CN105003300B

CN105003300B - 一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵装置及方法

Info

Publication number: CN105003300B
Application number: CN201510387127.8A
Authority: CN
Inventors: 李涛; 王苏健; 陈通; 薛卫峰; 高颖; 冯海
Original assignee: Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co Ltd
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: CN105003300A

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵装置及方法，在淤堵的注浆钢管的两端分别设置有进管密封塞和进水密封塞，所述进水密封塞的中心贯通有进水管，进管密封塞上贯通有钢柱，且钢柱在注浆钢管内部的端头设置有钢片。清理淤堵方法：从进水密封塞的一端向注浆钢管内加入软化剂，保持一段时间后，排出软化剂；然后使用进管密封塞上贯通的钢柱从淤堵的注浆管路一端推向另一端，将软化后的大部分淤堵清理掉，再在另一端加水，使得注浆钢管内充满水，最后在驱动力作用下，转盘旋转并产生水对流，转盘自一端推向另一端，再拉回。本发明简单易实施且清除效果显著、对注浆管磨损小、人工劳动强度低。

Description

一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵装置及方法

【技术领域】

本发明涉及一种注浆管防止淤堵装置及方法，，尤其涉及一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵装置及方法。

【背景技术】

我国华北型煤田普遍受底板承压水害威胁，针对这一类水害多采用底板注浆进行水害防治。而底板注浆目前最常采用的是地表制浆、井下注浆的工艺，这种工艺注浆效率高、地面制浆易实施、注浆存在天然压力，但注浆管路铺设距离较长、管路容易淤堵。特别是粘土浆液，粘土浆液易在管路发生小的沉淀，小的沉淀后造成浆液动力下降，最终造成注浆管路淤堵无法继续实施注浆。且管路由于需要耐高压，必须采用钢管，其造价较高，不适宜经常更换，因此需要进行使用后的管路清淤。针对煤矿注浆管路淤堵问题，目前最多采用的方法是人工清淤或者采用气动钻机疏通，其中主要的存在问题有：

1)煤矿底板注浆管路长度巨大，人工清淤劳动强度高、效率低、费时费力，效果不佳。

2)气动钻机为机械式疏通，对注浆材料为水泥的注浆管路淤堵清理效果较好，而粘土注浆管路中附着在管壁的主要是粘土，钻头通过时易使得粘土变形但进一步贴紧管壁，淤堵清理不干净，且对管路有一定的损伤，在损伤处粘土浆液下次使用时易发生二次淤堵。

3)气动钻机从钻头进行点状喷水，但粘土注浆管路淤堵往往是整个管路内大面积、多方位附着粘土，因此清淤效果不佳。

4)无论是人工还是气动钻机疏通对淤堵严重的区域，反复清理效果仍然不佳。

【发明内容】

本发明为了解决上述问题，提供一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵装置及方法，本发明简单易实施且清除效果显著、对注浆管磨损小、人工劳动强度低。

本发明采用以下技术方案：

一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵装置，包括设置在注浆钢管的两端的进管密封塞和进水密封塞，所述进水密封塞的中心贯通有进水管，进管密封塞上贯通有钢柱，所述钢柱伸入到注浆钢管内部，且钢柱在注浆钢管内部的自由端设置有钢片。

所述钢柱上进一步连接有多个转盘，多个转盘以钢柱为圆心对称分布；所述转盘位于钢片与进管密封塞之间，相邻转盘之间的夹角为80～100°。

所述注浆钢管的外周设置有多个固定夹，用以将注浆钢管固定在煤矿巷道上或固定架上。

一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵方法，包括以下步骤：

(1)软化处理：从进水密封塞的一端向注浆钢管内加入软化剂，使得软化剂浸满整个淤堵管路，保持一段时间后，排出软化剂；

(2)清理：使用进管密封塞上贯通的钢柱从淤堵的注浆管路一端推向另一端，利用钢柱端头的钢片将软化后的大部分淤堵清理掉，然后再另一端加水，使得注浆钢管内充满水，最后在驱动力作用下，转盘旋转并产生水对流，转盘自一端推向另一端，再拉回。

