CN104989424A - 一种采空区快速注浆系统的注浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采空区快速注浆系统的注浆工艺。采空区快速注浆系统包括制浆装置、洗孔装置、初注装置、复注装置和浆液面控制装置，注浆工艺基于采空区快速注浆系统采用如下步骤：施工注浆钻孔；制浆；洗孔；注浆，每一层所需治理采空区均需经初注和复注两个过程；封孔。本发明对单层采空区采用“一次成孔、全孔注浆”工艺、对多层采空区采用“一次成孔、上行式分段注浆”工艺，每层采空区治理过程中分初注和复注两个阶段，在保证工程质量的前提下大大提高了注浆效率。

Description

一种采空区快速注浆系统的注浆工艺

技术领域

本发明涉及采空区注浆领域，尤其是一种采空区快速注浆系统的注浆工艺。

背景技术

随着我国城镇化、工业化进程的加快，以及交通路网等基础设施建设密度的逐年增大，可供利用土地资源日益减少，许多煤矿采空区逐渐被列为工业和民用建设场地，致使一些地区的公路、铁路、桥梁、隧道工程、商品房等建(构)筑物不得不建在采空区上或穿越采空区而建。

在地表建(构)筑物载荷及其他外力作用扰动下，有可能打破冒裂带岩体的相对平衡状态，重新活化采空区，产生应力再分布、导致地表产生附加移动和变形，进而导致地表建(构)筑物沉降、局部开裂、倾斜甚至倒塌等灾害的发生，严重影响和危害着采空区上方建(构)筑物的规划、施工建设和安全运营，因此若想在采空区上方新建建(构)筑物，必须对其进行治理。

当前对于采空区地基处理的措施主要有：全部充填采空区、局部支撑覆岩或地面构筑物、注浆加固和强化采空区围岩结构及预先释放老采空区沉降潜力4种。因老采空区埋深不一，部分老采空区时间久远、已经闭坑等原因，注浆加固和强化采空区围岩结构成为适用范围最广、治理效果最好的技术措施。

现有的采空区注浆系统泵送设备单一，只是使用泥浆泵，而泥浆泵泵送能力小，致使工期较长。现有采空区注浆工艺：对于单层采空区采用“一次成孔、全孔注浆”工艺；对于多层采空区有“分段成孔、下行式分段注浆”和“一次成孔、上行式分段注浆”两种工艺。若多层采空区采用“分段成孔、下行式分段注浆”工艺，因需待上层采空区浆液凝固后再用钻机扫孔并钻进至下一层采空区治理位置，因此存在工期长、费用高的问题。

发明内容

针对现有采空区注浆中存在的问题，提出了一种采空区快速注浆系统的注浆工艺。本发明在保证工程质量的前提下大大提高了注浆效率。

本发明采用如下技术方案：

一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，所述采空区快速注浆系统包括制浆装置、洗孔装置、初注装置、复注装置和浆液面控制装置，所述制浆装置用于制取注浆浆液，洗孔装置用于清洗钻孔，初注装置和复注装置用于注入浆液，浆液面控制装置用于控制初注过程中浆液面高度；

所述洗孔装置连接有水池，初注装置和复注装置分别连通制浆装置，浆液面控制装置的探头随初注装置的钢管深入注浆钻孔并实时检测初注过程中的液面高度，所述注浆工艺基于采空区快速注浆系统采用如下步骤：

(1)施工注浆钻孔；

(2)制浆，根据浆液配比调节螺旋给料机和第一皮带输送机的变频调速器及第一供水管上流量控制阀配制出满足要求的纯水泥浆和纯粉煤灰浆，然后将纯水泥浆和纯粉煤灰浆经出浆管输送至搅拌池进行二级搅拌，最终制出满足配比的浆液；

(3)洗孔，将止浆塞下放至采空区上部完整基岩或套管内，通过洗孔装置对该注浆管进行洗孔清洗岩粉封堵的空隙和裂隙，有利于浆液的扩散和浆液与岩石的胶结；

(4)注浆，每一层所需治理采空区均需经初注和复注两个过程，其中

初注：将钢管与浆液面控制装置的探头一同下至预定位置，按浆液由稀到稠的顺序，利用初注装置将其注入采空区，按一定比例向浆液中添加骨料，当浆液面达到预定位置时，浆液面控制装置工作，控制电路导通，自动切断混凝土输送泵电源，初注工序完成，起拔钢管，进入复注工序；

复注：将止浆塞下至所需治理采空区上部顶板完整基岩段，利用复注装置将浆液注入采空区空隙，直至达到终孔标准后，停止注浆；

(5)当所需治理范围内有两层及两层以上采空区时，采用“一次成孔、上行式分段注浆”，需重复步骤(3)和(4)，直至所有采空区处理完；当所需治理范围内仅有一层采空区需要治理时，采用“一次成孔、全孔注浆”，执行步骤(6)；

(6)封孔，待注浆完毕后用水固比1∶2的纯水泥浆封孔至地表。

优选地，所述步骤(1)中钻孔包括如下步骤：

①定点，采用RTK(实时动态载波相位差分技术)或采用经纬仪或全站仪按照钻孔设计坐标实地放样，误差不得超过10cm；

②安装钻机，根据放样孔位，平整施工平台、安设钻机；

③成孔，钻孔开孔孔径不小于Φ130mm，钻孔穿过松散层钻进至完整基岩5m后下套管，并用水泥砂浆固管护壁，孔口管固结后进行压水试验，其最大压力不低于3MPa，保证不窜浆，为缩短凝结时间和施工周期可在水泥砂浆中加入水泥比重3％～5％的速凝剂，之后再向下钻进孔径不小于Φ110mm的钻孔至所需治理最深一层采空区底板以下2m终孔，钻孔过程中应每50m测斜一次，要求孔斜不大于1°，且钻进过程中应对“掉钻”、“进尺快”、“不返风”等异常情况做好记录。

优选地，所述步骤(2)中满足配比的浆液可分为三级，分别为第一级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1.2∶1)、第二级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1∶1)和第三级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝0.8∶1)。

优选地，所述步骤(3)中洗孔的冲洗压力为注浆压力的80％，且不大于1MPa，冲洗时间为5～10min；

当流量大于100L/min时，可停止冲洗并起拔洗孔装置；

对于遇水易软化岩层的钻孔或钻孔施工过程中“掉钻”的钻孔可不进行洗孔。

优选地，所述步骤(4)中按浆液由稀到稠的顺序：先注第一级浆液、再注第二级浆液、最后注第三级浆液。

优选地，所述步骤(4)中向浆液中添加骨料的方法为：骨料经第二装载机转运至第二下料斗中，后经第二皮带输送机均匀输送至混凝土输送泵的料斗中，骨料与浆液经混凝土输送泵自有搅拌装置搅拌均匀后，经混凝土输送泵泵送至采空区；在添加骨料的过程中，调节第二皮带输送机的变频调速器，控制骨料的添加比例。

