CN108194047A - 一种钻孔固管的循环置换注浆装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，所述工艺分为钻孔，循环注浆，稠浆循环置换稀浆；还提供一种采用该工艺的装置，包括钻孔机、注浆泵、搅拌桶、吸浆管道、注浆管道、回浆管道、封孔器；所述钻孔机管道连接注浆泵，注浆泵一端由吸浆管道连接搅拌桶，另一端由注浆管道连接封孔器的入口，封孔器的出口通过回浆管道连接搅拌桶。本发明的有益效果：采用循环注浆，同时注回浆管道调换注浆一次，使孔内浆液均匀分布，再通过稠浆循环置换稀浆工艺，使孔内浆液由正常配比浆液置换为稠浆，避免水泥固结后收缩的影响，避免出现“空白区”。
Description
技术领域
本发明涉及一种注浆装置及工艺，尤其涉及的是一种钻孔固管的循环置换注浆装置及工艺。
背景技术
煤矿瓦斯及水害治理，经常使用井下钻孔的方式，如抽采瓦斯钻孔、疏放水钻孔、注浆加固隔水钻孔等。《煤矿防治水规定》(总局第28号令)第九十六条规定：在预计水压大于0.1MPa的地点探水时，预先固结套管。钻孔内水压大于1.5MPa时，采用反压和有防喷装置的方法钻进，并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。
井下探放水钻孔施工及钻孔防喷装置使用均需要在孔内预先固结套管，以增加钻孔的稳定性，同时在套管上连接闸阀，当孔内出现异常情况时，通过闸阀控制流量，如果套管固结不牢，会形成很多安全隐患，一是钻孔密闭不好，出现放水钻孔漏水，抽采钻孔漏气；二是在孔内高压水或高压瓦斯的作用下，可能出现孔内套管窜出的安全风险；三是孔内出现异常情况，水压突然增大时，放水钻孔的闸阀无法起到控制水压减少流量的作用，甚至出现钻孔出水难以控制的情况，瓦斯涌出异常时，无法及时对钻孔合茬抽采，可能导致局部瓦斯超限的情况。因此，如何固结钻孔内套管，成为水害及瓦斯治理钻孔的关键步骤。
固定钻孔内的套管目前主要通过在套管与钻孔壁之间注浆的方法来实现，按套管固定的难易程度区分，下向钻孔的套管较易固定，上向钻孔的套管较难固定，平角钻孔的套管最难固定。
钻孔内套管固定效果主要受以下几个因素影响，
(1)套管在孔内需要居中放置，如果套管壁与孔壁接触，那么两者之间无法有水泥浆进入，管壁与孔壁无法固结；
(2)浆液如果在孔内分布不均匀，会出现孔内部分区域无水泥浆，固管效果差；
(3)受到钻孔周边裂隙影响，如果水泥浆液无法封堵裂隙，即使固定住套管，仍然会出现钻孔密封性不好，控水及抽瓦斯效果不佳；
(4)水泥浆液在固结后，会出现不同程度的体积收缩，即使孔内注实了水泥浆，但是固结后孔内仍会出现空白区域，特别对于平角钻孔，孔壁上方极易形成月牙状的孔洞。
综上，现有技术中的固管常常会出现“盲区”，且目前井下固管采用的注浆工艺为一堵一注一回，堵住孔口，一次注浆，一次回浆，想要解决“盲区”的出现，需要多次扫孔、多次注浆，直至合格为止，但是这样既浪费工时，又浪费水泥等材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中固管出现“盲区”的钻孔固管的循环置换注浆装置及工艺。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明一种孔口封闭孔内循环的矿山注浆工艺的装置，包括钻孔机、注浆泵、搅拌桶、吸浆管道、注浆管道、回浆管道、封孔器；所述钻孔机管道连接注浆泵，注浆泵一端由吸浆管道连接搅拌桶，另一端由注浆管道连接封孔器的入口，封孔器的出口通过回浆管道连接搅拌桶。
优选的，所述钻孔机为液压式钻孔机。
优选的，所述注浆泵为液压注浆泵。
优选的，所述搅拌桶为气动搅拌桶，连接井下压力风源。
优选的，所述封孔器为囊袋式封孔器。
优选的，所述注浆泵上设有用于实时观测注浆压力的压力表。
本发明还提供一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，其特征在于，所述工艺分为钻孔，循环注浆，稠浆循环置换稀浆，具体包括以下步骤：
(1)钻孔及下套管，采用钻孔机钻孔至预设深度，并将带有封孔器的套管下入孔内，并使用钻孔机的前夹持器抵住套管；
