CN104948133B - 一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺。装置部分主要包括：具有注浆端及钻孔端的外部套管，该外部套管的注浆端表面固定连接有多排等距圆锥形套管；外部套管钻孔端固定连接有螺旋筋；外部套管的内部设有内部套管，外部套管的注浆端通过第一封板与内部套管密闭连接，外部套管的钻孔端通过第二封板与内部套管密闭连接；所述外部套管上设有浆液扩散孔，第一封板上设有注浆孔，浆液从注浆孔进入然后从浆液扩散孔流出实现外部套管与外部围岩的粘接固定。

Description

一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺

技术领域

本发明涉及属于煤矿、隧道、大坝等矿山井巷工程、水利水电水工程的水害治理领域，具体的说，是涉及一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺。

背景技术

随着我国煤炭开采进入深部开采阶段，水文地质条件变得越来越复杂。由于我国在煤矿进入深部开采后理论和经验相对不足，导致越来越多的水害问题难以解决。

其中，巷道施工中由于超前探查钻孔、锚杆(索)钻孔时，钻孔极容易导通承压含水层或含导水裂隙，导致钻孔涌水严重。处理高压大流量钻孔出水时通常采用动水注浆的办法，但是在进行注浆时，注浆套管极容易被高压水冲出，无法固定，而且会在孔口处出现严重跑浆、溢浆等现象，严重影响了巷道施工进度，给安全生产带来较大的安全隐患。

因此，如何设计一种装置，来解决上述问题，是本领域技术人员在富水矿井安全高效生产过程中所面对的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺。本装置通过双级套管实现了分段式注浆，在面对涌水情况时可以稳定的通过化学浆液及水泥浆液注浆，实现封堵。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置，包括：

具有注浆端及钻孔端的外部套管，该外部套管的注浆端表面固定连接有多排等距圆锥形套管；

外部套管钻孔端固定连接有螺旋筋；

外部套管的内部设有内部套管，外部套管的注浆端通过第一封板与内部套管密闭连接，外部套管的钻孔端通过第二封板与内部套管密闭连接；

所述外部套管上设有浆液扩散孔，第一封板上设有注浆孔，浆液从注浆孔进入然后从浆液扩散孔流出实现外部套管与外部围岩的粘接固定。

优选的，所述圆锥形套管为三排，浆液扩散孔位于中间的圆锥形套管与两边的圆锥形套管之间。

优选的，所述第一封板为圆形。优选的，所述第二封板为椭圆形，能够减小阻力，便于钻孔端插入。

优选的，所述内部套管凸出于第一封板，且凸出于第一封板的内部套管通过螺纹与螺帽相连接。

优选的，所述内部套管外还设置有内部锥形套管，内部锥形套管的主要起到固定套管和防止跑浆的作用。

优选的，靠近第一封板的圆锥形套管与螺帽之间设有填充物。

优选的，所述填充物为麻线。

本发明还提供了一种利用上述注浆封堵装置的工艺，包括如下步骤：

A、将外部套管插入要进行注浆封堵的钻孔，注浆端余留在钻孔外长度10cm；

B、将装有化学浆液的注浆泵注浆管端头旋入注浆孔，并上紧丝扣；

C、开动化学浆液注浆泵，化学浆液从浆液扩散孔注入到钻孔内，将外部套管和围岩锚固成一个整体；

D、将化学浆液注浆泵移开，将紧固件旋入注浆孔内，防止化学浆液外泄；

E、将装有普通水泥浆液的注浆泵注浆管端头旋入内部套管，并上紧丝扣；

F、开动普通水泥浆液注浆泵对钻孔进行动水注浆，达到设计注浆压力，然后静置；

G、移除注浆管及设备，完成注浆；

H、将外部套管注浆端塞入填充物，最后将螺帽旋入外部套管内部并上紧丝扣。

优选的，上述步骤F中，静置时间为30分钟。

本发明的有益效果是：

(1)圆锥形套管能有效起到初步固定套管和隔离高压流水的作用，通过采用一级化学浆液封堵端部后能大大提高注浆装置的锚固性，解决了钻孔注浆装置易被高压水冲出的难题；

(2)针对高压大流量钻孔动水难以封堵的难题，通过中间设置内部套管，不但可以减小一级化学注浆时高压流水对孔口的压力，而且可以直达钻孔内部，利用二级水泥浆液注浆及时有效封堵钻孔深部围岩裂隙，从而达到成功封堵涌水钻孔的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明装置的俯视图；

其中：1、外部套管；2、内部套管；3、内部锥形套管；4、圆锥形套管；5、浆液扩散孔；6、填充物；7、螺帽；8、第一封板；9、螺旋筋；10、第二封板；11、注浆孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置，其结构如图1-2所示，包括：

具有注浆端及钻孔端的外部套管1，该外部套管1的注浆端表面固定连接有多排等距圆锥形套管4；

外部套管1的钻孔端固定连接有螺旋筋9；

外部套管1的内部设有内部套管2，外部套管1的注浆端通过第一封板8与内部套管2密闭连接，外部套管1的钻孔端通过第二封板10与内部套管2密闭连接；

所述外部套管1上设有浆液扩散孔5，第一封板8上设有注浆孔11，浆液从注浆孔11进入然后从浆液扩散孔5流出实现外部套管1与外部围岩的粘接固定；

所述圆锥形套管4为三排，浆液扩散孔5位于中间的圆锥形套管与两边的圆锥形套管之间，便于化学浆液涌出、粘接。所述第一封板8为圆形。

所述第二封板10为椭圆形，能够减小阻力，便于钻孔端插入。

所述内部套管2凸出于第一封板，且凸出于第一封板8的内部套管2通过螺纹与螺帽7相连接。

所述内部套管2外还设置有内部锥形套管3。

靠近第一封板8的圆锥形套管与螺帽之间设有填充物6，较佳的选择为：填充物6为麻线或其他软质材料。

本实施例还提供了一种利用上述注浆封堵装置的工艺，包括如下步骤：

A、将外部套管1插入要进行注浆封堵的钻孔，注浆端余留在钻孔外长度10cm；

B、将装有化学浆液的注浆泵注浆管端头旋入注浆孔11，并上紧丝扣；

C、开动化学浆液注浆泵，化学浆液从浆液扩散孔5注入到钻孔内，将外部套管1和围岩锚固成一个整体；

D、将化学浆液注浆泵移开，将紧固件旋入注浆孔内，防止化学浆液外泄；

E、将装有普通水泥浆液的注浆泵注浆管端头旋入内部套管2，并上紧丝扣；

F、开动普通水泥浆液注浆泵对钻孔进行动水注浆，达到设计注浆压力，然后静置；

G、移除注浆管及设备，完成注浆；

H、将外部套管1注浆端塞入填充物6，最后将螺帽7旋入外部套管内部并上紧丝扣。

上述步骤F中，静置时间为30分钟。上述步骤中，操作要点是：

1、本装置的圆锥形套管下部剖面的圆形直径制作时一般小于孔径2～3mm，过大时容易导致本发明装置无法全部进入钻孔，过小时起不到固定套管端部和阻止动水流过套管端部

的作用。

2、两个封堵版必须与两个套管焊接密实，防止发生注浆时端头跑浆、溢浆等现象，影响注浆封堵效果。

3、不应过早移除化学浆液注浆泵，应等化学浆液初步凝结时，移除注浆泵，防止化学浆液凝结未凝结从注浆孔溢出，导致端头注浆固定失败。

4、移除化学浆液注浆泵后应及时进行清洗，防止化学浆液凝固堵塞注浆管道。

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、根据钻孔注浆口围岩的破碎程度，可适当增加或减少圆锥形套管的排数以及外部套管开有的圆孔的数量。

7、水泥浆液注浆的压力不应过大或过小，过小会导致水泥浆液无法渗入到钻孔围岩中封闭导水裂隙，过大容易导致一级注浆锚固失败，一般待注浆压力达到含水层水头压力的1.5倍时，停止注浆，关闭注浆阀门。

应用例：

王楼煤矿位于山东省济宁市以南的任城区喻屯镇境内，隶属山东省临矿集团山东东山王楼煤矿有限公司。2013年10月16日，13303采煤工作面上顺槽在掘进过程中，采用钻探的方式确定前方断层产状及含导水性，其中R5钻孔在钻进过程中发生钻孔高压突水现象，钻孔涌水量为105m³/h，矿方立即组织进行注浆封堵工作，但是由于水压高水量大、钻孔围岩破碎等原因导致注浆套管无法固定在孔中，每次都被高压涌水顶出，导致注浆封堵失败，巷道内涌水沿巷道四处蔓延，不仅给工作面的排水增加了压力而且严重影响了行人运输，延误了施工进度。

2013年10月19日，经研究决定采用本发明装置进行注浆封堵工作，通过采用本发明装置，钻孔完全被封死，无钻孔淋水涌出，在煤炭行业目前不景气的前提下大大节约了排水费用，受到了集团公司的推广。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置，其特征在于，包括：

具有注浆端及钻孔端的外部套管，该外部套管的注浆端表面固定连接有多排等距圆锥形套管；

外部套管钻孔端固定连接有螺旋筋；

外部套管的内部设有内部套管，外部套管的注浆端通过第一封板与内部套管密闭连接，外部套管的钻孔端通过第二封板与内部套管密闭连接；

所述外部套管上设有浆液扩散孔，第一封板上设有注浆孔，浆液从注浆孔进入然后从浆液扩散孔流出实现外部套管与外部围岩的粘接固定；

所述圆锥形套管为三排，浆液扩散孔位于中间的圆锥形套管与两边的圆锥形套管之间。

2.根据权利要求1所述的注浆封堵装置，其特征在于，所述第一封板为圆形。

3.根据权利要求1所述的注浆封堵装置，其特征在于，所述第二封板为椭圆形。

4.根据权利要求1所述的注浆封堵装置，其特征在于，所述内部套管凸出于第一封板，且凸出于第一封板的内部套管通过螺纹与螺帽相连接。

5.根据权利要求1所述的注浆封堵装置，其特征在于，所述内部套管外还设置有内部锥形套管。

6.根据权利要求1所述的注浆封堵装置，其特征在于，靠近第一封板的圆锥形套管与螺帽之间设有填充物。

7.根据权利要求6所述的注浆封堵装置，其特征在于，所述填充物为麻线。

8.一种利用权利要求6或7所述的注浆封堵装置的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A、将外部套管插入要进行注浆封堵的钻孔，注浆端余留在钻孔外长度10cm；

B、将装有化学浆液的注浆泵注浆管端头旋入注浆孔，并上紧丝扣；

C、开动化学浆液注浆泵，化学浆液从浆液扩散孔注入到钻孔内，将外部套管和围岩锚固成一个整体；

D、将化学浆液注浆泵移开，将紧固件旋入注浆孔内，防止化学浆液外泄；

E、将装有普通水泥浆液的注浆泵注浆管端头旋入内部套管，并上紧丝扣；

F、开动普通水泥浆液注浆泵对钻孔进行动水注浆，达到设计注浆压力，然后静置；

G、移除注浆管及设备，完成注浆；

H、将外部套管注浆端塞入填充物，最后将螺帽旋入外部套管内部并上紧丝扣。

9.根据权利要求8所述的注浆封堵装置的工艺，其特征在于，步骤F中，静置时间为30分钟。