装置(17)，使得注浆管(11)前端超出第二个消波阻尼装置(17)l2长度，同时在第二个消波阻尼装置(17)外侧绑定第二批聚氨酯反应袋(13)；挤压第二批聚氨酯反应袋(13)，待第二批聚氨酯反应袋(13)充分混合后，将续接瓦斯抽采管(12)连同注浆管(11)、第二个消波阻尼装置(17)和第二批聚氨酯反应袋(13)一起送入钻孔(16)内，将续接瓦斯抽采管(12)续接在瓦斯抽采管(12)上，第二批聚氨酯反应袋(13)距离钻孔(16)孔口的距离为l3长度；
(c)连接注浆系统，具体为：注浆桶(1)依次通过脉动注浆泵(4)和注浆软管(9)与注浆管(11)连接；在注浆软管(9)上设置有溢流阀(5)、压力表(6)、流量表(7)、单向阀(8)和注浆管阀门(10)，溢流阀(5)的溢流口通过溢流管返回注浆桶(1)；变频器(2)通过电缆(3)与脉动注浆泵(4)连接，通过变频器(2)控制脉动注浆泵(4)工作；
(d)注浆工作，具体为：打开注浆阀门(10)，开启并调节变频器(2)，使得输出频率为a1，启动脉动注浆泵(4)，控制溢流阀(5)使得输出流量为c，通过注浆管(11)向第一个消波阻尼装置(18)和第二个消波阻尼装置(17)之间注入水泥浆液(14)，观测压力表(6)，当压力表(6)示数发生突变时，关闭脉动注浆泵(4)暂停注浆；调节变频器(2)，使得输出频率为a2，继续启动脉动注浆泵(4)，控制溢流阀(5)使得输出压力为d，通过注浆管(11)继续向第一个消波阻尼装置(18)和第二个消波阻尼装置(17)之间注入水泥浆液(14)，观测流量表(7)，当流量表(7)示数持续不变并稳定时间达到3min以上时，关闭变频器(2)、脉动注浆泵(4)和注浆阀门(10)，完成注浆封孔过程；a1＞a2。
2.根据权利要求1所述的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：l1＝l2＝l3＝1m。
3.根据权利要求1所述的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：所述步骤(d)中，a1＝10～15Hz，a2＝1～3Hz，c＝80L/min，d＝0.8～1MPa。
4.根据权利要求1所述的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：所述第一个消波阻尼装置(18)和第二个消波阻尼装置(17)之间的间距为13m。
5.根据权利要求1所述的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：所述第一个消波阻尼装置(18)和第二个消波阻尼装置(17)的结构相同，均包括两个避震器(19)，两个避震器(19)之间通过活塞杆(20)连接，在活塞杆(20)上套设有弹簧(21)。
6.根据权利要求5所述的变频脉动式注浆钻孔封孔方法，其特征在于：所述第一个消波阻尼装置(18)和第二个消波阻尼装置(17)的厚度为1m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 221116 Research Institute of China University of Mining and Technology,, Jiangsu Applicant after: China University of Mining & Technology Address before: 221116 Research Institute, China University of Mining and Technology, Xuzhou University, Jiangsu, China, Applicant before: China University of Mining & Technology |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |