CN108868825B - 高压大涌水量钻孔快速封堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压大涌水量钻孔快速封堵方法，根据高压涌水钻孔(13)水文地质信息对高压涌水钻孔(13)进行封堵设计，用钻具在高压涌水钻孔(13)的孔壁上施工钻孔孔壁凹槽(5)，在注浆锚杆(4)上加工锚杆凸起(7)，将组装好的套袋锚杆装置固定在高压涌水钻孔(13)内；从套袋注浆导管(3)向锚杆套袋(6)内进行注浆，当达到设定压力时，停止注浆，保持注浆锚杆阀门(1)开启状态，待锚杆套袋(6)内注浆材料凝固稳定后，将注浆锚杆阀门(1)关闭，从而完成高压涌水钻孔(13)的封堵。本发明方法不仅可以安全、高效、便捷地对高压富含水钻孔进行封堵，而且可以对涌水进行资源化再利用。
Description
技术领域
本发明属于深部掘进工程技术领域，具体涉及一种超前钻孔探水工程中对高压大涌水量钻孔的快速封堵方法，特别适合于涌水量大、水压高的钻孔封堵、加固及再利用。
背景技术
巷道和竖井掘进施工中，尤其是通过复杂含水带时，必须进行超前钻孔探水，从而来规避突水灾害。当探水钻孔水压小、涌水量少时，可以采用水泥－水玻璃双液注浆的方式进行封堵，但当涌水量大、水压高时，水泥－水玻璃双液注浆材料会产生浆液离散和浆体结构孔洞问题。工程实际中，还有将注浆锚杆缠上麻线直接砸进探水钻孔，此种方法不但封堵不牢靠，而且施工也很困难。因此，涌水量大、水压高的超前钻孔快速、高效封堵是一个亟待解决的技术难题。
为了解决已施工的超前钻孔的涌水封堵问题，《山西建筑》2015年3月发表的“宜万铁路云雾山岩溶隧道超前钻孔注浆封堵技术”一文中，研究了该隧道超前钻孔注浆封堵技术，介绍了具体的施工准备工作，主要从封堵工艺、浆液配比、注浆压力三方面阐述了钻孔注浆封堵施工技术措施，并给出了一些施工建议。但该技术在施工工艺上，仍然采用水泥单液浆直接注浆封堵，最后采用水泥－水玻璃双液浆封口。其封堵的理念就是置换，由易到难，首先用水置换泥砂，再用单液浆置换水，最终用双液浆封口，无法做到快速、高效封堵超前钻孔，也不适合涌水量大、水压高的钻孔封堵、加固及再利用。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的封堵不牢靠、施工很困难及无法做到快速、高效封堵的问题，而提供一种高压大涌水量钻孔快速封堵方法，该封堵方法不仅可以安全、高效、便捷地对高压富含水钻孔进行封堵，而且可以对涌水进行资源化再利用。
为实现本发明的上述目的，本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法采用以下技术方案实现：
本发明一种高压大涌水量钻孔快速封堵方法，含有高压涌水钻孔，所述的高压涌水钻孔自隔水层下探至高压富含水层，采用以下技术方案对高压涌水钻孔进行封堵：
1)根据高压涌水钻孔水文地质信息对高压涌水钻孔进行封堵设计，确定注浆锚杆的规格尺寸、注浆锚杆阀门和套袋注浆导管阀门的型号、锚杆套袋的型号和尺寸、套袋注浆导管尺寸和套袋注浆材料。
所述的注浆锚杆的直径应比高压涌水钻孔的孔径小20-30mm，如φ42mm的高压涌水钻孔，注浆锚杆选择φ20-30mm；φ90mm高压涌水钻孔，注浆锚杆的直径选择φ70-80mm。对直径较大的高压涌水钻孔，注浆锚杆直径选择范围较大，可将注浆锚杆直径适当缩小。
所述的锚杆套袋采用聚酯滤水网套袋为佳，聚酯滤水网为工业滤水网，具有良好的透水、透气性质，透气度(127PA)≥4000，但由于加工工艺特殊，其可以阻止注浆材料透过。而且，聚酯滤水网的型号种类较多，网面强度从≥700N/CM到≥1500N/CM不等，接口强度从≥450N/CM到≥1000N/CM不等，选用合适的聚酯滤水网加工成的套袋可以满足此类涌水钻孔的注浆封堵强度要求。