优选地，所述步骤(4)中复注的终孔标准为达到注浆压力且单位注浆量小于一定值，并稳定一定时间以上；

所述一定值为70L/min；

所述一定时间为15～30min。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

1、本发明采用混凝土输送泵与泥浆泵配合的方式，即利用了混凝土输送泵泵送能力大，又利用了泥浆泵泵压大、泵压稳定的优点，在保证工程质量的前提下大大提高了注浆效率；

2、本发明将传统骨料添加工艺的添加地点由孔口改为制浆站，通过管道输送至采空区，大大减少了“搬家”次数，且不受地形起伏变化的影响；

3、本发明对多层采空区采用“一次成孔、上行式分段注浆”工艺，与“分段成孔、下行式分段注浆”工艺相比，大大减少了钻孔工程量，缩短了工期。

附图说明

图1为采空区快速注浆系统示意图；

图2为变径结构示意图；

图3为连接件结构示意图；

图4为浆液面控制装置示意图；

图5为浆液面控制装置探头结构示意图；

图6为浆液面控制装置线缆盘电路示意图；

图7为浆液面控制装置电路示意图。

附图标记说明：11、水泥仓，12、螺旋给料机，13、水池，14、制浆机，15、第一供水管，16、出浆管，17、搅拌池，18、第一皮带输送机，19、第一下料斗，110、第一装载机，111、粉煤灰，21、初注泥浆泵，22、供料管，23、混凝土输送泵，24、混凝土输送泵管，25、变径，251、进气口，26、钢管，27、第二皮带输送机，28、第二下料斗，29、第二装载机，210、骨料，31、进料管，32、复注泥浆泵，33、高压胶管，34、连接件，35、注浆钢管，36、止浆塞，341、三通，342、压力表缓冲器，343、压力表，344、截止阀，41、第二供水管，42、洗孔泥浆泵，1、第四系，2、完整基岩，3、裂隙带，4、冒落带，5、底板，6、注浆钻孔，7、浆液面控制装置，71、固定支架，72、线缆盘，73、侧板，74、电池仓，75、插座，76、侧板固定螺丝，77、通心杆，78、摇把，79、探头，710、钢丝绳，711、两芯导线，712、电源，713、升压电路，714、警示灯，715、继电器，791、吊环，792、探头帽，793、第一电极，794、探头主体，795、金属导片，796、限位板，797、通气孔，798、传动杆，799、探头壳，7910、浮体，7911、第二电极，7912、绝缘体。

具体实施方式

结合附图1至7对本发明的具体实施方式做进一步说明：

一种采空区快速注浆系统，包括制浆装置、洗孔装置、初注装置、复注装置和浆液面控制装置7，制浆装置用于制取注浆浆液，洗孔装置用于清洗钻孔，初注装置和复注装置用于注入浆液，浆液面控制装置7用于控制初注过程中浆液面高度；洗孔装置连接有水池，初注装置和复注装置分别连通制浆装置，浆液面控制装置的探头79随初注装置的钢管26深入注浆钻孔6并实时检测初注过程中浆液面高度。

其中地层由上往下依次为第四系1、完整基岩2、裂隙带3、冒落带4、底板5。

制浆装置包括搅拌池，搅拌池17数量为若干，以防止泵送设备出现故障时，造成水泥粉煤灰浆无处盛放。搅拌池的两侧分别连接有两台制浆机，制浆机比搅拌池高，制浆机是安装在一个高台上，两者具有一定的高差(制浆机的底面比搅拌池的顶面高)，这样方便浆液流入搅拌池。两台制浆机分别通过第一供水管15连接水池13，第一供水管15上安装有流量计及流量控制阀，以控制供水量从而控制浆液的配比；其中一台制浆机上方悬置有螺旋给料机12，螺旋给料机12连接有水泥仓，水泥仓11与螺旋给料机12通过球铰法兰刚性连接；另一台制浆机上方悬置有第一皮带传送机18，第一皮带传送机18上安装有第一下料斗19，第一下料斗19内有粉煤灰111，第一下料斗19优选带有搅拌装置的，以防止粉煤灰111堵在出料口。螺旋给料机12和第一皮带输送机18安装有变频调速器，由其控制转速。制浆机14的额定工作能力应与整个注浆系统的泵送能力相匹配。

洗孔装置包括洗孔泥浆泵42、连接件34和注浆钢管35，洗孔泥浆泵42的进浆口通过第二供水管41连接水池13，洗孔泥浆泵42的出浆口通过高压胶管33连接连接件34，高压胶管33采用2寸两层钢丝高压胶管，高压胶管33数量为若干，高压胶管33之间通过高压胶管接头连接，可以铺设到注浆钻孔处。连接件34连接注浆钢管35，注浆钢管35通过注浆钻孔深入采空区岩层，注浆钢管35的端部螺纹连接有止浆塞36。洗孔泥浆泵42采用BW250型泥浆泵，在靠近洗孔泥浆泵42出浆口的高压胶管33上安装有流量计，以实时监控水流量。

连接件34包括两个串接的三通341，其中一个三通的一端连接高压胶管33，另一端通过压力表缓冲器342连接有压力表343；另一个三通的一端连接注浆钢管35，另一端连接有截止阀344。注浆钢管35数量若干，注浆钢管35之间通过螺纹连接，可以深入铺设到采空区内部。

初注装置包括初注泥浆泵21和混凝土输送泵23，初注泥浆泵21额定工作能力应与混凝土输送泵23额定工作能力相匹配，且优先立式泥浆泵。初注泥浆泵21安装在搅拌池17一侧，初注泥浆泵21通过供料管22连接混凝土输送泵23，混凝土输送泵23的料斗上悬置有第二皮带传送机27，第二皮带输送机27安装有第二下料斗28，第二下料斗28内有骨料210；混凝土输送泵23的料斗通过混凝土输送泵管24连接钢管26，混凝土输送泵管24之间通过高压关卡连接，从制浆站铺设至采空区。钢管26采用DN65镀锌管，数量为若干，钢管26之间通过螺纹连接。钢管26最底端应放至所需治理采空区冒落带4范围内，以防止骨料阻塞裂隙带3裂隙和保证初注完成后止浆塞36可下置至所治理采空区顶板完整基岩2。最下端一节钢管26的端部为楔形，以便于钢管26在注浆钻孔6内向下运动。

