CN112502663B - 基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法 - Google Patents
基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，属于矿山工程施工技术领域。本发明基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，是在井筒外围先施工一圈注浆孔，然后采用定向液压机械劈裂技术，使得注浆孔间岩体通过定向致裂裂缝相互贯穿起来，其后采用地下注浆，形成连续帷幕，有效地切断深部岩层孔隙水与井筒之间联系，可以极大地提高深部孔隙基岩承压水的截流防渗堵漏可靠性，防止淹井事故发生。同时，具有一定强度和厚度的注浆帷幕及与井筒之间岩层可被充分利用作为井筒支护结构的一部分，实现注浆帷幕、地层岩石、井壁支护结构共同承担深部地层压力和孔隙水压。
Description
技术领域
本发明涉及一种帷幕注浆方法，属于矿山工程施工技术领域。
背景技术
目前，在深部地层井筒施工过程中，往往需要穿越围岩裂隙发育且涌水量很大的含水孔隙岩层。深部岩层孔隙水通常为承压水，水压较大，在井筒施工时存在潜在的淹井风险，这将造成惨重的人员伤亡和重大的经济损失。
现有技术中为了封堵深部岩层孔隙水，实现“打干井”的目的，避免淹井等事故发生，通常采用地面帷幕注浆法。该方法是在井筒外围以合理的孔间距布置一圈（或多圈）注浆孔，通过向孔内注入浆液，使得浆液在岩体孔隙间渗透，封堵孔隙水渗流通道，形成一道截断水流的注浆帷幕。由于基岩段裂隙发育的复杂性,按照当前预注浆技术水平，即使采用渗透性较高的化学浆液注浆，注浆帷幕也难以形成一道厚度和深度符合设计要求、能封严堵实全部孔隙水渗流通道的有效防渗帷幕，从而达不到理想的防渗堵漏效果，时有淹井事故发生。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，可有效地切断深部岩层孔隙水与井筒之间联系，极大地提高深部孔隙基岩承压水的截流防渗堵漏可靠性，防止淹井事故发生。同时，具有一定强度和厚度的注浆帷幕及与井筒之间岩层可被充分利用作为井筒支护结构的一部分。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，包括如下步骤：
步骤1：在待开挖井筒的外围以环绕方式间隔布置多个钻孔位置，按照布置好的钻孔位置从地面向下垂直钻孔，直至穿过含孔隙水基岩段，环绕待开挖井筒的外围形成多个垂直孔；垂直孔采用泥浆护壁；
步骤2：在垂直孔内，按预先设计的致裂方向，采用高压水射流在孔壁内冲击出一道豁口；
步骤3：通过牵引绳，将基于液压机械劈裂技术原理的液压机械劈裂棒，沿着相邻的两垂直钻孔下放至含孔隙水基岩段，并进行下放深度的记录与校正，然后在地面用固定支座悬挂并固定牵引绳；
步骤4：启动液压机械劈裂棒高压油源电源，通过高压油管将高压油源输送至劈裂棒的柱塞；
步骤5：在地面通过高压泵对高压油源增压，使得柱塞顶进推力逐渐增大，在垂直钻孔豁口的应力集中作用下，相邻两孔之间岩体按所述豁口设计方向（即致裂方向）起裂；在高压泵的增压作用下，致裂裂缝进一步扩展，使得两孔之间岩体沿着致裂裂缝方向完全彼此裂开；
步骤6：通过高压泵降低油源压力，使得柱塞回缩；通过牵引绳，取出劈裂棒；
步骤7：重复步骤3~步骤6，进行下一对相邻钻孔的液压机械劈裂施工，直至整个含水孔隙基岩段都通过深孔定向致裂而相互裂开，并且致裂裂缝跨过含水孔隙基岩段而深入隔水层；
步骤8：在实施定向液压机械劈裂的垂直孔内，在孔隙基岩段上部安装封隔器，注入示踪剂，通过观测示踪剂是否从相邻垂直孔封隔段内流出来判断定向致裂效果；
步骤9：若待开挖井筒周围相邻垂直孔彼此间孔隙岩层完全裂开成破裂面，即可进行孔内注浆；向步骤1形成的垂直孔下放并固定注浆管，在含水孔隙基岩段上部，在注浆管外壁与注浆孔壁间安装封隔器，从步骤1形成的垂直孔底部注入水泥浆液，从下往上依次置换护壁泥浆；注浆采用相邻两孔“一进一出”方式，从一孔注进浆液，直至相邻的另外一孔返出水泥浆为止；待浆液凝固后，在深部地下含水孔隙基岩段形成筒状地下连续帷幕。
进一步，所述步骤1中，采用深孔钻机钻出所述垂直孔。
进一步，所述步骤6中，同时采用电阻率测孔方法来判断两孔间含水孔隙基岩裂开成破裂面的完整程度。
进一步，所述步骤7中，筒状地下连续帷幕的横截面为多边形或环形。
进一步，所述步骤7中，注入的水泥浆液替换为掺入钢纤维的混凝土浆液。
本发明的有益效果是：本发明通过深部地下定向致裂帷幕注浆，形成注浆隔水帷幕，能够截断孔隙基岩段承压水的渗流通道，达到防渗堵漏的目的；同时定向致裂地下连续注浆帷幕墙体及与井筒之间的岩层具有一定厚度和强度，可以减轻井壁承压，对井壁起到安全保护作用，甚至能够减薄孔隙基岩段井壁厚度而节省工程造价成本，简化施工工艺等，具有重要工程实践意义。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明筒状地下连续帷幕的横截面示意图；
图2是本发明筒状地下连续帷幕立体结构示意图；
图3是液压机械劈裂技术在本发明中的工作原理示意图；
图中，1、垂直孔，2、豁口，3、破裂面，4、牵引绳，5、劈裂棒，6、柱塞，7、支座，8、电源，9、液压泵。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对于本领域技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
如图1-图3所示的一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，包括如下步骤：
步骤1：在待开挖井筒的外围以环绕方式间隔布置多个钻孔位置，按照布置好的钻孔位置从地面向下垂直钻孔，直至穿过含孔隙水基岩段，环绕待开挖井筒的外围形成多个垂直孔1；垂直钻孔直径通常为100~130mm，采用泥浆护壁；
步骤2：在垂直孔内，按预先设计的致裂方向，采用高压水射流在孔壁内冲击出一道豁口2；
步骤3：通过牵引绳，将基于液压机械劈裂技术原理的液压机械劈裂棒5，沿着相邻的两垂直孔1下放至含孔隙水基岩段，并进行下放深度的记录与校正，然后在地面用固定支座悬挂并固定牵引绳4。液压机械劈裂棒5直径通常为90~120mm.
