CN105156113B - 瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，包括如下步骤：(A)瓦斯立井挖掘；(B)瓦斯管下放；(C)封堵环空底端；(D)下放注浆管；(E)顶水分段注浆。本发明目不仅可以有效解决瓦斯管壁后充填难题又可以进一步拓宽反井钻机应由范围，并能够缩短瓦斯立井施工工期，降低瓦斯立井整体施工费用，有效解决瓦斯立井下端口环空封堵及瓦斯管壁后充填的技术难题。

Description

瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺

技术领域

本发明涉及钻井领域，更具体地，涉及一种瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺。

背景技术

近年来，应国家煤炭安监局的安全要求，高瓦斯矿必须先抽后采。煤矿将煤层瓦斯采集后，集中由大直径瓦斯立管（管内径1m左右）抽运到地面，再将瓦斯处理应用，这其中瓦斯立管安装及壁后充填成为关键工程。

目前，瓦斯立管安装施工方法有两种，一种是反井钻机凿井法，即“反井钻机凿井法凿井+起吊瓦斯管下放安装+下端口环空封堵+瓦斯管壁后充填”，另一种是正井法，即“正井法凿井+瓦斯管漂浮下沉安装+瓦斯管壁后充填”。其中，正井法施工的缺点是工期是反井钻机凿井法的2倍以上且工程成本也特别高，优点是适合各种地层条件；反井钻机凿井法优点是工期短、费用低，缺点是岩层有大量涌水时，下端口环空封堵及瓦斯管壁后充填成为重大难题。

发明内容

本发明目的在于是提供一种不仅可以有效解决瓦斯管壁后充填难题又可以进一步拓宽反井钻机应用范围的瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，不仅能够缩短瓦斯立井施工工期，还能够降低瓦斯立井整体施工费用，有效解决瓦斯立井下端口环空封堵及瓦斯管壁后充填的技术难题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，包括如下步骤：

（A）瓦斯立井挖掘；

（B）瓦斯管下放；

（C）瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间环形空间底端封堵，采用封堵盘封堵瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间环形空间底端；封堵盘包括上端圆柱壳、圆环托盘、下端圆柱壳、泄水及封堵注浆管和泄水及封堵注浆观察管，所述上端圆柱壳的下端与所述圆环托盘的上盘面连接，所述圆环托盘的下盘面与所述下端圆柱壳的上端连接，所述泄水及封堵注浆管的上端和所述泄水及封堵注浆观察管的上端设在所述上端圆柱壳内，所述泄水及封堵注浆管的下端和所述泄水及封堵注浆观察管的下端分别设在所述下端圆柱壳的外侧；所述泄水及封堵注浆管和所述泄水及封堵注浆观察管与所述圆环托盘连接；所述泄水及封堵注浆观察管的上管口高于所述泄水及封堵注浆管的上管口；所述泄水及封堵注浆管下端管身上和所述泄水及封堵注浆观察管下端管身上均设有开关阀门；所述上端圆柱壳包括左半上端圆柱壳和右半上端圆柱壳，所述圆环托盘包括左半圆环托盘和右半圆环托盘，所述下端圆柱壳包括左半下端圆柱壳和右半下端圆柱壳；所述左半上端圆柱壳、所述左半圆环托盘和所述左半下端圆柱壳连接成左半封堵盘，所述右半上端圆柱壳、所述右半圆环托盘和所述右半下端圆柱壳连接成右半封堵盘；所述左半下端圆柱壳与所述右半下端圆柱壳连接；所述泄水及封堵注浆管和所述泄水及封堵注浆观察管均与所述左半圆环托盘连接；

（D）下放注浆管；

（E）顶水分段注浆。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（B）瓦斯管下放过程中，将花眼套管和瓦斯管一起下放安装。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，花眼套管与瓦斯管一起下放安装时，花眼套管焊接在瓦斯管的外侧，且相邻两节花眼套管的轴向夹角小于2°，从而避免花眼套管随空间方向变换而急剧弯曲。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，花眼套管上的花眼采用气割的方式加工，且每节花眼套管的长度与和该节花眼套管焊接的瓦斯管的长度相等；花眼孔径为4～5cm。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（D）下放注浆管时，将注浆管放入花眼套管中并将注浆管沿花眼套管下放，直到注浆管下管口距待注浆井段底部1.0～2.0m停止下放注浆管。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（E）为：从瓦斯立井壁后环空底端开始，按预设注浆井段高度进行顶水拔管注浆。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（E）包括如下步骤：