所述注浆钢管的内壁上涂覆有环氧树脂涂层，该环氧树脂涂层的环氧值小于0.25。

所述软化剂为浓度为0.1～0.5mol/L的氨基磺酸溶液。

所述清理淤堵方法进一步包括步骤(3)：全面清理：将拔出进管密封塞和进水密封塞的注浆钢管的一端放入沉淀池，另外一端塞入压缩橡胶球，该压缩橡胶球在常态下的外径大于注浆钢管的内径，使用水泵加压推动橡胶球沿注浆钢管移动至沉淀池。

一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵方法，淤堵清理方法采用前述的淤堵清理方法，防治淤堵方法进一步包括淤堵监测方法，具体为：在注浆管管路上安装有多个压力表，每个压力表用以检测该点的浆液压力；在注浆系统稳定运行后，相邻压力表的压力差减少25％以上，则判断管路在两压力表之间存在显著淤堵，否则认为无显著淤堵；在淤堵处超过3处，或1处压力差减少50％以上，则需对淤堵处进行清理。

整个注浆管路是由多根钢管连接而成的，对需要清理的淤堵段，将对应的钢管拆卸下来，采用权利要求1-5中任意一项的清理淤堵装置对淤堵进行处理。

在注浆管路存在上坡或转弯的部分时，应当增加压力表，该压力表安装在上坡段或转弯段与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在淤堵的注浆钢管的两端分别设置有进管密封塞和进水密封塞，所述进水密封塞的中心贯通有进水管，进管密封塞上贯通有钢柱，所述钢柱伸入到注浆钢管内部，且钢柱在注浆钢管内部的端头设置有钢片。这样，清除淤堵时，首先向注浆钢管内加入软化剂，使得软化剂浸满整个淤堵管路，保持一段时间后，排出软化剂；接着，使用钢柱从淤堵的注浆管路一端推向另一端，利用钢柱端头的钢片将软化后的大部分淤堵清理掉，然后再在另一端加水，使得注浆钢管内充满水，最后在驱动力作用下，转盘旋转并产生水对流，转盘自一端推向另一端，再拉回。如此，通过多方面协同作用，本发明对注浆钢管内的淤堵可以实现较好的清理，不易发生二次淤堵，且实施简单、易操作。

【附图说明】

图1是：本发明的流程图；

图2是：本发明的清淤装置示意图；

图中：1、淤堵的注浆钢管；2、固定夹；3、钢柱；4、刚片；5、进管密封塞；6、进水密封塞；7、进水管；8、进水阀；9、转盘；10、储能电池。

【具体实施方式】

如图1所示，一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵方法，包括下述步骤：

步骤一：粘土注浆管防堵预处理。在所有粘土注浆管内圈涂上环氧树脂涂层，用于减少浆液和注浆管的摩擦力，同时减少注浆管的腐蚀和磨损，从而预防注浆管淤堵的大量发生。

其中环氧树脂涂层为低环氧值(环氧值小于0.25)环氧树脂，环氧树脂涂层有耐酸性(常温下不与氨基磺酸发生化学反应)、耐磨性(连续3次煤层底板注浆工程，粘土浆对涂层的粘着磨损、氨基磺酸对涂层的腐蚀磨损和水对流对涂层的疲劳磨损的综合不会造成管路的10％以上长度的涂层脱落)和耐高压性(高压为P时，能保持涂层的润滑性和对管路的粘结性)。

P＝max(ρgh，2p₁)

ρ是所注粘土浆液密度，可通过取样测试获取；g重力加速度；h地面注浆站和注浆管路最低点的高差，可通过两点标高差得到；p₁是底板注浆含水层的最大静水压力，注浆钻孔实施过程中实测获得；P是注浆管路实际承受的最大压力，为ρgh和2倍p₁的最大值。

