CN105927231A - 斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，包括以下步骤：在斜井掘进工作面进入流砂层前，沿斜井掘进外轮廓线向前方地层打入安装配孔阀门的大直径孔口管；并在孔口管内施工一定深度的钻孔，钻孔包括按线型、三角型或梅花型间隔布设的注浆孔与诱导孔；对注浆孔进行注浆施工。本发明通过诱导孔在相邻钻孔间形成的泄压区，可将超孔隙水压力水与气体及时排出，减小流砂层中注浆浆液渗透或劈裂扩散的阻力，增加钻孔之间流砂层的孔隙或裂隙通道，提高流砂层的可注性；通过在孔口管内扫孔钻进和采用袖套管护孔，可解决流砂层中钻孔的塌孔难题，实现循环前进式注浆工艺，保障了斜井高效与安全穿越富水流砂地层。
Description
技术领域
本发明涉及矿山巷道掘进、支护和加固工程领域，尤其涉及一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法。
背景技术
流砂层的特点是在含水与压力或动力扰动下具有流动性，当流砂层受到开挖扰动后，流砂会向临空面流动从而充填开挖空间，甚至会引起地表大面积塌陷。因此，矿山巷道、斜井或隧道等穿越流砂层段的技术难度要大于一般地层。
流砂处于散体状态，一般很难提供可靠的锚固力，锚杆与锚索等主动支护形式对于过流砂层的控制效果不佳。同时，板桩法加固形成的支护结构稳定性相对较差，冻结法及高压旋喷法施工成本较高。注浆可较好的将流砂颗粒胶结在一起，并可形成止水防砂注浆加固帷幕，提高流砂层的稳定性，保证斜井、巷道或隧道等地下工程的施工安全。
因水泥浆液颗粒较大，流砂比较密实，在一般的注浆工艺下很难将其注入流砂层中。化学浆液虽可注性较好，但成本过高，难以大量使用。同时在流砂中施工钻孔较为困难，塌孔频繁，严重制约了钻孔的施工效率。因此，寻找更为合理的流砂层段注浆技术和钻孔施工工艺迫在眉睫。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对富水致密流砂层中存在涌水量大、孔隙率低、钻孔时易塌孔、普通水泥注浆效果差的技术难题，提供一种以保障斜井高效与安全穿越富水流砂地层的注浆方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在斜井掘进工作面进入流砂层前，采用喷射混凝土配合金属网、型钢支架封闭掘进工作面，同时沿斜井掘进工作面的外轮廓线向前方流砂层打入至少一圈大直径孔口管，孔口管安装法兰连接装置；
2)、利用钻机沿孔口管施工钻孔，钻孔分为注浆孔和诱导孔两种，注浆孔和诱导孔按线型、三角型或梅花型间隔布置，注浆孔内装入配套规格的袖套管，袖套管上均匀布置溢浆孔；
3)、完成钻孔施工后，在诱导孔孔口安装滤水装置，采用法兰连接装置将孔口管与注浆装置相连接，对注浆孔进行注浆施工，浆液通过袖套管上的溢浆孔向流砂层中挤压扩散，形成注浆加固区。
进一步的，在进行注浆施工之前，采用封孔剂将孔口管与钻孔间的空间充填密实，然后在斜井掘进工作面浇筑混凝土形成止浆墙，以防止注浆时浆液从斜井周边流出和突水涌砂事故。
进一步的，注浆孔注浆从斜井掘进工作面顶部注浆孔开始，由上至下依次向两帮及底板注浆孔注浆。
进一步的，完成注浆孔的注浆施工后，对诱导孔扫孔并进行注浆施工，诱导孔注浆施工后形成的注浆加固区与注浆孔形成的注浆加固区相互叠加，以达到进一步加固流砂层的目的。
进一步的，根据流砂层厚度的不同，分次进行钻孔的成孔与注浆施工，直至钻孔穿越流砂层为止。
进一步的，所述孔口管长度为2～3m，布设间距为0.5～0.8m，直径为100～150mm，壁厚3～5mm。
进一步的，所述法兰连接装置包括连接管，连接管一端通过进浆阀连接注浆软管，连接管另一端通过法兰连接孔口管，连接管上设有泄压阀。
进一步的，所述袖套管管径小于孔口管内径5～10mm，壁厚2～3mm，长度与钻孔长度一致，溢浆孔孔径8～12mm，沿袖套管管长方向溢浆孔孔间距为80～120mm，溢浆孔孔口处包裹胶皮套，袖套管装入端管口封闭。
进一步的，所述滤水装置为圆柱体形，直径小于孔口管内径1～2mm，长度为800～1000mm；滤水装置两端为透水石，中间为沙、碎石混合体，透水石与混合体之间各布设一层滤网，滤网外圈为约束套筒。
有益效果：