（a）计算充填量；

（b）将水泥浆液从水泥浆池吸出并注入待注浆井段的壁后环空内；

（c）待注浆井段内水泥浆液每升高5m，将注浆管上拔到注浆管出液口位于已注浆井段内水泥浆液液面下0.5～1.0m的位置，直至本待注浆井段注浆充填完成。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（E）中，下一段待注浆井段的壁后环空充填注浆施工在上一段待注浆井段的瓦斯立井壁后环空内水泥浆液凝固后进行。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，一段待注浆井段的瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间的环形空间充填施工结束后，冲洗注浆管并将注浆管上提直至注浆管下管口距离待注浆井段的瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间的环形空间内水泥浆液液面20m，上一个待注浆井段内水泥浆液凝固48小时后进行下一个待注浆井段的瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间的环形空间充填注浆施工。

上述瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，步骤（A）瓦斯立井采用反井钻井工艺挖掘。

本发明的有益效果如下：

1.花眼套管的使用使得注浆管能够顺利且较为方便地下放至预注浆的位置，有利于降低瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间的环形空间充填施工的难度，提高瓦斯立井井壁与瓦斯管管壁之间的环形空间充填质量。

2.本发明不仅可以有效解决瓦斯管壁后充填难题又可以进一步拓宽反井钻机应用范围。

3.本发明仅能够缩短瓦斯立井施工工期，还能够降低瓦斯立井整体施工费用，有效解决瓦斯立井下端口环空封堵及瓦斯管壁后充填的技术难题。

附图说明

图1为本发明瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺的示意图；

图2为本发明瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺中封堵盘的侧面视向结构示意图；

图3为本发明瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺中封堵盘的左半封堵盘的结构示意图；

图4为本发明瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺中封堵盘的右半封堵盘的结构示意图。

图中：1-注浆泵；2-注浆管；3-横担；4-瓦斯管；5-井字梁；6-花眼套管；7-封堵盘；8-泄水及封堵注浆观察管；9-混凝土支撑平台；10-泄水及封堵注浆管；11-液压单体支撑；12-水泥浆池；13-下水平巷道；14-瓦斯立井；15-上端圆柱壳；16-圆环托盘；17-下端圆柱壳；18-螺栓连接板；19-左半上端圆柱壳；20-左半下端圆柱壳；21-左半圆环托盘；22-右半上端圆柱壳；23-右半圆环托盘；24-右半下端圆柱壳；25-开关阀门。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例以重庆松藻煤电公司石壕矿瓦斯抽采井为例，该瓦斯抽采立井的瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺包括如下步骤：

（A）采用反井钻机凿井法施工，将井孔扩成直径为1.65米的井筒，井深为305.33米，井筒裸孔岩层涌水量约为20m³/h，孔底偏差为0.54%。

（B）下放瓦斯管4。该瓦斯抽采井内瓦斯管4的安装分3段3种规格进行安装，其中该瓦斯抽采井最下方安装的107.23m管道为DN1000mm×22mm螺旋焊管，中间井段安装的100m管道为DN1000mm×20mm螺旋焊管，上面余下井段安装的102m管道为DN1000mm×16mm，其中管道接头焊接连接。在下放瓦斯管4时，将用作下放注浆管2通道的花眼套管6与瓦斯管4一起下放，其中花眼套管6附焊在瓦斯管4的外侧，且相邻两节花眼套管6的轴向夹角小于2°，以免花眼套管6在空间上变换方向时出现急剧弯曲而影响注浆管2的下放，有鉴于此，本实施例采用投影定位的方法，通过利用花眼套管6长轴在平面上投影对花眼套管6进行定位，以保证以焊接方式接长的花眼套管6平滑顺直，确保注浆管2的顺利下放。其中，花眼套管6采用气割花眼的方式在套管上切割出花眼，其中花眼孔径为4～5cm。在制作花眼套管6时应避免不对称气割，以免使花眼套管6长轴方向上出现变形影响注浆管2的入孔下放。

