CN107060767A - 既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；井筒位于中心位置处；以井筒所在位置为圆心，在井筒的外圆周A上设置多个卸压孔，外圆周A的半径为R1；以井筒所在位置为圆心，在井筒的外圆周B上设置多个注浆孔，外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；注浆孔还与井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。本发明提供的技术方案通过在井筒附近的外圆周布置多个卸压孔，并采用间歇式的注浆方式，从而避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低了施工风险，社会、经济效益显著。

Description

既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法

技术领域

本发明涉及矿山建设领域，具体涉及一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法。

背景技术

20世纪80年代以来，在大屯、徐州、淮北、兖州、永夏等矿区已有大量矿井发生了厚表土层中井壁破裂灾害，它们有的发生在井筒施工中，有的发生在矿井投产后，轻者停工停产，重者透水淹井，严重的制约了我国深立井建设的进一步发展。对井壁破裂机理的研究，形成了竖直附加力假说、采动影响假说、新构造运动假说等。大量理论分析，数值模拟和现场实测研究的成果支持了竖直附加力假说：特殊地层含水层因开采，以及冻结管拔除后的融沉而引起上覆土体下沉。土体在沉降过程中与井壁相互作用，施加于井壁外表面一个附加力系。该力增长到一定值时，混凝土井壁因不能承受而遭破坏。井壁破裂是厚表土层与井壁结构相互作用的结果，因此井壁破裂治理方法主要有井壁加固和地层加固两类。对处理井壁的方法已有大量的研究，主要包括：槽钢井圈喷混凝土加固法，加套井壁法，开槽卸压法。对地层进行处理的方法主要有：壁后注浆和地面注浆加固。对地层注浆目的是封堵井筒周边含水地层的水利通道，阻滞含水地层疏水，可以减缓、减少井筒周边地层的沉降，降低立井井壁所受到的竖向附加力。

虽然目前关于立井表土地层的加固注浆已有大量的研究和工程实践，但是随着煤炭资源开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内部分矿井相继进入了深部煤炭开采状态，越来越多的立井井筒需要穿越深厚的冲积层。特别是，随着井筒穿越的冲积层越厚，其壁后地层的固结程度越大，可注性能越来越差。显然，已经不能按照常规表土地层的注浆方法进行深立井地层的加固注浆，若单纯通过增大注浆压力，极容易产生劈裂注浆，过大的注浆压力会直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，如何在既有井筒条件下深立井地层加固注浆还没有形成系统的方法和理论，

因此，开展既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法的研究迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，本发明的技术方案解决了常规表土地层的注浆方法无法进行深立井地层的加固注浆的问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深厚冲积层超固结土注浆方法的空白，避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；所述井筒位于中心位置处；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周A上设置多个所述卸压孔，所述外圆周A的半径为R1；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周B上设置多个所述注浆孔，所述外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；所述注浆孔还与所述井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。

在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是直线型结构，所述直线型结构是指所述井筒的圆心、所述注浆孔的圆心和所述卸压孔的圆心位于同一条直线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。

在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是错位型结构，所述错位型结构是指所述注浆孔的圆心位于两个相邻的所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。

在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是混合型结构，所述混合型结构是指在所述井筒的圆心和所述卸压孔的圆心连线的延长线上、相邻的两个所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有所述注浆孔；优选地，多个所述注浆孔的个数为16个，多个所述卸压孔的个数为8个。

在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，相邻两个所述注浆孔之间的距离为L1，所述注浆孔与离该注浆孔最近的所述卸压孔之间的距离为L2，且L1＞L2；优选地，相邻两个所述注浆孔之间的距离L1大于1.2倍的浆液扩散半径。

一种所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统的注浆方法，所述注浆方法包括以下步骤：

1)注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置；

所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构、错位型结构和混合型结构中的一种；

2)在步骤1)布置结构完成的基础上，钻注浆孔和卸压孔；

3)注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压；

4)步骤3)中的加固注浆完成后，将卸压孔和注浆孔进行封堵处理。

在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为错位型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为混合型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，对位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆时，通过与该第二个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第二个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；依次类推，直至到所有位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔完成注浆；再者，对位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，通过距离该第二个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压；依次类推至所有位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔完成注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后即完成注浆工作；

或者，首先对位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，再对位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

在如上所述的注浆方法，优选为，步骤4)中，所述卸压孔和所述注浆孔进行封堵处理是通过低压注浆进行封堵处理。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，通过在井筒附近的外圆周布置多个卸压孔，在注浆孔的高压注浆过程中对井筒进行卸压保护，根据卸压孔的卸压效应，整个注浆过程采用间歇式注浆。本发明解决了常规表土地层的注浆方法无法进行深地层高压加固注浆的注浆压力有效控制问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下超固结地层注浆方法的空白，避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的注浆孔与卸压孔的间距俯视布置图；

图2为本发明实施例的注浆孔与卸压孔直线型结构俯视布置图；

图3为本发明实施例的注浆孔与卸压孔错位型结构俯视布置图；

图4为本发明实施例的注浆孔与卸压孔混合型结构俯视布置图；

图5为本发明实施例的注浆孔与卸压孔直线型结构的孔号布置图；

图6为本发明实施例的注浆孔与卸压孔错位型结构的孔号布置图；

图7为本发明实施例的注浆孔与卸压孔混合型结构的孔号布置图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供了一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，注浆系统包括：井筒3、卸压孔2和注浆孔1；井筒3位于中心位置处；以井筒3所在位置为圆心，在井筒3的外圆周A上设置多个卸压孔2，外圆周A的半径为R1；以井筒3所在位置为圆心，在井筒3的外圆周B上设置多个注浆孔1，外圆周B的半径为R2，且R2＞R1。

在本发明的具体实施例中，在尽量确保地层充分注浆加固和井筒避免被破坏的前提下，以及根据注浆泵的注浆能力来确定R1和R2的取值范围。本实施例优选为，R1的取值范围为8-12m，R2的取值范围为18-22m。再进一步优选为R1的取值为10m，R2的取值为20m。

在本发明的具体实施例中，卸压孔2的主要目的是为了保护井筒免受注浆孔1注浆压力的破坏，故卸压孔2的孔径应小于注浆孔1的孔径。本实施例优选为，注浆孔1的孔径为150mm～200mm，卸压孔2的的孔径为80mm～100mm。在本发明的具体实施例中，注浆孔1还与井筒3外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。

在本发明的具体实施例中，通过在井筒3附近外圆周上布置多个卸压孔2，既可以对注浆过程的浆液扩散情况进行监测，又可以进行近井筒3浆液的卸压，解决了常规表土地层的注浆方法无法进行深立井地层的加固注浆的问题。

在本发明的具体实施例中，卸压孔2和注浆孔1的钻孔位置布置可以是直线型结构、错位型结构或者混合型结构。

在本发明的一具体实施例中，卸压孔2和注浆孔1的钻孔位置布置是直线型结构，直线型结构是指井筒3的圆心、注浆孔1的圆心和卸压孔2的圆心位于同一条直线上。优选地，多个注浆孔的个数为8个，多个卸压孔的个数为8个。如图5所示，多个注浆孔包括注浆孔101、注浆孔102、注浆孔103、注浆孔104、注浆孔105、注浆孔106、注浆孔107、注浆孔108。多个卸压孔包括卸压孔201、卸压孔202、卸压孔203、卸压孔204、卸压孔205、卸压孔206、卸压孔207、卸压孔208。例如：直线型结构中井筒3的圆心、注浆孔101的圆心和卸压孔201的圆心位于同一条直线上。

在本发明的另一具体实施例中，卸压孔2和注浆孔1的钻孔位置布置是错位型结构，错位型结构是指注浆孔1的圆心位于两个相邻的卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上；优选地，多个注浆孔1的个数为8个，多个卸压孔2的个数为8个。如图6所示，多个注浆孔包括注浆孔109、注浆孔110、注浆孔111、注浆孔112、注浆孔113、注浆孔114、注浆孔115、注浆孔116。多个卸压孔包括卸压孔201、卸压孔202、卸压孔203、卸压孔204、卸压孔205、卸压孔206、卸压孔207、卸压孔208。例如：错位型结构是指注浆孔109的圆心位于相邻的两个卸压孔208/201的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上。

在本发明的另一具体实施例中，卸压孔2和注浆孔1的钻孔位置布置是混合型结构，混合型结构是指在井筒3的圆心和卸压孔2的圆心连线的延长线上、相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有注浆孔1；优选地，多个注浆孔1的个数为16个，多个卸压孔2的个数为8个。如图7所示，多个注浆孔包括注浆孔101、注浆孔102、注浆孔103、注浆孔104、注浆孔105、注浆孔106、注浆孔107、注浆孔108、注浆孔109、注浆孔110、注浆孔111、注浆孔112、注浆孔113、注浆孔114、注浆孔115、注浆孔116；多个卸压孔包括卸压孔201、卸压孔202、卸压孔203、卸压孔204、卸压孔205、卸压孔206、卸压孔207、卸压孔208。例如：混合型结构是指在井筒3的圆心和卸压孔201的圆心连线的延长线上设置有注浆孔101、相邻的两个卸压孔208/201的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上设置有注浆孔109。

在本发明的具体实施例中，如图1所示，相邻两个注浆孔1之间的距离为L1，注浆孔1与离该注浆孔1最近的卸压孔2之间的距离L2。作为优选方案，步骤1)中注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置关系布置满足相邻两个注浆孔1之间的距离L1大于注浆孔1与离该注浆孔1最近的卸压孔2之间的距离L2，即L1＞L2。

进一步优选地，步骤1)中注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置关系布置满足相邻两个注浆孔1之间的距离L1大于1.2倍的浆液扩散半径。再优选地，注浆孔1与离该注浆孔1最近的卸压孔2之间的距离L2为1倍的浆液扩散半径。

在本发明的具体实施例中，扩散半径是指以钻孔中心为原点的浆液充填范围。浆液扩散半径是一个重要参数，它对灌浆工程量及造价具有重要的影响。

本发明的具体实施例还提供了一种既有井筒3条件下深立井地层加固注浆系统的注浆方法，注浆方法包括以下步骤：

1)注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置；

2)在步骤1)布置结构完成的基础上，钻注浆孔1和卸压孔2；

3)注浆孔1进行地层加固注浆，相邻注浆孔1和卸压孔2进行卸压；

4)步骤3)中的加固注浆完成后，将卸压孔2和注浆孔1进行封堵处理。

在本发明的具体实施例中，步骤1)中的注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构可以是直线型结构(直线型结构是指井筒3的圆心、注浆孔1的圆心和卸压孔2的圆心位于同一条直线上，如图2所示)；也可以为错位型结构(错位型结构是指注浆孔1的圆心位于两个相邻的卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上，如图3所示)；还可以为混合型结构(混合型结构是指在井筒3的圆心和卸压孔2的圆心连线的延长线上、相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上设置有注浆孔1，如图4所示)。

在本发明的一具体实施例中，注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构可以为直线型结构时，注浆孔1进行地层加固注浆，相邻注浆孔1和卸压孔2进行卸压时的具体步骤如下：

首在，在第一个注浆孔101注浆时，通过与该第一个注浆孔101相邻的两个注浆孔108/102、距离该第一个注浆孔101最近的卸压孔201进行卸压处理。接着，按照顺时针或者逆时针方向，例如按顺时针方向间隔一个注浆孔102在第三个注浆孔103注浆时，通过与该第三个注浆孔103相邻的两个注浆孔102/104、距离该第三个注浆孔103最近的卸压孔203进行卸压处理最后，依次类推(注浆孔105、注浆孔107)，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的卸压孔(202、204、206、208)进行卸压，即且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

在本发明的另一具体实施例中，注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构为错位型结构时，注浆孔1进行地层加固注浆，相邻注浆孔1和卸压孔2进行卸压时的具体步骤如下：

首在，在第一个注浆孔109注浆时，通过与该第一个注浆孔109相邻的两个注浆孔116/110、距离该第一个注浆孔109最近的两个卸压孔208/201进行卸压处理。接着，按照顺时针或者逆时针方向，例如按顺时针方向间隔一个注浆孔110在第三个注浆孔111注浆时，通过与该第三个注浆孔111相邻的两个注浆孔110/112、距离该第三个注浆孔111最近的两个卸压孔202/203进行卸压处理。最后，依次类推(注浆孔113、注浆孔115)，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。在本实施例中，根据错位型结构注浆孔布置方式的特点，每一个注浆孔1都有两个卸压孔2与其距离相等且相距最近，故将这两个卸压孔2都用作卸压过程的观测，确保了卸压过程的准确性和安全性。

在本发明的另一具体实施例中，注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构为混合型结构时，注浆孔1进行地层加固注浆，相邻注浆孔1和卸压孔2进行卸压时的具体步骤如下：