(1)、沿斜井轮廓线向前方流砂层内打入至少一圈孔口管，利用钻机沿孔口管顺序施工一定深度的钻孔，通过孔口管向流砂层内注入起充填胶结作用的浆液，待浆液渗透或劈裂扩散、凝结、硬化后，浆液固结体可在流砂层中起骨架作用，从而在斜井掘进轮廓周边形成一定厚度的加固帷幕，形成预支护结构，起到止水、防溃砂及承受地层荷载的作用，达到流砂层加固和堵水的目的，保障了斜井高效与安全穿越富水流砂地层；
(2)在注浆孔注浆时，可通过同圈或相邻圈布置的诱导孔在相邻钻孔之间的流砂层中形成不同范围的泄压区，一方面可在注浆加固范围的流砂层中形成连续的应力降低叠加区，减小流砂层中注浆浆液渗透或劈裂扩散的阻力，增加钻孔之间流砂层的孔隙或裂隙通道，提高流砂层的可注性；另一方面，通过诱导钻孔可将一定范围内流砂层中因注浆形成的具有超孔隙水压力水与气体及时排出，增加了流砂层孔隙的通透性，有利于浆液的扩散和充填孔隙；
(3)通过在孔口管内扫孔钻进，并采用袖套管护孔，可解决流砂层中钻孔的塌孔难题，可实现循环前进式注浆工艺，能保障注浆孔顺利穿过流砂层。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图；
图2至4为注浆孔和诱导孔的布置示意图；
图中：1、注浆孔，2、孔口管，3、止浆墙，4、第一段袖套管，5、第二段袖套管，6、第三段袖套管，7、溢浆孔，8、封孔剂，9、流砂层，10、法兰连接装置，11、进浆阀，12、泄压阀，13、注浆软管，14、浆液，15、滤水装置，16、诱导孔，17、注浆孔形成的注浆加固区，18、诱导孔注浆施工后形成的注浆加固区，19、斜井掘进工作面。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，包括以下步骤：
1)、在斜井掘进工作面进入流砂层前，采用喷射混凝土配合金属网、型钢支架封闭掘进工作面，同时沿斜井掘进工作面的外轮廓线向前方流砂层打入一圈、两圈或三圈大直径孔口管，孔口管采用无缝钢管制作，长度为2～3m，直径为100～150mm，壁厚3～5mm，布设间距为0.5～0.8m。当孔口管为一圈时呈线形布置，当孔口管为两圈时，相邻孔口管之间构成三角形，当孔口管为三圈时，相邻孔口管之间构成梅花形。孔口管安装法兰连接装置，法兰连接装置包括连接管，连接管一端通过进浆阀连接注浆软管，连接管另一端通过法兰连接孔口管，连接管上设有泄压阀。
2)、利用钻机沿孔口管施工一定深度的钻孔，如图2至4所示，钻孔分为注浆孔和诱导孔两种，图中实心孔为注浆孔，空心孔为诱导孔，注浆孔和诱导孔按线型、三角型或梅花型间隔布置，当孔口管为一圈时，相邻两个注浆孔之间布置一个诱导孔；当孔口管为两圈时，相邻两个注浆孔之间布置两个诱导孔，并且内圈与外圈的两个注浆孔相互错开；当孔口管为三圈时，内外两圈钻孔均布置成诱导孔，中间一圈钻孔布置成注浆孔，并且内、外两圈的诱导孔与中间一圈的注浆孔相互错开。当穿越的致密流砂层比较稳定易于形成完整钻孔时，可先施工注浆孔，然后装入配套规格的袖套管，再施工诱导孔；当致密流砂层不稳定易于塌孔时，可采用钻机成孔后再结合动力击打方式装入注浆用袖套管，构成注浆孔，然后再施工诱导孔。注浆孔内装入配套规格的第一段袖套管，袖套管采用薄壁无缝钢管制作，袖套管管径小于孔口管内径5～10mm，壁厚2～3mm，长度与钻孔长度一致，袖套管管上均匀布置溢浆孔，溢浆孔孔径8～12mm，沿袖套管管长方向溢浆孔孔间距为80～120mm，溢浆孔孔口处包裹胶皮套，在一定注浆压力下，浆液可通过袖套管上溢浆孔孔口挤压胶皮套流出袖套管，进入钻孔周围流砂层中。袖套管装入端管口封闭，可防止钻孔中溃散的流砂浸入到袖套管内。
3)、完成钻孔施工后，在诱导孔孔口安装滤水装置，采用法兰连接装置将孔口管与注浆装置相连接，对注浆孔进行注浆施工。在进行注浆施工之前，采用封孔剂将孔口管与钻孔间的空间充填密实，然后在斜井井筒开挖工作面浇筑混凝土形成止浆墙，以防止注浆时浆液从斜井周边流出和突水涌砂事故。注浆孔注浆从斜井掘进工作面顶部注浆孔开始，由上至下依次向两帮及底板注浆孔注浆，浆液通过第一段袖套管上的溢浆孔向流砂层中挤压扩散，在第一段袖套管四周形成注浆加固区。所述的滤水装置为圆柱体形，直径小于孔口管内径1～2mm，长度为800～1000mm；滤水装置两端为透水石，中间为沙、碎石混合体，透水石与混合体之间各布设一层滤网，滤网外圈为约束套筒；沙可选择普通河沙，碎石粒径为3～5mm，沙与碎石的体积比为1:1～3:1，且要均匀混合。滤水装置保证水能够渗出，而浆液材料无法渗出。当诱导孔渗透压较高，有注浆材料渗出时关闭诱导孔阀门，达到设计注浆压力后停止注浆钻孔注浆。待全部注浆孔注浆作业完成后，在斜井掘进轮廓周边形成一定厚度的一段加固帷幕，形成预支护结构，起到止水、防溃砂及承受地层荷载的作用，达到流砂层加固和堵水的目的。完成注浆孔的注浆施工后，若对流沙层止水防砂效果不理想时，可对诱导孔扫孔并进行注浆施工，诱导孔注浆施工后形成的注浆加固区与注浆孔形成的注浆加固区相互叠加，以达到进一步加固流砂层的目的。