骨料210选用颗粒粒径小于3mm的石屑；骨料210经第二装载机29钻运至第二下料斗28中；第二下料斗28下部安装有搅拌装置，以防止骨料210堵在出料口；第二皮带输送机27安装有变频调速器，由其控制转速。

复注装置包括复注泥浆泵32，复注泥浆泵32的进浆口通过进料管31连接搅拌池17，进料管31采用3寸夹布耐压胶管。复注泥浆泵32的出浆口通过高压胶管33连接注浆钢管35。高压胶管33采用2寸两层钢丝高压胶管，其一端与复注泥浆泵32的出浆口通过螺纹连接，另一端与连接件34通过螺纹连接。复注泥浆泵32采用BW250型泥浆泵，在靠近复注泥浆泵32出浆口的高压胶管33上安装有流量计。

浆液面控制装置7包括控制电路和线缆盘72，控制电路连接有注浆工作电路并控制注浆工作电路，控制电路包括升压电路713、探头79和继电器715，探头79用于检测浆液面的高度，探头79串联在升压电路713和继电器715之间；升压电路713连接有电源712，升压电路713和电源712封装在线缆盘72内，线缆盘72上缠绕有两芯导线711，两芯导线711连接探头79。

探头79包括探头帽792、探头主体794、探头壳799，探头主体794为圆筒结构，探头主体794的上部和下部均有外螺纹，探头帽792螺旋连接在探头主体794上部，探头壳799通过螺纹连接在探头主体794的下部；探头主体794上部固定有绝缘体7912，绝缘体7912内沿其轴线平行间隔布置有第一电极793和第二电极7911，第一电极793和第二电极7911的下端悬置有金属导片795，金属导片795固定连接有传动杆798，传动杆798的上部通过限位板796卡接在探头主体794的下部，通过限位板796限位，传动杆798的下部深入探头壳799，探头壳799内置有浮体7910，浮体7910与传动杆798通过螺纹连接。探头帽792的顶部设有吊环791，吊环791用于与外部钢丝绳710连接。

用于采空区注浆浆液面控制装置7的探头79放置于预定位置，当浆液面上升到预定位置时，浮体7910在浆液给予的浮力作用下上升，浮体7910推动传动杆798、传动杆798带动金属导片795，最终金属导片795将两个电极连通，控制电路导通，通过继电器切断注浆工作电路，及时准确控制浆液面位置，且浆液面控制装置7的探头79结构合理，便于野外维护，体积小，结构紧凑可以适应钻孔内狭小空间。

线缆盘72上设有多个插座75，多个插座75并联在升压电路713和探头79之间，插座75用于连接继电器715和警示灯714。线缆盘72通过通心杆77连接在固定支架71上，固定支架71上部设有提手，以方便移动。线缆盘72的侧部通过侧板固定螺丝76连接有侧板73，侧板73上开有插座75的插孔、电源712的电池仓74。线缆盘72上设有摇把78，摇把78用于转动线缆盘72。

该系统的使用过程为：组装好初注装置后，将初注装置的钢管连同浆液面控制装置的探头一同下至预定位置，对采空区进行初注，当浆液面达到预定位置时自动停止注浆，将初注装置从注浆钻孔内拆除，安装复注装置，对采空区再进行复注加压注浆，直至达到终孔标准停止注浆，并用纯水泥浆封死注浆钻孔。

将探头固定在钢管上，一同下放置预定位置，并将继电器、警示灯通过插座与线缆盘相连，注浆过程中浆液面上升，当浆液面上升到预定位置时，浮体在浆液给予的浮力作用下上升，浮体推动传动杆、传动杆带动金属导片，最终金属导片将两个电极连通，导通控制电路，继电器切断注浆工作电路电源，这样可以及时、准确控制浆液面位置；并且警示灯亮起，可以提醒施工人员及时调整制浆进度，以防止浆液“供大于求”。

实施例1

治理范围内仅分布一层采空区，其开采前煤层厚1.5m，埋深80m，开采后冒落带高度为8m，裂隙带高度为15m；第四系厚度为10m，其下部全部为基岩。对此决定采用“一次成孔、全孔注浆”工艺，具体步骤如下：

(1)施工注浆钻孔。其包括定点、安装钻机、成孔三个步骤：

①定点。采用RTK(实时动态载波相位差分技术)按照钻孔设计坐标实地放样，误差不得超过10cm。

②安装钻机。根据放样孔位，平整施工平台、潜孔锤钻机到位并安设好。

③成孔。利用潜孔锤钻机钻进，开孔采用Φ140mm潜孔锤钻头开孔，以Φ140mm钻进15m后下Φ133×4无缝钢管，并用水泥砂浆固管护壁，为缩短凝结时间和施工周期，在水泥砂浆中加入了水泥重量5％的水玻璃，待孔口管固结后进行压水试验，其最大压力不低于3MPa，保证不窜浆。随后换Φ115mm潜孔锤钻头继续钻进，再向下钻进68.5m终孔。其中每50m纠正一次孔斜，要求终孔孔斜小于1°。钻孔施工过程中详细记录“掉钻”、“进尺快”、“不返风”等异常情况。

(2)制浆。根据浆液配比调节螺旋给料机12和第一皮带输送机18的变频调速器及第一供水管15上流量控制阀配制出满足要求的纯水泥浆和纯粉煤灰浆，然后将纯水泥浆和纯粉煤灰浆经出浆管16输送至搅拌池17进行二级搅拌，最终制出满足配比的浆液。浆液可分为三级，分别为第一级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1.2∶1)、第二级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1∶1)和第三级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝0.8∶1)。工作人员可以通过流量计和流量控制阀控制制浆浓度配比。

(3)洗孔。将止浆塞36下放至采空区上部完整基岩(其中地表以下注浆钢管35的长度为25m)，通过洗孔装置对该注浆段进行洗孔，冲洗压力为1MPa，冲洗时间为10min。当流量大于100L/min时，可停止冲洗，起拔洗孔装置。

(4)注浆。有初注和复注两个过程，具体如下：

①初注。将钢管26与浆液面控制装置7的探头79一同下至预定位置(其中，地表以下钢管26的长度为75m)，利用初注装置向采空区先泵送5m³的第一级浆液、再泵送5m³的第二级浆液、最后泵送第三级浆液，当总注浆量达到30m³时，按骨料∶浆液的体积比为1∶5向浆液中添加骨料。当浆液面达到浆液面控制装置7的探头79所在位置时，浆液面控制装置工作，控制电路导通，自动切断混凝土输送泵电源，初注工序完成，起拔钢管，进入复注工序。

其中骨料添加方法为：骨料210经第二装载机29转运至第二下料斗28中，后经第二皮带输送机27均匀输送至混凝土输送泵23的料斗中，骨料210与浆液经混凝土输送泵23自有搅拌装置搅拌均匀后，经混凝土输送泵23泵送至采空区，可调节第二皮带输送机27的变频调速器，控制骨料添加比例。

②复注。将止浆塞36下至所治理采空区上部顶板完整基岩段(其中地表以下注浆钢管35的长度为25m)，利用复注装置将第三级浆液注入采空区空隙，当孔口注浆压力达到2MPa，且流量小于70L/min后开始计时，持压15min后停止注浆；待孔口压力归零后起拔复注装置。

(5)封孔。用水固比1∶2的纯水泥浆封孔至地表。

实施例2

治理范围内分布两层采空区，其中开采前第一层煤厚1.0m，埋深50m，开采后冒落带高度为5m，裂隙带高度为7m；开采前第二层煤厚1.5m，埋深120m，开采后冒落带高度为8m，裂隙带高度为15m；该处第四系厚度为10m，其下部全部为基岩。对此决定采用“一次成孔、上行式分段注浆”工艺，具体步骤如下：

(1)施工注浆钻孔。其包括定点、安装钻机、成孔三个步骤：

①定点。采用RTK(实时动态载波相位差分技术)按照钻孔设计坐标实地放样，误差不得超过10cm。

②安装钻机。根据放样孔位，平整施工平台、潜孔锤钻机到位并安设好。

③成孔。利用潜孔锤钻机钻进，开孔采用Φ140mm潜孔锤钻头开孔，以Φ140mm钻进15m后下Φ133×4无缝钢管，并用水泥砂浆固管护壁，为缩短凝结时间和施工周期，在水泥砂浆中加入了水泥重量5％的水玻璃，待孔口管固结后进行压水试验，其最大压力不低于3MPa，保证不窜浆。随后换Φ115mm潜孔锤钻头继续钻进，再向下钻进108.5m终孔。其中每50m纠正一次孔斜，要求终孔孔斜小于1°。钻孔施工过程中详细记录“掉钻”、“进尺快”、“不返风”等异常情况。

