CN107218078B - 针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术 - Google Patents
针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术，它的技术核心在于：在注浆施工中采取先进行无压灌浆、再进行微压注浆、最后进行反复多次有压注浆(逐次提高注浆压力)的方式，可以大大提高针对地下煤炭采空区和废巷道进行注浆充填的施工效率，大幅缩短施工工期，降低施工成本，从而真正将注浆的压力提高至5MPa左右，保障施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程施工领域，特别涉及地基基础加固注浆工程和地下充填注浆工程的施工领域，具体说是针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术。
背景技术
目前，对于地下深部未坍塌煤矿废巷道和煤层采空区，通常采取先从地面向地下钻出大孔(130以上)，再用商品混凝土罐车运送标号为M5左右的水泥砂浆到达钻孔处，直接向大孔内卸灌砂浆，砂浆靠重力流下到达深处空洞再横向流动充填较大范围的空洞空间；对于已经坍塌的煤矿巷道和煤层采空区，以及坍塌上方自然空隙和岩层裂隙区，通常采取注浆充填技术进行充填。常用的组成注浆充填技术作业线的注浆泵的类型太简单，都是带压注浆(微压注浆和有压注浆)类型的，无法实现无压灌浆工艺。
常用的注浆充填技术往往存在以下缺陷：1、所采用的注浆泵类型太简单，都是带压注浆(微压注浆和有压注浆)类型的，无法实现无压灌浆工艺；2、地面送浆管通径太单一，只真正适应于较高压力较小流量的有压注浆，对于较大流量的微压注浆和大流量的无压灌浆不适应，盲目为之工效低，严重拖延了工期；3、孔内注浆钢管的花管出浆段的构造，仅仅是对管身钻孔、对管前端敲扁闭口，再对管身上孔群和管前端闭口处扎以胶纸或防水电工胶布。注浆管上这些花管出浆结构在往下放入钻孔时易被孔壁和孔中堵塞物刮破，即使不被刮破，注浆时也被带压浆液挤破，只适应于连续注浆作业。若工艺上需要暂停几小时或几天再注浆的，这种花管出浆结构不太适用，无法达到花管内洗净不堵塞、花管外浆液不被冲淡的工艺目的。
综上所述，面对巨大的市场，如何通过技术的改进，改进出一种专门针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术，将会有着巨大的应用前景。
发明内容
本发明的目的是面对上述问题，提供一种针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术，它的技术核心在于：在注浆施工中采取先进行无压灌浆、再进行微压注浆、最后进行反复多次有压注浆(逐次提高注浆压力)的方式，可以大大提高针对地下煤炭采空区和废巷道进行注浆充填的施工效率，大幅缩短施工工期，降低施工成本，从而真正将注浆的压力提高至5MPa左右，保障施工质量。
本发明的目的是通过以下具体技术方案来实现：首先，采用新式作业线注浆泵群(至少由无压大流量灌浆泵和普通注浆泵两类组成)，比传统作业线上注浆泵群的内容多了一类泵，即：无压大流量灌浆泵，增加了无压大流量灌浆工艺的必要条件；其次，对上述大流量泵、中流量泵(或档)、小流量泵(或档)，分别配用无压送浆大管及垂直地孔代替灌浆管、微压送浆中管及微压注浆管、有压送浆小管及有压注浆管。鉴于传统作业线，只能实现小流量的有压注浆工艺，不能实现大流量的无压灌浆工艺，很难实现中流量的微压注浆工艺(除非送浆距离很短)的情况；考虑到实际注浆作业中，对于已经坍塌的煤矿废巷道和煤层采空区因其空间充填着不规则的大块板状石头，这些石块胡乱架撑堆迭，形成许多很大的石块间空洞，这些空洞互相连通通向很大的一片区域(若采用水泥砂浆充填，由于流动性很差而无法大面积充填)，只能用注浆充填技术的情况；进而认识到以下问题：只能小流量注浆的传统注浆工艺，与上述地下存在的空洞规模不匹配，往往看不到地下是怎么个状态，遵循习惯慢慢注浆，浪费了大量时间。