(2)清水洗孔，在搅拌桶内放入清水，开启注浆泵，清水由吸浆管道、注浆泵、注浆管道、封孔器的注浆管连接以形成的注浆管路，回流至由回浆管道形成的回浆管路，最终循环至搅拌桶；
(3)循环注浆并带压封孔，在搅拌桶内配置正常配比的水泥浆液，由注浆泵吸入经吸浆管道、注浆管道向孔内注浆，待浆液从回浆管道流出时，此时将注浆管道、回浆管道调换，从回浆管道注浆，结束后，关闭回浆管道，继续注浆，使孔内浆液增压，实现带压封孔；
(4)稠浆循环置换稀浆，在搅拌桶配置稠浆，由注浆管道注入，并在吸浆管道、注浆管道、孔内、回浆管道、搅拌桶中循环，直至稀浆被完全置换。
优选的，所述步骤(1)在套管下孔前，在套管外壁上焊接螺母垫片。
优选的，所述步骤(2)、(3)中的注浆管道及回浆管道上设有闸阀。
优选的，所述步骤(4)中配置稠浆时，加入膨胀剂。
本发明相比现有技术具有以下优点：
(1)采用循环注浆，同时注回浆管道调换注浆一次，使孔内浆液均匀分布，再通过稠浆循环置换稀浆工艺，使孔内浆液由正常配比浆液置换为稠浆，避免水泥固结后收缩的影响，避免出现“空白区”；
(2)采用正常配比浆液，充分利用其流动性带压注浆，封堵住钻孔周边裂隙，液压泵的压力较大，能同时封堵住井下的孔隙水导水裂隙；
(3)套管壁面焊接螺母垫片，既保证下套管时减少摩擦阻力，又能将套管架起，避免套管壁与孔壁大面积接触，同时螺母垫片嵌入水泥浆中，减少了套管脱落的风险；
(4)本发明适应“下向钻孔，上向钻孔，平角钻孔”，适应性强。
附图说明
图1是本发明一种钻孔固管的循环置换注浆工艺及装置的结构示意图；
图2是图1中A处的放大图。
图中标号：钻孔机1、进油管11、回油管12、调压阀13、注浆泵2、压力表21、搅拌桶3、搅拌叶片31、吸浆头32、吸浆管道4，注浆管道5、回浆管道6、闸阀61、封孔器7、套管8、螺母垫片81。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明提供一种采用孔口封闭孔内循环的矿山注浆的装置，包括钻孔机1、注浆泵2、搅拌桶3、吸浆管道4、注浆管道5、回浆管道6、封孔器7；所述钻孔机1管道连接注浆泵2，注浆泵2一端由吸浆管道4连接搅拌桶3，另一端由注浆管道5连接封孔器7的入口，封孔器7的出口通过回浆管道6连接搅拌桶3。
所述钻孔机1为液压式钻孔机，此处液压式钻孔机有三个方面作用，一是施工钻孔；二是套管8下入孔内后，使用前夹持器抵住套管8，防止套管8下窜；三是钻孔机1的液压系统为液压注浆泵提供动力。
所述注浆泵2为液压注浆泵，液压注浆泵以液压钻孔机的液压系统为动力，带动缸体做往复运动，实现吸浆、注浆功能，并通过调压阀13调节钻孔机1液压系统的油压，实现对液压泵工作压力的控制。
所述搅拌桶3为气动搅拌桶，连接井下压力风源，驱动搅拌叶片31旋转，实现对水泥浆液的不间断搅拌。
所述封孔器7为囊袋式封孔器，此处采用与套管8大小相匹配的囊袋式封孔器，套在孔口的套管8上，囊袋式封孔器的内部是一个单向阀，注浆时，浆液使囊袋式封孔器的囊袋膨胀，囊袋过滤掉水分，逐渐膨胀加压，压力达到2MPa以上，囊袋式封孔器的注浆管上爆破阀打开，实现向囊袋上方的钻孔内注浆。
所述注浆泵2上设有用于实时观测注浆压力的压力表21。
本装置使用前，首先连接好注浆泵2及搅拌桶3；钻孔施工后将套管8下入孔内，液压钻孔机通过进油管11及回油管12与液压注浆泵相连接，并检查调压阀13，为液压注浆泵提供动力；气动搅拌桶连接好压风管路，开启压风，使搅拌叶片31能正常工作。
其次，连接好注浆管路；吸浆头32放入气动搅拌桶内，吸浆头32为带孔状的圆柱体，保证浆液中不均匀固体无法进入管路，浆液经吸浆头32进入吸浆管道4至液压注浆泵的吸浆口，经加压后，由注浆泵的出浆口经注浆管道5进入囊袋式封孔器的注浆管。
最后，连接好回浆管路；囊袋式封孔器的回浆管伸入到钻孔的最上方，注浆时可通过此回浆管排气。
待准备工作完成，实现以下工艺流程。
本实施例还提供一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，所述工艺分为钻孔，循环注浆，稠浆循环置换稀浆，具体包括以下步骤：