步骤二：粘土注浆管淤堵监测。将注浆管管路上安装一组压力表，用于检测该点的浆液压力，其中相邻压力表的间距一般100～300m，但在管路上坡处、转弯处需要在原有间距的基础上加密1个压力表，该压力表位于上坡段或转弯段。在注浆系统稳定运行后，相邻的压力表的压力差p₂减少25％以上则判断管路在两压力表之间存在显著的淤堵，否则认为无显著淤堵。在淤堵处超过3处，或1处压力差减少50％以上，则需对淤堵处进行清理。

步骤三：粘土注浆管淤堵软化处理。整个注浆管路是由每根3～5m的钢管连接而成的，对需要清理的淤堵段，将对应的钢管拆卸下来，采用图2所示的清淤装置对淤堵进行软化处理。

如图2所示的清淤装置，淤堵的注浆钢管1外圈每1～3m上连接有1个固定夹2。淤堵的注浆管路1两端分别配有可拔出、塞入的进管密封塞5和进水密封塞6。进水密封塞6中心有贯通的进水管7，进水管7的另一端连接有进水阀8。进管密封塞5上贯通有钢柱3，钢柱3在淤堵的注浆管路1的内的端头连接有钢片4，其后连接有配有储能电池10的4个转盘9，4个转盘9关于钢柱3对称分布，相邻的转盘9呈80°～100°夹角。实施转盘9位于钢片4与进管密封塞5之间。

淤堵软化处理的步骤如下：淤堵的注浆钢管1两端分别加进管密封塞5和进水塞密封6，其中进水密封塞6留有注入溶液的孔，从该端加入软化剂，软化剂为浓度0.1～0.5mol/L的氨基磺酸溶液，使得软化剂浸满整个淤堵管路，然后关闭注入溶液的孔上的进水阀8，并保持管路浸泡软化剂10min以上，最后打开进管密封塞5和进水塞密封6，放出氨基磺酸溶液。

步骤四：粘土注浆管路附着的粘土剥离。采用图2所示的清淤装置对软化后的注浆管进行附着的粘土进行剥离。

粘土注浆管路附着的粘土剥离的方法如下：首先，将软化处理后的淤堵的注浆钢管1使用管外的固定夹2水平固定在煤矿巷道上或其他固定架上。接着，将淤堵的注浆钢管1加上进管密封塞5，并使用进管密封塞5上贯通的钢柱3从淤堵的注浆管路1的一端推向另一端，利用钢柱3端头的钢片4将软化的大量淤堵清理掉；然后，在淤堵的注浆钢管1的另一端加上进水密封塞6，打开进水阀8，通过进水管7将淤堵的注浆钢管1加满水。最后，储能电池10带动的4个方向产生对流的转盘9，转盘沿淤堵的注浆钢管1的中心以1～10m/min从一端推至另外一端，并以相同的速度拉回，拉回后将进管密封塞5(包含钢柱3、刚片4、转盘9及储能电池10)和进水密封塞6(包含进水管7和进水阀8)拔出。

步骤五：注浆管路全面清理。将拔出进管密封塞5和进水密封塞6的注浆钢管1的一端放入沉淀池，另外一端塞入一个直径大于注浆管路2％～5％的可压缩变形的橡胶球，并使用水泵加压推动橡胶球沿淤堵的注浆管内快速移动至沉淀池。其中，水压保持0.05MPa以上。

也可以将多个步骤四处理后的注浆管钢管1(总小于200m)连接后，利用橡胶球一次性清理，但水压保持在0.1MPa以上。

步骤六：注浆管系统清理完毕，重新连接后继续使用。将清理好的注浆钢管1重新连接到原来的注浆管路系统中，并重复步骤三到步骤五将其他淤堵段的注浆钢管1也完成清洗，最终将整个注浆管路系统清淤完成，重新投入使用。

运行原理：

粘土注浆管防堵预处理。所加的涂层环氧树脂有润滑的作用，使得浆液可以很好通过。另外，环氧树脂化学特性稳定，在常温下不与酸发生反应，涂于钢铁等材料表面可以防止浆液、空气或清洗液的缓慢腐蚀，腐蚀的减少有利于保持注浆管壁的光滑，有利于淤堵的预防。