所以积极寻求新式作业线，要求做到：一是大流量灌浆泵接上大流量的无压送浆大管和垂直地孔代替灌浆管组成大流量泵管系统，实现向地下已坍塌的煤矿废弃道以及煤层采空区里的残存大小空间和垮落石块上方原岩层大裂缝空间的匹配注浆工艺；二是普通注浆泵的最大流量档(传统生产线本档基本用不上)接上中流量的微压送浆中管(通径约30～40)和微压注浆管组成中流量泵管系统，实现对那些经大流量无压灌浆已经吃饱的地层(垂直地孔)继续进行中流量微压注浆；三是普通注浆泵的最小流量(最大压力)、或次小流量(次大压力)档，接上小流量的有压送浆小管(通径约20左右)和有压注浆管(通径约20左右)，与传统作业线基本一样，组成小流量泵管系统，实现对那些经中流量微压注浆已经饱和的地层(垂直地孔)继续进行小流量有压注浆。小流量有压注浆时供浆压力范围一般为1～5MPa，满足每一个受浆孔的最终注浆压力要求，需要一个从小到大的培养过程即不断反复注浆逐渐升压直至符合设计要求的过程。就注浆机理而言，要想达到注浆压力要求，要具备两个必要条件：其一是注浆作业线具备提供足够大供浆压力的能力、其二是受浆地层中心(注浆管出浆孔所处位置)密封程度足够高；所以说当泵管注浆系统具备产生足够大供浆压力时，在向某一地层中心反复注浆过程中，每一次注浆、饱和(冒浆)、凝固的工艺过程，都又一次为该地层中心密封程度的提高作出有效努力。可见反复注浆次数越多，受浆地层中心密封程度就越高，实现的注浆压力也越高。具体施工方案如下：
针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术，其工艺特征在于：
1、制浆：注浆浆液由干粉料灰罐、干粉料输送管、一种能对干粉料流送过程进行导流采样并实时监测的Y形管、浆液混拌管、搅拌桶、搅拌池等组成新技术制浆后台制拌产生。一是该制浆后台通过干粉料机械化下料机构上的电脑预先设定数据来控制各种干粉料流量，并在供水管上安装流量表控制水流量，可以做到各种干粉料配料比和水加干料的重量比(水灰比)的基本可控。二是该注浆后台所安装的上述Y形管，方便于随时手动导料采样测定干粉料的实时流量数据，对照同一时刻电脑控制屏下料流量数据，进而修正输送机转速以清除两种数据的矛盾。显然新技术制浆后台，既可彻底克服传统作业线制浆后台存在的两个技术缺陷，即：浆液的干粉料配料比不准确和浆液的水灰比不稳定，又便于对注浆材料质量进行随时采样检测。
2、无压灌浆：注浆泵群至少由大流量的无压灌浆泵和普通注浆泵两类组成，比传统生产线注浆泵多了一类泵：大流量的无压灌浆泵，可实现无压灌浆工艺。无压灌浆进行到地面冒浆时，再进行下一步。由于刚开始时已自然坍塌的地下煤炭采空区和废巷道，在一定范围内存在较大较多的石堆空洞以及外延空间、空隙，正适合无压灌浆实现大流量充填作业来大幅节省施工时间。
3、微压注浆：普通注浆泵的快速档(传统作业线基本不用此档)，接上中流量的微压送浆中管(通径约30-40)和埋设于地孔孔口里的微压注浆管(6-12m深)，形成中流量微压注浆泵管系统，对那些大流量无压灌浆已经吃饱的地层(垂直地孔)，继续进行中流量微压注浆。
4、多次有压注浆：采用了一种注浆管上带止回功能的出浆结构的新式注浆管进行反复多次注浆的工艺才是正确的注浆升压工艺。当某次有压注浆至冒浆时，停止注浆并用清水清洗注浆管内部，且清洗必须把控时间(一般0.5～1.0分钟)，以刚好洗净管内为准，以确保：既用最少的水洗清注浆内部，又减少洗管之水注向管外冲淡已注浆液(保持受浆地层应有的密实度)，也防止出浆结构外部浆液回流进注浆管(保持注浆管的畅通)以迎接下一次加压注浆。待地下浆液凝固，再增加注浆压力，进行下一次注浆，如此反复多次注浆，逐渐增加注浆压力，直至达到设计的最大压力要求。一般而言，设计最大注浆压力在5MPa左右。
本发明的有益效果是：针对地下煤炭采空区和废废巷道进行灌、注浆充填的新技术有以下优点：1、缩短工程工期；2、提高施工效率；3、能够真正使注浆压力达到5MPa或以上；4、确保工程质量达到一个新高度。5、施工条件更加环保卫生。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明：
图1是本发明之前针对地下煤炭采空区和废巷道进行注浆充填所采用的传统技术的实施状态参考图；
图2是本发明的针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术的实施状态参考图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的新技术的施工步骤作进一步的描述。
第一步：引孔：采用地质钻机或潜孔钻机，从地面向地下钻孔，直达或穿过地层深部的煤层采空区或废巷道以及其它有关的空洞、空隙、裂隙等。