4)、根据流砂层厚度的不同，分次进行钻孔的成孔与注浆施工，在一次注浆帷幕的基础上沿原钻孔延深，采用在第一段袖套管内扫孔钻进的方式按次装入第二段袖套管、第三段袖套管，每装入一段袖套管便按照步骤三方式再次进行注浆施工，依次构成第二段、第三段加固帷幕，依次类推，直至钻孔穿越流砂层为止。
当注浆施工结束并通过检验确定达到开挖条件后，可进行斜井井筒的开挖作业，并采用喷射混凝土配合金属网、型钢支架及时封闭开挖面和加固井筒，确保井筒掘进施工安全与效率。
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 (9)
1.一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在斜井掘进工作面进入流砂层前，采用喷射混凝土配合金属网、型钢支架封闭掘进工作面，同时沿斜井掘进工作面的外轮廓线向前方流砂层打入至少一圈大直径孔口管，孔口管安装法兰连接装置；
2)、利用钻机沿孔口管施工钻孔，钻孔分为注浆孔和诱导孔两种，注浆孔和诱导孔按线型、三角型或梅花型间隔布置，注浆孔内装入配套规格的袖套管，袖套管上均匀布置溢浆孔；
3)、完成钻孔施工后，在诱导孔孔口安装滤水装置，采用法兰连接装置将孔口管与注浆装置相连接，对注浆孔进行注浆施工，浆液通过袖套管上的溢浆孔向流砂层中挤压扩散，形成注浆加固区。
2.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：在进行注浆施工之前，采用封孔剂将孔口管与钻孔间的空间充填密实，然后在斜井掘进工作面浇筑混凝土形成止浆墙，以防止注浆时浆液从斜井周边流出和突水涌砂事故。
3.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：注浆孔注浆从斜井掘进工作面顶部注浆孔开始，由上至下依次向两帮及底板注浆孔注浆。
4.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：完成注浆孔的注浆施工后，对诱导孔扫孔并进行注浆施工，诱导孔注浆施工后形成的注浆加固区与注浆孔形成的注浆加固区相互叠加，以达到进一步加固流砂层的目的。
5.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：根据流砂层厚度的不同，分次进行钻孔的成孔与注浆施工，直至钻孔穿越流砂层为止。
6.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：所述孔口管长度为2～3m，布设间距为0.5～0.8m，直径为100～150mm，壁厚3～5mm。
7.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：所述法兰连接装置包括连接管，连接管一端通过进浆阀连接注浆软管，连接管另一端通过法兰连接孔口管，连接管上设有泄压阀。
8.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：所述袖套管管径小于孔口管内径5～10mm，壁厚2～3mm，长度与钻孔长度一致，溢浆孔孔径8～12mm，沿袖套管管长方向溢浆孔孔间距为80～120mm，溢浆孔孔口处包裹胶皮套，袖套管装入端管口封闭。
9.根据权利要求1所述的一种斜井穿越富水致密流砂层循环诱导帷幕注浆方法，其特征在于：所述滤水装置为圆柱体形，直径小于孔口管内径1～2mm，长度为800～1000mm；滤水装置两端为透水石，中间为沙、碎石混合体，透水石与混合体之间各布设一层滤网，滤网外圈为约束套筒。
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