粘土注浆管淤堵监测。以往粘土注浆管路淤堵后整个系统都需要拆开，人工观测淤堵点。当安装压力表后，可以通过相邻压力表的变化查看淤堵发生的位置，甚至测定发生淤堵的程度。特别是在上坡、转弯等淤堵经常发生的地方布置监测，可减少排查时间。另外，压力表之间的间距太大失去的监测的意义，太小成本较高，100～300m适中。

粘土注浆管淤堵软化处理。氨基磺酸是一种固体强酸，其短时间内对粘土矿物结构有显著的破坏作用。另外，氨基磺酸对人体的危害极小，不挥发，无臭味，且常温下不与环氧树脂发生反应，对铁等金属的腐蚀作用较慢。

粘土注浆管路附着的粘土剥离。粘土附着在注浆管路上，常规的点状水流清理难度大。图2中的钢柱3前置的钢片4将已经将软化的粘土大块淤堵物推出管路，然后钢柱3上固定的4对转盘9在转动后，使得周围的水产生了涡流，两两相邻的涡流在淤堵的注浆钢管1内发生了水对流，水的对流产生的冲洗作用使得沉淀、吸附的粘土浆液剥离管壁。

注浆管路全面清理。橡胶球的直径大于管路的内径，这使得压缩后塞入管路内的橡胶球有较好的密封性，不漏水、不漏气，可以利用压力推动少量的淤堵沿一个方向快速运移，达到全面清理的目的。

应用实例：

某矿采煤工作面已经形成，其受底板水害威胁需要开展煤层底板注浆工程，底板注浆采用地面制浆，管路运输，井下注浆的模式开展。管路总体长度高达10500m，在未采取防治粘土注浆管路淤堵技术时，注浆管路常常淤堵，且淤堵部位不清楚，需要对所有的管路全部拆卸，然后采用人工高压水枪清洗的方式清淤堵，但多仍有多处清理不干净，重新投入使用后1次注浆工程尚未完成又出现了淤堵。

为更好防治管路淤堵，采用以下步骤实施：

步骤一：将10500m注浆管路内内圈涂上环氧树脂涂层，该环氧树脂涂层的环氧值为0.20，有耐酸性(常温下不与氨基磺酸发生化学反应)、耐磨性(连续3此注浆工程后，管路涂层脱落不足1％)和耐高压性(高压为P时，能保持涂层的润滑性和对管路的粘结性)粘土浆密度1.42g/cm³，制浆站和管路最低点的落差h为326m，则有ρgh为4.54MPa，注浆含水层为煤层底板的K₂含水层，最大静水压力p₁测试结果为1.02MPa，所以P取两者的最大值为4.54MPa。

步骤二：在注浆管路上共计安装62个压力表，用于监测注浆管内的压力，在管路高程显著下降段相邻压力表间隔200～300m，在管路高程相对稳定段相邻压力表间隔100～150m，另外在18个管路上坡处和转弯处额外安装18个压力表。在注浆系统稳定运行后的26小时内未发现相邻压力表压力差减少25％，在26小时后陆续发现4处压力差减少26％、31％、33％、29％，认为这4处存在淤堵，已经对注浆系统产生影响，需开展清理工作。

步骤三：将监测到的4处淤堵段的其中1处所有钢管全部拆卸下来，每根钢管两端均加塞密封，其中一端的密封塞留有注入溶液的孔，从该端加入软化剂，软化剂为浓度0.1mol/L的氨基磺酸溶液，使得软化剂浸满整个淤堵管路，然后关闭注入溶液的孔上的阀门，并保持管路浸泡软化剂20min。

步骤四：将软化处理后的淤堵的注浆钢管1使用管外的固定夹2水平固定在煤矿巷道上将淤堵的注浆钢管1加上进管密封塞5，并使用进管密封塞5上贯通的钢柱3从淤堵的注浆钢管1的一端推向另一端，利用钢柱3端头的钢片4将软化的大量淤堵清理掉；然后，在淤堵的注浆钢管1的另一端加上进水密封塞6，打开进水阀8，通过进水管7将淤堵的注浆钢管1加满水。最后，储能电池10带动的4个方向产生对流的转盘9，沿淤堵的注浆管路1的中心以10m/min从一端推至另外一端，并以相同的速度拉回。