首先，对位于卸压孔2的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔(101、102、103、104、105、106、107、108)进行注浆，具体为：在第一个注浆孔101注浆时，通过与该第一个注浆孔101相邻的两个注浆孔109/110且该两个注浆孔109/110均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第一个注浆孔101最近的卸压孔201进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，例如按照顺时针方向对第二个位于卸压孔202的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔102进行注浆时，通过与该第二个注浆孔102相邻的两个注浆孔110/111且该两个注浆孔110/111均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第二个注浆孔102最近的卸压孔202进行卸压；依次类推，直至到所有位于卸压孔的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔完成注浆。再者，对位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔(109、110、111、112、113、114、115、116)进行注浆，具体为：在第一个注浆孔109注浆时，通过距离该第一个注浆孔109最近的两个卸压孔208/201进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，例如按照顺时针方向对第二个位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔110进行注浆，通过距离该第二个注浆孔110最近的两个卸压孔201/202进行卸压；依次类推至所有位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔完成注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后即完成注浆工作。在本实施例中，采用分开轮流注浆，先进行直线型结构注浆，后进行错位型结构注浆，是为了在注浆时有充足的相邻注浆孔和相近卸压孔进行卸压，确保注浆过程的安全性。再者，由于进行错位型结构的注浆孔进行注浆时，其相邻两边的直线型结构的注浆孔已经进行注浆了，故相邻两边的直线型结构注浆孔无法起到卸压的作用(已经完成注浆工作，不再具有卸压作用)，此时只能通过距离该注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压。

在本发明的另一具体实施例中，注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构为混合型结构(混合型结构是指在井筒3的圆心和卸压孔2的圆心连线的延长线上、相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有注浆孔1)时，注浆孔1进行地层加固注浆，相邻注浆孔1和卸压孔2进行卸压时的具体步骤如下：

首先对位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔(109、110、111、112、113、114、115、116)进行注浆，具体为：在第一个注浆孔109注浆时，通过与该第一个注浆孔109相邻的两个注浆孔108/101且该两个注浆孔108/101均位于卸压孔2的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上、距离该第一个注浆孔109最近的两个卸压孔208/201进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，例如按照顺时针方向对第二个位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔110进行注浆，通过与该第二个注浆孔110相邻的两个注浆孔101/102且该两个注浆孔101/102均位于卸压孔2的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上、距离该第二个注浆孔110最近的两个卸压孔201/202进行卸压；依次类推至所有位于相邻的两个卸压孔2的圆心分别与井筒3的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔(109、110、111、112、113、114、115、116)完成注浆。再对位于卸压孔2的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔(101、102、103、104、105、106、107、108)进行注浆，具体为：在第一个注浆孔101注浆时，通过距离该第一个注浆孔101最近的卸压孔201进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，例如按照顺时针方向对第二个位于卸压孔202的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔102进行注浆时，通过距离该第二个注浆孔102最近的卸压孔202进行卸压；依次类推，直至到所有位于卸压孔2的圆心与井筒3的圆心连线的延长线上的注浆孔(101、102、103、104、105、106、107、108)完成注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后即完成注浆工作。在本实施例中，采用分开轮流注浆，先进行错位型结构注浆，后进行直线型结构注浆，是为了在注浆时有充足的相邻注浆孔1和相近卸压孔2进行卸压，确保注浆过程的安全性。再者，由于进行直线型结构的注浆孔1进行注浆时，其相邻两边的错位型结构的注浆孔1已经进行注浆了，故相邻两边的错位型结构注浆孔1无法起到卸压的作用(已经完成注浆工作，不再具有卸压作用)，此时只能通过距离该注浆孔最近的卸压孔2进行卸压。

在本发明的具体实施例中，注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构可以是直线型结构、错位型结构、混合型结构中的任意一种。而此三种注浆孔1与卸压孔2的布置方式，是根据工程地质、水文地质资料进行选择的，例如地层孔隙率、渗透系数、节理裂隙发育情况、涌水量、水压和地层颗粒级配等综合选择的。直线型结构的注浆孔1在注浆时，通过同圈相邻两个注浆孔1和内圈距离最近的卸压孔2进行卸压，在注浆压力不大，对卸压要求不高的时候可以采用这种布置方式，这种布孔方式比较简单。错位型结构注浆孔1在注浆时，通过同圈相邻两个注浆孔1和内圈距离最近的两个卸压孔2进行卸压，在注浆压力比较大，对卸压要求较高的时候可以采用这种布置方式，这种布孔方式可以确保卸压过程的精确性和可靠性。混合型结构注浆孔1在注浆时，由于兼顾直线型和错位型的特点，在需要加大注浆压力，同时需要增加注浆孔1个数的时候，可以采用这种布置方式。在实际工程时，可以根据具体的工程情况，适当的增加每一圈注浆孔1和卸压孔2的个数，也可以增加注浆孔1的圈数，亦可以在关键部位增加注浆孔1和卸压孔2的布置个数，本发明对此不作限定。

在本发明的具体实施例中，不管采用何种注浆孔1和卸压孔2的钻孔位置布置结构，注浆孔1均不是同一时间注入浆液的，均是采用间歇式注浆方式来完成注浆工作，这是由于卸压孔2的卸压不使用卸压装置，仅通过自身的孔壁自由面进行卸压，故前期注浆时，需要采用间歇式注浆，这样可以保证，前期每次注浆时，具有充足的卸压孔2进行卸压，保护井筒3。若所有注浆孔1同时注浆，则一方面对注浆设备和人员安排强度较高，另一方面对注浆过程通过卸压孔2进行井筒保护的有效性会极大地降低，不利于安全高效的注浆工作。