（C）从下水平巷道13内采用封堵装置从瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间的底端对瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间进行封堵。

采用封堵盘7封堵瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间环形空间底端。

其中，如图2所示，封堵盘7包括上端圆柱壳15、圆环托盘16、下端圆柱壳17、泄水及封堵注浆管10和泄水及封堵注浆观察管8，所述上端圆柱壳15的下端与所述圆环托盘16的上盘面连接，所述圆环托盘16的下盘面与所述下端圆柱壳17的上端连接，所述泄水及封堵注浆管10的上端和所述泄水及封堵注浆观察管8的上端分别设在所述上端圆柱壳15内，所述泄水及封堵注浆管10的下端和所述泄水及封堵注浆观察管8的下端分别设在所述下端圆柱壳17的外侧；所述泄水及封堵注浆管10和所述泄水及封堵注浆观察管8通过所述安装孔与所述圆环托盘16连接；所述泄水及封堵注浆观察管8的上管口高于所述泄水及封堵注浆管10的上管口；所述泄水及封堵注浆管10下端管身上和所述泄水及封堵注浆观察管8下端管身上均设有开关阀门25。

本实施例中，如图3和图4所示，所述上端圆柱壳15包括左半上端圆柱壳19和右半上端圆柱壳22，所述圆环托盘16包括左半圆环托盘21和右半圆环托盘23，所述下端圆柱壳17包括左半下端圆柱壳20和右半下端圆柱壳24；所述左半上端圆柱壳19、所述左半圆环托盘21和所述左半下端圆柱壳20连接成左半封堵盘，所述右半上端圆柱壳22、所述右半圆环托盘23和所述右半下端圆柱壳24连接成右半封堵盘；所述左半下端圆柱壳20与所述右半下端圆柱壳24连接；所述泄水及封堵注浆管10和所述泄水及封堵注浆观察管8均与所述左半圆环托盘21连接。

（D）下放注浆管2。瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间底端封堵成功后，将注浆管2的下端伸入花眼套管6的上端管口内，然后顺着花眼套管6将注浆管2下放至预注浆的位置，其中注浆管2的下管口距离待注浆井段底部1.0～2.0m。

（E）顶水分段注浆：从瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间底端开始，按预设注浆井段高度对待注浆井段进行顶水拔管注浆。其中，根据预设的待注浆井段的高度计算充填该待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间所需的水泥浆液充填量，然后用水泥泵1将水泥浆液从水泥浆池12内吸出并注入该待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间内，接着待注浆井段内水泥浆液每升高5m，将注浆管2上拔到注浆管2出液口位于已注浆井段内水泥浆液液面下0.5～1.0m的位置，直至本待注浆井段注浆充填完成。而为了保证瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填的整体质量，下一段待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填注浆施工须在上一段待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间内水泥浆液凝固后进行，其中具体操作为：一段待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填施工结束后，冲洗注浆管2并将注浆管2上提直至注浆管2下管口距离待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间内水泥浆液液面20m，上一个待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间内水泥浆液凝固48小时后进行下一个待注浆井段的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填注浆施工。如此循环操作，直至整个瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填施工完成。

本实施例中，瓦斯立井14的上井口和下井口处的瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间采用C20混凝土浇筑。

由于瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间的深度一般为数十米至数百米，注浆管2很难直接下放到设计深度，例如本实施例中瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间深度达305.33m，若无注浆管2下放装置，注浆管2的下管口很难直接下放至设计的深度，这就为瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填施工带来了极大的麻烦，影响了整个瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填的质量。本实施例中，花眼套管6的使用为注浆管2的下放提供了下放通道，从而便于注浆管2能够顺利下放到预设注浆位置，提高了注浆管2的下放效率以及下放准确度，从而提高了瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填的施工速度，也有利于提高瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间充填的质量。而花眼套管6上的花眼满足水泥浆液从花眼套管6中无阻碍地流出注入瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间内。