所述的锚杆套袋的直径应为高压涌水钻孔孔径的1.1-1.5倍，对于坚硬钻孔围岩取小值，对于软弱易变性的钻孔围岩取大值。
所述的套袋注浆材料采用水泥－水玻璃双液注浆材料，可以添加适度的添加剂，加速注浆材料的凝固。
2)用钻具在高压涌水钻孔的孔壁上施工钻孔孔壁凹槽，在注浆锚杆上加工锚杆凸起，将锚杆套袋套装在加工有锚杆凸起的注浆锚杆上并用套袋固定圈固定，将上部设有套袋注浆导管阀门的套袋注浆导管插入到锚杆套袋内，并密封锚杆套袋的袋口，将设置在注浆锚杆上的注浆锚杆阀门保持开启；注浆锚杆、锚杆套袋、套袋注浆导管组合构成套袋锚杆装置；将组装好的套袋锚杆装置固定在高压涌水钻孔内。
所述的锚杆套袋位于施工有钻孔孔壁凹槽的高压涌水钻孔内的对应位置为佳；所述的锚杆套袋套装在加工有锚杆凸起的注浆锚杆上的对应位置为宜。
在注浆锚杆的下部一般还设有注浆锚杆卡扣。
3)从套袋注浆导管向锚杆套袋内进行注浆，当达到设定压力时，停止注浆，保持注浆锚杆阀门开启状态，待锚杆套袋内注浆材料凝固稳定后，将注浆锚杆阀门关闭，从而完成高压涌水钻孔的封堵。
如需进一步注浆来加固高压富含水层，如在竖井掘进面的注浆堵水加固，还可以将注浆泵连到注浆锚杆上设置的注浆锚杆阀门，进一步利用注浆锚杆对高压涌水钻孔进行注浆加固、封堵，但在设计阶段应充分考虑注浆压力。
也有矿山将高压涌水钻孔内的水用于生产用水，从而提高矿山效益。在该情况下，打开注浆锚杆上设置的注浆锚杆阀门，将高压涌水钻孔内的水导出用于工业生产用水。如在巷道掘进时，可将巷道内的单点钻孔用水封堵后，用于巷道工作面的打钻用水。
本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法采用以上技术方案后，具有以下有益效果：
(1)本发明将高压涌水钻孔分成两部分进行封堵，一部分为加阀门的注浆锚杆，另一部分为注浆锚杆和高压涌水钻孔之间的间隔。采用两步封堵方式，首先从套袋注浆导管向锚杆套袋内进行注浆，对注浆锚杆和高压涌水钻孔之间的间隔进行注浆封堵，此时空心的注浆锚杆进行疏水泄压，待浆体凝固稳定后，将注浆锚杆上的阀门关闭，即完成高压涌水钻孔的封堵工作。如需进一步注浆来封堵高压含水层，可将注浆泵连到注浆锚杆的阀门，从而可以进行注浆工艺。
(2)本发明方法能够安全、高效、便捷地对高压富含水钻孔进行封堵，极大地改变了传统的此类钻孔的封堵工艺，减少注浆工人暴露在井下高湿工作环境的时间，减少了事故发生的可能性。
(3)将钻孔封堵与矿山工程实际相结合，尤其是和钻孔封堵后下一步工作相结合，可以实现矿山的节能。
(4)可以根据不同的地质条件，调节锚固力，具有良好的工程实际适应能力。
(5)还可以对高压涌水钻孔的水进行综合利用，用于工业生产。
附图说明
图1为本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法结构布置剖面示意图；
图2为本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法注浆效果剖面示意图。
附图标记为：1-注浆锚杆阀门；2—套袋注浆导管阀门；3—套袋注浆导管；4—注浆锚杆；5—钻孔孔壁凹槽；6—锚杆套袋；7—锚杆凸起；8—套袋固定圈；9—隔水层；10—注浆锚杆卡扣；11—高压富含水层；12—套袋注浆体；13—高压涌水钻孔。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法做进一步详细说明。
由图1所示的本发明高压大涌水量钻孔快速封堵方法结构布置剖面示意图并结合图2看出，高压涌水钻孔13自隔水层9下探至高压富含水层11，采用以下技术方案对高压涌水钻孔13进行封堵：
1)根据高压涌水钻孔13水文地质信息对高压涌水钻孔13进行封堵设计，确定注浆锚杆4规格尺寸、注浆锚杆阀门1和套袋注浆导管阀门2型号、锚杆套袋6型号和尺寸、套袋注浆导管3尺寸和套袋注浆材料。