(1)钻孔及下套管，采用钻孔机1钻孔至预设深度，并将带有封孔器7的套管8下入孔内，并使用钻孔机1的前夹持器抵住套管8；
(2)清水洗孔，在搅拌桶3内放入清水，开启注浆泵2，清水由吸浆管道4、注浆泵2、注浆管道5、封孔器7的注浆管连接以形成注浆管路，回流至由回浆管道6形成的回浆管路，最终循环至搅拌桶3；此步骤可检查注浆循环系统是否正常；
(3)循环注浆并带压封孔，在搅拌桶3内配置正常配比的水泥浆液，由注浆泵2吸入经吸浆管道4、注浆管道5向孔内注浆，待浆液从回浆管道流出时，此时将注浆管道、回浆管道调换，从回浆管道6注浆，结束后，关闭回浆管道6，继续注浆，使孔内浆液增压，实现带压封孔；
(4)稠浆循环置换稀浆，在搅拌桶配置稠浆，由注浆管道5注入，并在吸浆管道4、注浆管道5、孔内、回浆管道6、搅拌桶3中循环，直至稀浆被完全置换。
所述步骤(1)在套管8下孔前，在套管8外壁上焊接螺母垫片81，既保证下套管8时减少摩擦阻力，又能将套管8架起，避免套管壁与孔壁大面积接触，同时螺母垫片81嵌入水泥浆中，减少了套管8脱落的风险。
所述步骤(2)、(3)中的注浆管道5及回浆管道6上设有闸阀61，闸阀61开启时，实现浆液循环流动，回浆管路的闸阀61关闭，实现带压注浆，使浆液渗入岩壁裂隙达到封孔严密。
所述步骤(4)中配置稠浆时，加入膨胀剂，进一步避免水泥固结后收缩的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于：包括钻孔机、注浆泵、搅拌桶、吸浆管道、注浆管道、回浆管道、封孔器；所述钻孔机管道连接注浆泵，注浆泵一端由吸浆管道连接搅拌桶，另一端由注浆管道连接封孔器的入口，封孔器的出口通过回浆管道连接搅拌桶。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于，所述钻孔机为液压式钻孔机。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于，所述注浆泵为液压注浆泵。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于，所述搅拌桶为气动搅拌桶，连接井下压力风源。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于，所述封孔器为囊袋式封孔器。
6.根据权利要求1所述的一种钻孔固管的循环置换注浆装置，其特征在于，所述注浆泵上设有用于实时观测注浆压力的压力表。
7.一种采用权利要求1-6任一所述钻孔固管的循环置换注浆装置的工艺，其特征在于，所述工艺分为钻孔，循环注浆，稠浆循环置换稀浆，具体包括以下步骤：
(1)钻孔及下套管，采用钻孔机钻孔至预设深度，并将带有封孔器的套管下入孔内，并使用钻孔机的前夹持器抵住套管；
(2)清水洗孔，在搅拌桶内放入清水，开启注浆泵，清水由吸浆管道、注浆泵、注浆管道、封孔器的注浆管连接以形成的注浆管路，回流至由回浆管道形成的回浆管路，最终循环至搅拌桶；
(3)循环注浆并带压封孔，在搅拌桶内配置正常配比的水泥浆液，由注浆泵吸入经吸浆管道、注浆管道向孔内注浆，待浆液从回浆管道流出时，此时将注浆管道、回浆管道调换，从回浆管道注浆，结束后，关闭回浆管道，继续注浆，使孔内浆液增压，实现带压封孔；
(4)稠浆循环置换稀浆，在搅拌桶配置稠浆，由注浆管道注入，并在吸浆管道、注浆管道、孔内、回浆管道、搅拌桶中循环，直至稀浆被完全置换。
8.根据权利要求6所述的一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，其特征在于，所述步骤(1)在套管下孔前，在套管外壁上焊接螺母垫片。
9.根据权利要求6所述的一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，其特征在于，所述步骤(2)、(3)中的注浆管道及回浆管道上设有闸阀。
10.根据权利要求6所述的一种钻孔固管的循环置换注浆工艺，其特征在于，所述步骤(4)中配置稠浆时，加入膨胀剂。
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