采用本发明对瓦斯立井14井壁与瓦斯管4管壁之间的环形空间进行充填，不仅有效解决了瓦斯立井壁后充填的难题，还进一步拓宽了反井钻机的应用范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.瓦斯立井壁后环空充填注浆施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(A)瓦斯立井(14)挖掘，瓦斯立井(14)采用反井钻井工艺挖掘；

(B)瓦斯管(4)下放：瓦斯管(4)下放过程中，将花眼套管(6)和瓦斯管(4)一起下放安装；花眼套管(6)与瓦斯管(4)一起下放安装时，花眼套管(6)附焊在瓦斯管(4)的外侧，且相邻两节花眼套管(6)的轴向夹角小于2°，通过利用花眼套管(6)长轴在平面上投影对花眼套管(6)进行定位；花眼套管(6)上的花眼采用气割的方式加工，且每节花眼套管(6)的长度与和该节花眼套管(6)焊接的瓦斯管(4)的长度相等；花眼孔径为4～5cm；

(C)瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间环形空间底端封堵，采用封堵盘(7)封堵瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间环形空间底端；封堵盘(7)包括上端圆柱壳(15)、圆环托盘(16)、下端圆柱壳、泄水及封堵注浆管(10)和泄水及封堵注浆观察管(8)，所述上端圆柱壳(15)的下端与所述圆环托盘(16)的上盘面连接，所述圆环托盘(16)的下盘面与所述下端圆柱壳的上端连接，所述泄水及封堵注浆管(10)的上端和所述泄水及封堵注浆观察管(8)的上端分别设在所述上端圆柱壳(15)内，所述泄水及封堵注浆管(10)的下端和所述泄水及封堵注浆观察管(8)的下端分别设在所述下端圆柱壳的外侧；所述泄水及封堵注浆管(10)和所述泄水及封堵注浆观察管(8)与所述圆环托盘(16)连接；所述泄水及封堵注浆观察管(8)的上管口高于所述泄水及封堵注浆管(10)的上管口；所述泄水及封堵注浆管(10)下端管身上和所述泄水及封堵注浆观察管(8)下端管身上均设有开关阀门(25)；所述上端圆柱壳(15)包括左半上端圆柱壳(19)和右半上端圆柱壳(22)，所述圆环托盘(16)包括左半圆环托盘(21)和右半圆环托盘(23)，所述下端圆柱壳包括左半下端圆柱壳(20)和右半下端圆柱壳(24)；所述左半上端圆柱壳(19)、所述左半圆环托盘(21)和所述左半下端圆柱壳(20)连接成左半封堵盘，所述右半上端圆柱壳(22)、所述右半圆环托盘(23)和所述右半下端圆柱壳(24)连接成右半封堵盘；所述左半下端圆柱壳(20)与所述右半下端圆柱壳(24)连接；所述泄水及封堵注浆管(10)和所述泄水及封堵注浆观察管(8)均与所述左半圆环托盘(21)连接；

(D)下放注浆管(2)：下放注浆管(2)时，将注浆管(2)放入花眼套管(6)中并将注浆管(2)沿花眼套管(6)下放，直到注浆管(2)下管口距待注浆井段底部1.0m～2.0m停止下放注浆管(2)；

(E)顶水分段注浆：从瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间的环形空间底端开始，按预设注浆井段高度对待注浆井段进行顶水拔管注浆，包括如下步骤：

(a)计算充填量；

(b)将水泥浆液从水泥浆池(12)吸出并注入待注浆井段的壁后环空内；

(c)待注浆井段内水泥浆液每升高5m，将注浆管(2)上拔到注浆管(2)出液口位于已注浆井段内水泥浆液液面下0.5～1.0m的位置，直至本待注浆井段注浆充填完成；下一段待注浆井段的瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间的环形空间充填注浆施工在上一段待注浆井段壁后环空内水泥浆液凝固后进行，一段待注浆井段的瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间的环形空间充填施工结束后，冲洗注浆管(2)并将注浆管(2)上提直至注浆管(2)下管口距离待注浆井段的瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间的环形空间内水泥浆液液面20m，上一个待注浆井段内水泥浆液凝固48小时后进行下一个待注浆井段的瓦斯立井(14)井壁与瓦斯管(4)管壁之间的环形空间充填注浆施工。