第二步：制浆并无压灌浆：
(1)制浆：注浆浆液由干粉料灰罐、干粉料输送管、一种能对干粉料流送过程进行导流采样并实时监测的Y形管、浆液混拌管、搅拌桶、搅拌池等组成新技术制浆后台制拌产生。一是该制浆后台通过干粉料机械化下料机构上的电脑预先设定数据来控制各种干粉料流量，再加上供水管安装的流量表控制水流量，可以做到各种干粉料配料比和水加干料的重量比(水灰比)基本可控。二是该注浆后台所安装的上述Y形管，方便于随时手动导料采样测定干粉料的适时流量数据，对照同一时刻电脑控制屏下料流量数据，进而修正输送机转速，消除两种数据的矛盾。显然上述的制浆工艺不但确保了干粉料配料比的准确性和水加干粉料水灰比的稳定性，而且方便于干粉料随时采样检测促进了施工材料质量的提升。
(2)无压灌浆：无压大流量灌浆泵接上大流量的无压送浆大管和垂直地孔代替灌浆管形成的无压大流量泵管系统，对地下已坍塌或部分坍塌的煤矿废巷道和煤层采空区里的残存空间或垮落石块上部岩层裂隙、空洞，实行匹配灌浆工艺。
第三步：制浆并微压注浆：
(1)制浆：同第二步所述；
(2)微压注浆：普通注浆泵的快速挡(传统作业线基本不用此档)接上中流量的微压送浆中管(通径约30-40)和埋设于地孔孔口里的微压注浆管(深约6-12m)，形成中流量微压注浆泵管系统，对那些经大流量无压灌浆已经吃饱的地层(垂直地孔)继续进行中流量微压注浆。
第四步，制浆并多次有压注浆：
(1)制浆：同第二步所述；
(2)多次有压注浆：
普通注浆泵的最小流量(最大压力)或次小流量(次大压力)档，接上小流量的有压送浆小管(通径约20左右)和设有一种带止回功能出浆结构的有压注浆管(通径约20左右)，形成小流量有压注浆泵管系统，对那些经中流量微压注浆已经饱和的地层(垂直地孔)继续进行小流量有压注浆。有压注浆的供浆压力范围一般为1～5MPa左右。每一个受浆孔的供浆压力的增大需要一个从小到大的培养过程，即不断反复注浆逐渐升压直至符合设计要求的过程。反复多次注浆使注浆压力达到设计要求后，注浆管不再注水洗清，并保留于地下。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.针对地下煤炭采空区和废巷道进行灌、注浆充填的方法，其特征在于：施工步骤如下：
第一步：引孔：采用地质钻机或潜孔钻机，从地面向地下钻孔，直达或穿过地层深部的煤层采空区或废巷道以及其它有关的空洞、空隙、裂隙；
第二步：制浆并无压灌浆：
(1)制浆：注浆浆液由干粉料灰罐、干粉料输送管、一种能对干粉料流送过程进行导流采样并实时监测的Y形管、浆液混拌管、搅拌桶、搅拌池组成制浆后台制拌产生，一是该制浆后台通过干粉料机械化下料机构上的电脑预先设定数据来控制各种干粉料流量，再加上供水管安装的流量表控制水流量，可以做到各种干粉料配料比和水加干粉料的重量比基本可控，二是该制浆后台所安装的上述Y形管，方便于随时手动导料采样测定干粉料的适时流量数据，对照同一时刻电脑控制屏下料流量数据，进而修正输送机转速，消除两种数据的矛盾，显然上述的制浆工艺不但确保了干粉料配料比的准确性和水加干粉料水灰比的稳定性，而且方便于干粉料随时采样检测促进了施工材料质量的提升；
(2)无压灌浆：无压大流量灌浆泵接上大流量的无压送浆大管和垂直地孔代替灌浆管形成的无压大流量泵管系统，对地下已坍塌或部分坍塌的煤矿废巷道和煤层采空区里的残存空间或垮落石块上部岩层裂隙、空洞，实行匹配灌浆工艺；
第三步：制浆并微压注浆：
(1)制浆：同第二步所述；
(2)微压注浆：普通注浆泵的快速挡接上中流量的微压送浆中管和埋设于地孔孔口里的微压注浆管，形成中流量微压注浆泵管系统，对那些经大流量无压灌浆已经吃饱的地层继续进行中流量微压注浆；
第四步，制浆并多次有压注浆：
(1)制浆：同第二步所述；
(2)多次有压注浆：
普通注浆泵的最小流量或次小流量挡，接上小流量的有压送浆小管和设有一种带止回功能出浆结构的有压注浆管，形成小流量有压注浆泵管系统，对那些经中流量微压注浆已经饱和的地层继续进行小流量有压注浆； 有压注浆的供浆压力范围为1～5MPa，每一个受浆孔的供浆压力的增大需要一个从小到大的培养过程，即不断反复注浆逐渐升压直至符合设计要求的过程，反复多次注浆使注浆压力达到设计要求后，注浆管不再注水洗清，并保留于地下。
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