在本发明的具体实施例中，卸压孔2的卸压不需要采用任何装置，其卸压原理是通过卸压孔2自身的孔壁作为孔隙水排放自由面实现的。随着地层中浆液的不断注入，浆液会挤压地层中的孔隙水，从而形成超孔隙水压力，此时，注浆压力则通过不断向四周扩散的超孔隙水压力而向四周土体发生挤压作用，待该部分超孔隙水压力扩散到卸压孔2附近时，其超孔隙水压力则通过卸压孔2的孔壁直接抬升卸压孔2中的水位，当卸压孔2中的水位上升到地表的时候，即可以停止注浆。在卸压孔2中水位上升的过程中，超孔隙水压力停止向井筒3方向传递，进而起到了卸压，保护井筒3的目的。随着超孔隙水压力的消散，卸压孔2中的水位逐渐下降，待水位下降到稳定初始值时，在该注浆孔继续注浆，周而复始形成间歇式的注浆-卸压-注浆-卸压的作用，直到该注浆孔1完成设计注浆量后注浆结束。

在本发明的具体实施例中，未注浆的注浆孔1，可以作为相邻注浆孔1注浆时的卸压孔使用，其卸压机理与上述卸压孔2的泄压原理相同。

在本发明的具体实施例中，步骤4)中将注浆孔1和卸压孔2全部进行封堵处理，目的是为了使注浆后的土体形成一个统一、完整的加固体。优选地，步骤4)中卸压孔2进行封堵处理是通过低压注浆进行封堵处理。由于卸压孔2与井筒3之间的距离相对于注浆孔1与井筒3之间的距离比较近，卸压孔2采用低压封堵避免了过大的注浆压力直接作用于井筒3，而造成井筒3的破坏。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明提供的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，通过在井筒附近的外圆周布置多个卸压孔，在注浆孔的高压注浆过程中对井筒进行卸压保护，根据卸压孔的卸压效应，整个注浆过程采用间歇式注浆。本发明解决了常规表土地层的注浆方法无法进行深地层高压加固注浆的注浆压力有效控制问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下超固结地层注浆方法的空白，避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；

所述井筒位于中心位置处；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周A上设置多个所述卸压孔，所述外圆周A的半径为R1；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周B上设置多个所述注浆孔，所述外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；

所述注浆孔还与所述井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。

2.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是直线型结构，所述直线型结构是指所述井筒的圆心、所述注浆孔的圆心和所述卸压孔的圆心位于同一条直线上；

优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。

3.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是错位型结构，所述错位型结构是指所述注浆孔的圆心位于两个相邻的所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上；

优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。

4.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是混合型结构，所述混合型结构是指在所述井筒的圆心和所述卸压孔的圆心连线的延长线上、相邻的两个所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有所述注浆孔；

优选地，多个所述注浆孔的个数为16个，多个所述卸压孔的个数为8个。

5.如权利要求1-4任一项所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，相邻两个所述注浆孔之间的距离为L1，所述注浆孔与离该注浆孔最近的所述卸压孔之间的距离为L2，且L1＞L2；

优选地，相邻两个所述注浆孔之间的距离L1大于1.2倍的浆液扩散半径。

6.一种权利要求1-5任一项所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统的注浆方法，其特征在于，所述注浆方法包括以下步骤：

1)注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置；

所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构、错位型结构和混合型结构中的一种；

2)在步骤1)布置结构完成的基础上，钻注浆孔和卸压孔；

3)注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压；

4)步骤3)中的加固注浆完成后，将卸压孔和注浆孔进行封堵处理。

7.如权利要求6所述的注浆方法，其特征在于，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：

首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；

接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；

最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

8.如权利要求6所述的注浆方法，其特征在于，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为错位型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：

首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；

接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；

最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

9.如权利要求6所述的注浆方法，其特征在于，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为混合型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：

首先，对位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆时，通过与该第二个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第二个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；依次类推，直至到所有位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔完成注浆；再者，对位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，通过距离该第二个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压；依次类推至所有位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔完成注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后即完成注浆工作；

或者，首先对位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，再对位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。

10.如权利要求6-9任一项所述的注浆方法，其特征在于，步骤4)中，所述卸压孔和所述注浆孔进行封堵处理是通过低压注浆进行封堵处理。