(2)制浆。根据浆液配比调节螺旋给料机12和第一皮带输送机18的变频调速器及第一供水管15上流量控制阀配制出满足要求的纯水泥浆和纯粉煤灰浆，然后将纯水泥浆和纯粉煤灰浆经出浆管16输送至搅拌池17进行二级搅拌，最终制出满足配比的浆液。浆液可分为三级，分别为第一级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1.2∶1)、第二级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1∶1)和第三级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝0.8∶1)。工作人员可以通过流量计和流量控制阀控制制浆浓度配比。

(3)洗孔。将止浆塞36下放至第二层采空区上部完整基岩(其中地表以下注浆钢管35的长度为65m)，通过洗孔装置对该注浆段进行洗孔，冲洗压力为1MPa，冲洗时间为10min。当流量大于100L/min时，可停止冲洗，起拔洗孔装置。

(4)注浆。有初注和复注两个过程，具体如下：

①初注。将钢管26与浆液面控制装置7的探头79一同下至预定位置(其中地表以下钢管26的长度为115m)，利用初注装置向采空区先泵送5m³的第一级浆液、再泵送5m³的第二级浆液、最后泵送第三级浆液，当总注浆量达到30m³时，按骨料∶浆液的体积比为1∶5向浆液中添加骨料。当浆液面达到浆液面控制装置7的探头79所在位置时，浆液面控制装置工作，控制电路导通，自动切断混凝土输送泵电源，初注工序完成，起拔钢管，进入复注工序。

其中骨料添加方法为：骨料210经第二装载机29转运至第二下料斗28中，后经第二皮带输送机27均匀输送至混凝土输送泵23的料斗中，骨料210与浆液经混凝土输送泵23自有搅拌装置搅拌均匀后，经混凝土输送泵23泵送至采空区，可调节第二皮带输送机27的变频调速器，控制骨料添加比例。

②复注。将止浆塞36下至第二层采空区上部顶板完整基岩段(其中地表以下注浆钢管的长度为65m)，利用复注装置将第三级浆液注入采空区空隙，当孔口注浆压力达到3MPa，且流量小于70L/min后开始计时，持压15min后停止注浆；待孔口压力归零后起拔复注装置。

(5)洗孔。将止浆塞36下放至第一层采空区上部完整基岩(其中地表以下注浆钢管35的长度为25m)，通过洗孔装置对该注浆段进行洗孔，冲洗压力为0.8MPa，冲洗时间为10min。当流量大于100L/min时，可停止冲洗，起拔洗孔装置。

(6)注浆。有初注和复注两个过程，具体如下：

①初注。将钢管26与浆液面控制装置7的探头79一同下至预定位置(其中地表以下钢管26的长度为48m)，利用初注装置向采空区先泵送5m³的第一级浆液、再泵送5m³的第二级浆液、最后泵送第三级浆液，当总注浆量达到30m³时，按骨料∶浆液的体积比为1∶5向浆液中添加骨料。当浆液面达到浆液面控制装置7的探头79所在位置时，浆液面控制装置工作，控制电路导通，自动切断混凝土输送泵电源，初注工序完成，起拔钢管，进入复注工序。

其中骨料添加方法为：骨料210经第二装载机29转运至第二下料斗28中，后经第二皮带输送机27均匀输送至混凝土输送泵23的料斗中，骨料210与浆液经混凝土输送泵23自有搅拌装置搅拌均匀后，经混凝土输送泵23泵送至采空区，可调节第二皮带输送机27的变频调速器，控制骨料添加比例。

②复注。将止浆塞36下至第一层采空区上部顶板完整基岩段(其中地表以下注浆钢管35的长度为25m)，利用复注装置将第三级浆液注入采空区空隙，当孔口注浆压力达到1MPa，且流量小于70L/min后开始计时，持压15min后停止注浆；待孔口压力归零后起拔复注装置。

(7)封孔。用水固比1∶2的纯水泥浆封孔至地表。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述采空区快速注浆系统包括制浆装置、洗孔装置、初注装置、复注装置和浆液面控制装置，所述制浆装置用于制取注浆浆液，洗孔装置用于清洗钻孔，初注装置和复注装置用于注入浆液，浆液面控制装置用于控制初注过程中浆液面高度；