步骤五：将密封的注浆管路打开，并将该淤堵段28节管路(总长108m)连接后，使得一端放入沉淀池，另外一端塞入一个直径大于注浆管路5％的可压缩变形的橡胶球，并使用水泵加压到0.2MPa推动橡胶球沿淤堵的注浆管内快速移动至沉淀池，完成该淤堵段的管路清理。

步骤六：将其他的3处淤堵段重复步骤三到步骤五进行管路淤堵清理，其中步骤三的软化剂为浓度0.1～0.5mol/L的氨基磺酸溶液；步骤四中产生对流的转盘9的推进速度为1m/min到10m/min；步骤五中各淤堵段不将所有管路连接，塞入的橡胶球直径大于注浆管路2％～5％，所加压力为0.06～0.1MPa。将4处淤堵的管路清理后连接到注浆系统上，重新使用32小时未发生淤堵，注浆管路淤堵防治效果显著，提高了该工作面注浆防治水的效率，保障了该工作面的安全高效回采。

本发明的有益效果为：1)简单易实施；2)粘土注浆管淤堵发生的概率小；3)粘土注浆管路淤堵发生的规模小；4)粘土注浆管淤堵发生的区域可知；5)清除粘土淤积物效果显著；6)对注浆管磨损小；7)清淤效率提高；8)人工劳动强度低。

Claims

1.一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵装置，其特征在于：包括设置在注浆钢管(1)两端的进管密封塞(5)和进水密封塞(6)，所述进水密封塞的中心贯通有进水管，进管密封塞上贯通有钢柱(3)，所述钢柱伸入到注浆钢管内部，且钢柱在注浆钢管内部的自由端设置有钢片(4)；所述钢柱上进一步连接有多个转盘(9)，多个转盘以钢柱为圆心对称分布，所述转盘(9)位于钢片(4)与进管密封塞(5)之间，相邻转盘之间的夹角为80～100°，所述转盘在驱动力作用下形成水对流。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵装置，其特征在于：所述注浆钢管的外周设置有多个固定夹(2)，用以将注浆钢管固定在煤矿巷道上或固定架上。

3.一种基于权利要求1至2中任意一项所述的用于煤矿底板粘土注浆的注浆管清理淤堵装置的清理淤堵方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的清理淤堵方法，其特征在于：所述注浆钢管的内壁上涂覆有环氧树脂涂层，该环氧树脂涂层的环氧值小于0.25。

5.根据权利要求4所述的清理淤堵方法，其特征在于：所述软化剂为浓度为0.1～0.5mol/L的氨基磺酸溶液。

6.根据权利要求4所述的清理淤堵方法，其特征在于：所述清理淤堵方法进一步包括步骤(3)：全面清理：将拔出进管密封塞和进水密封塞的注浆钢管的一端放入沉淀池，另外一端塞入压缩橡胶球，该压缩橡胶球在常态下的外径大于注浆钢管的内径，使用水泵加压推动橡胶球沿注浆钢管移动至沉淀池。

7.一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵方法，其特征在于：淤堵清理方法采用权利要求4-6中任意一项所述的淤堵清理方法，防治淤堵方法进一步包括淤堵监测方法，具体为：在注浆管管路上安装有多个压力表，每个压力表用以检测该点的浆液压力；在注浆系统稳定运行后，相邻压力表的压力差减少25％以上，则判断管路在两压力表之间存在显著淤堵，否则认为无显著淤堵；在淤堵处超过3处，或1处压力差减少50％以上，则需对淤堵处进行清理。

8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵方法，其特征在于：整个注浆管路是由多根钢管连接而成的，对需要清理的淤堵段，将对应的钢管拆卸下来，采用权利要求1-5中任意一项的清理淤堵装置对淤堵进行处理。

9.根据权利要求7所述的一种用于煤矿底板粘土注浆的注浆管防治淤堵方法，其特征在于：在注浆管路存在上坡或转弯的部分时，增加压力表，该压力表安装在上坡段或转弯段。