注浆锚杆4的直径比高压涌水钻孔13的孔径小20-30mm；锚杆套袋6采用聚酯滤水网套袋；套袋注浆材料采用水泥－水玻璃双液注浆材料；锚杆套袋6的直径应为高压涌水钻孔13孔径的1.1-1.5倍，对于坚硬钻孔围岩取小值，对于软弱易变性的钻孔围岩取大值。
2)用钻具在高压涌水钻孔13的孔壁上施工钻孔孔壁凹槽5，在注浆锚杆4上加工锚杆凸起7，注浆锚杆4的下部设有注浆锚杆卡扣10，将锚杆套袋6套装在加工有锚杆凸起7的注浆锚杆4上并用套袋固定圈8固定，将上部设有套袋注浆导管阀门2的套袋注浆导管3插入到锚杆套袋6内，并密封锚杆套袋6的袋口，将设置在注浆锚杆4上的注浆锚杆阀门1保持开启；注浆锚杆4、锚杆套袋6、套袋注浆导管3组合构成套袋锚杆装置；将组装好的套袋锚杆装置固定在高压涌水钻孔13内；所述的锚杆套袋6位于施工有钻孔孔壁凹槽5的高压涌水钻孔13内的对应位置。
3)从套袋注浆导管3向锚杆套袋6内进行注浆，当达到设定压力时，停止注浆，保持注浆锚杆阀门1开启状态，待锚杆套袋6内注浆材料凝固稳定后，将注浆锚杆阀门1关闭，从而完成高压涌水钻孔13的封堵。
在实际应用中，需要进行锚固力计算，如需通过注浆锚杆4对高压涌水钻孔13进行注浆，以加固、封堵高压富含水层11，需考虑注浆压力、高压富含水层11之水压和预留的安全余量，注浆压力一般为高压富含水层11水压的2倍；如无需对注浆锚杆进行注浆，则需考虑高压富含水层11水压和预留的安全余量。
①利用注浆锚杆对高压涌水钻孔进行注浆，整体锚固力为：
F＝F1+F2≥(3-4)P0πR2
②如无需利用注浆锚杆对高压涌水钻孔进行注浆，整体锚固力为：
F＝F1+F2≥(1-2)P0πR2
F—整体锚固力；F1—注浆锚杆端部锚固力；F2—锚杆套袋对注浆锚杆的摩擦力；P0—高压富含水层水压；R—高压涌水钻孔半径。
注浆锚杆端部锚固力F1一般为固定值，如需增大锚杆的整体锚固力，可以考虑增大锚杆套袋对注浆锚杆的摩擦力F2，通过增大注浆锚杆、高压涌水钻孔内壁的粗糙程度，提升锚杆套袋注浆压力，从而增大整体锚固力。
利用注浆锚杆对高压涌水钻孔进行注浆时，将注浆泵连到注浆锚杆4上设置的注浆锚杆阀门1，进一步利用注浆锚杆4对高压涌水钻孔13进行注浆封堵，对高压富含水层11进行注浆加固、封堵。
如需综合利用高压涌水钻孔13内的水，可以打开注浆锚杆4上设置的注浆锚杆阀门1，将高压涌水钻孔13内的水导出用于工业生产用水。
Claims (8)
1.一种高压大涌水量钻孔快速封堵方法，含有高压涌水钻孔（13），所述的高压涌水钻孔（13）自隔水层（9）下探至高压富含水层（11），其特征在于采用以下技术方案对高压涌水钻孔（13）进行封堵：
1）根据高压涌水钻孔（13）水文地质信息对高压涌水钻孔（13）进行封堵设计，确定注浆锚杆（4）规格尺寸、注浆锚杆阀门（1）和套袋注浆导管阀门（2）型号、锚杆套袋（6）型号和尺寸、套袋注浆导管（3）尺寸和套袋注浆材料；
2）用钻具在高压涌水钻孔（13）的孔壁上施工钻孔孔壁凹槽（5），在注浆锚杆（4）上加工锚杆凸起（7），将锚杆套袋（6）套装在加工有锚杆凸起（7）的注浆锚杆（4）上并用套袋固定圈（8）固定，将上部设有套袋注浆导管阀门（2）的套袋注浆导管（3）插入到锚杆套袋（6）内，并密封锚杆套袋（6）的袋口，将设置在注浆锚杆（4）上的注浆锚杆阀门（1）保持开启；注浆锚杆（4）、锚杆套袋（6）、套袋注浆导管（3）组合构成套袋锚杆装置；将组装好的套袋锚杆装置固定在高压涌水钻孔（13）内；
所述的注浆锚杆（4）的直径比高压涌水钻孔（13）的孔径小20-30mm；所述的锚杆套袋（6）采用聚酯滤水网套袋，所述的锚杆套袋（6）位于施工有钻孔孔壁凹槽（5）的高压涌水钻孔（13）内的对应位置；所述的锚杆套袋（6）的直径应为高压涌水钻孔（13）孔径的1.1-1.5倍，对于坚硬钻孔围岩取小值，对于软弱易变性的钻孔围岩取大值；
3）从套袋注浆导管（3）向锚杆套袋（6）内进行注浆，对高压涌水钻孔（13）进行注浆封堵，当达到设定压力时，停止注浆，保持注浆锚杆阀门（1）开启状态；