所述洗孔装置连接有水池，初注装置和复注装置分别连通制浆装置，浆液面控制装置的探头随初注装置的钢管深入注浆钻孔并实时检测初注过程中的液面高度，所述注浆工艺基于采空区快速注浆系统采用如下步骤：

(1)施工注浆钻孔；

(2)制浆，根据浆液配比调节螺旋给料机和第一皮带输送机的变频调速器及第一供水管上流量控制阀配制出满足要求的纯水泥浆和纯粉煤灰浆，然后将纯水泥浆和纯粉煤灰浆经出浆管输送至搅拌池进行二级搅拌，最终制出满足配比的浆液；

(3)洗孔，将止浆塞下放至采空区上部完整基岩或套管内，通过洗孔装置对该注浆管进行洗孔清洗岩粉封堵的空隙和裂隙，有利于浆液的扩散和浆液与岩石的胶结；

(4)注浆，每一层所需治理采空区均需经初注和复注两个过程，其中

初注：将钢管与浆液面控制装置的探头一同下至预定位置，按浆液由稀到稠的顺序，利用初注装置将其注入采空区，按一定比例向浆液中添加骨料，当浆液面达到预定位置时，浆液面控制装置工作，控制电路导通，自动切断混凝土输送泵电源，初注工序完成，起拔钢管，进入复注工序；

复注：将止浆塞下至所需治理采空区上部顶板完整基岩段，利用复注装置将浆液注入采空区空隙，直至达到终孔标准后，停止注浆；

(5)当所需治理范围内有两层及两层以上采空区时，采用“一次成孔、上行式分段注浆”，需重复步骤(3)和(4)，直至所有采空区处理完；当所需治理范围内仅有一层采空区需要治理时，采用“一次成孔、全孔注浆”，执行步骤(6)；

(6)封孔，待注浆完毕后用水固比1∶2的纯水泥浆封孔至地表。

2.根据权利要求1所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(1)中钻孔包括如下步骤：

①定点，采用RTK(实时动态载波相位差分技术)或采用经纬仪或全站仪按照钻孔设计坐标实地放样，误差不得超过10cm；

②安装钻机，根据放样孔位，平整施工平台、安设钻机；

③成孔，钻孔开孔孔径不小于Φ130mm，钻孔穿过松散层钻进至完整基岩5m后下套管，并用水泥砂浆固管护壁，孔口管固结后进行压水试验，其最大压力不低于3MPa，保证不窜浆，为缩短凝结时间和施工周期可在水泥砂浆中加入水泥比重3％～5％的速凝剂，之后再向下钻进孔径不小于Φ110mm的钻孔至所需治理最深一层采空区底板以下2m终孔，钻孔过程中应每50m测斜一次，要求孔斜不大于1°，且钻进过程中应对“掉钻”、“进尺快”、“不返风”的异常情况做好记录。

3.根据权利要求1所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(2)中满足配比的浆液可分为三级，分别为第一级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1.2∶1)、第二级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝1∶1)和第三级浆液(水泥∶粉煤灰＝4∶6、水固比＝0.8∶1)。

4.根据权利要求1所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(3)中洗孔的冲洗压力为注浆压力的80％，且不大于1MPa，冲洗时间为5～10min；

当流量大于100L/min时，可停止冲洗并起拔洗孔装置；

对于遇水易软化岩层的钻孔或钻孔施工过程中“掉钻”的钻孔可不进行洗孔。

5.根据权利要求3所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(4)中按浆液由稀到稠的顺序：先注第一级浆液，再注第二级浆液，最后注第三级浆液。

6.根据权利要求3所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(4)中向浆液中添加骨料的方法为：骨料经第二装载机转运至第二下料斗中，后经第二皮带输送机均匀输送至混凝土输送泵的料斗中，骨料与浆液经混凝土输送泵自有搅拌装置搅拌均匀后，经混凝土输送泵泵送至采空区；在添加骨料的过程中，调节第二皮带输送机的变频调速器，控制骨料的添加比例。

7.根据权利要求1所述的一种采空区快速注浆系统的注浆工艺，其特征在于，所述步骤(4)中复注的终孔标准为达到注浆压力且单位注浆量小于一定值，并稳定一定时间以上；

所述一定值为70L/min；

所述一定时间为15～30min。