4）将注浆泵连到注浆锚杆（4）上设置的注浆锚杆阀门（1），
利用注浆锚杆（4）对高压涌水钻孔（13）进行注浆、封堵，对高压富含水层（11）进行注浆加固、封堵，整体锚固力按照下列公式进行计算：
F=F1+F2≥3P0πR²
F—整体锚固力；F1—注浆锚杆端部锚固力；F2—锚杆套袋对注浆锚杆的摩擦力；P0—高压富含水层水压；R—高压涌水钻孔半径；
最后将注浆锚杆阀门（1）关闭，从而完成高压涌水钻孔（13）、高压富含水层（11）的封堵。
2.如权利要求1所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：所述的套袋注浆材料采用水泥－水玻璃双液注浆材料。
3.如权利要求2所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：在注浆锚杆（4）的下部设有注浆锚杆卡扣（10）。
4.如权利要求3所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：打开注浆锚杆（4）上设置的注浆锚杆阀门（1），将高压涌水钻孔（13）内的水导出用于工业生产用水。
5.一种高压大涌水量钻孔快速封堵方法，含有高压涌水钻孔（13），所述的高压涌水钻孔（13）自隔水层（9）下探至高压富含水层（11），其特征在于采用以下技术方案对高压涌水钻孔（13）进行封堵：
1）根据高压涌水钻孔（13）水文地质信息对高压涌水钻孔（13）进行封堵设计，确定注浆锚杆（4）规格尺寸、注浆锚杆阀门（1）和套袋注浆导管阀门（2）型号、锚杆套袋（6）型号和尺寸、套袋注浆导管（3）尺寸和套袋注浆材料；
2）用钻具在高压涌水钻孔（13）的孔壁上施工钻孔孔壁凹槽（5），在注浆锚杆（4）上加工锚杆凸起（7），将锚杆套袋（6）套装在加工有锚杆凸起（7）的注浆锚杆（4）上并用套袋固定圈（8）固定，将上部设有套袋注浆导管阀门（2）的套袋注浆导管（3）插入到锚杆套袋（6）内，并密封锚杆套袋（6）的袋口，将设置在注浆锚杆（4）上的注浆锚杆阀门（1）保持开启；注浆锚杆（4）、锚杆套袋（6）、套袋注浆导管（3）组合构成套袋锚杆装置；将组装好的套袋锚杆装置固定在高压涌水钻孔（13）内；
所述的注浆锚杆（4）的直径比高压涌水钻孔（13）的孔径小20-30mm；所述的锚杆套袋（6）采用聚酯滤水网套袋，所述的锚杆套袋（6）位于施工有钻孔孔壁凹槽（5）的高压涌水钻孔（13）内的对应位置；所述的锚杆套袋（6）的直径应为高压涌水钻孔（13）孔径的1.1-1.5倍，对于坚硬钻孔围岩取小值，对于软弱易变性的钻孔围岩取大值；
3）从套袋注浆导管（3）向锚杆套袋（6）内进行注浆，当达到设定压力时，停止注浆，保持注浆锚杆阀门（1）开启状态，待锚杆套袋（6）内注浆材料凝固稳定后，将注浆锚杆阀门（1）关闭，从而完成高压涌水钻孔（13）的封堵；
整体锚固力按照以下公式进行计算：
F=F1+F2≥P0πR²
F—整体锚固力；F1—注浆锚杆端部锚固力；F2—锚杆套袋对注浆锚杆的摩擦力；P0—高压富含水层水压；R—高压涌水钻孔半径。
6.如权利要求5所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：所述的套袋注浆材料采用水泥－水玻璃双液注浆材料。
7.如权利要求6所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：在注浆锚杆（4）的下部设有注浆锚杆卡扣（10）。
8.如权利要求7所述的高压大涌水量钻孔快速封堵方法，其特征在于：打开注浆锚杆（4）上设置的注浆锚杆阀门（1），将高压涌水钻孔（13）内的水导出用于工业生产用水。
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