步骤4：启动液压机械劈裂棒高压油源电源，通过高压油管将高压油源输送至劈裂棒的柱塞6；
步骤5：在地面通过高压泵对高压油源增压，使得柱塞顶进推力逐渐增大，在垂直钻孔豁口的应力集中作用下，相邻两孔之间岩体按所述豁口设计方向（即致裂方向）起裂；在高压泵的增压作用下，致裂裂缝进一步扩展，使得两孔之间岩体沿着致裂裂缝方向完全彼此裂开；
步骤6：通过高压泵降低油源压力，使得柱塞回缩，通过牵引绳，取出劈裂棒；
步骤7：重复步骤3~步骤6，进行下一对相邻钻孔的液压机械劈裂施工，直至整个含水孔隙基岩段都通过深孔定向致裂而相互裂开，并且致裂裂缝跨过含水孔隙基岩段而深入隔水层；
步骤8：在实施定向液压机械劈裂的垂直孔内，在孔隙基岩段上部安装封隔器，注入示踪剂，通过观测示踪剂是否从相邻垂直孔封隔段内流出来判断定向致裂效果；
步骤9：若待开挖井筒周围相邻垂直孔彼此间孔隙岩层完全裂开成“破裂面”，即可进行孔内注浆；向步骤1形成的垂直孔下放并固定注浆管，在含水孔隙基岩段上部，在注浆管外壁与注浆孔壁间安装封隔器，从步骤1形成的垂直孔底部注入水泥等浆液，从下往上依次置换护壁泥浆；注浆采用相邻两孔“一进一出”方式，从一孔注进浆液，直至相邻的另外一孔返出水泥浆为止；待浆液凝固后，在深部地下含水孔隙基岩段形成筒状地下连续帷幕。
进一步，所述步骤1中，采用深孔钻机钻出所述垂直孔。
进一步，所述步骤8中，同时采用电阻率测孔方法来判断两孔间孔隙岩层裂缝贯穿“破裂面”的完整程度。
进一步，所述步骤9中，筒状地下连续帷幕的横截面为多边形或环形。
进一步，所述步骤9中，注入的水泥浆液替换为掺入钢纤维的混凝土浆液。
本发明提供的一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，是在井筒外围先施工一圈注浆孔，然后采用定向液压机械劈裂技术，使得注浆孔间岩体通过定向致裂裂缝相互贯穿起来，其后采用地下注浆，形成连续帷幕，有效地切断深部岩层孔隙水与井筒之间联系，可以极大地提高深部孔隙基岩承压水的截流防渗堵漏可靠性，防止淹井事故发生。同时，具有一定强度和厚度的注浆帷幕及与井筒之间岩层可被充分利用作为井筒支护结构的一部分，实现注浆帷幕、地层岩石、井壁支护结构共同承担深部地层压力和孔隙水压，井壁可以采用锚喷支护或比冻结法施工井壁薄得多的钢筋混凝土或混凝土井壁。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤1：在待开挖井筒的外围以环绕方式间隔布置多个钻孔位置，按照布置好的钻孔位置从地面向下垂直钻孔，直至穿过含孔隙水基岩段，环绕待开挖井筒的外围形成多个垂直孔；垂直孔采用泥浆护壁；
步骤2：在垂直孔内，按预先设计的致裂方向，采用高压水射流在孔壁内冲击出一道豁口；
步骤3：通过牵引绳，将基于液压机械劈裂技术原理的液压机械劈裂棒，沿着相邻的两垂直钻孔下放至含孔隙水基岩段，并进行下放深度的记录与校正，然后在地面用固定支座悬挂并固定牵引绳；
步骤4：启动液压机械劈裂棒高压油源电源，通过高压油管将高压油源输送至劈裂棒的柱塞；
步骤5：在地面通过高压泵对高压油源增压，使得柱塞顶进推力逐渐增大，在垂直钻孔豁口的应力集中作用下，相邻两孔之间岩体按所述豁口设计方向起裂；在高压泵的增压作用下，致裂裂缝进一步扩展，使得两孔之间岩体沿着致裂裂缝方向完全彼此裂开；
步骤6：通过高压泵降低油源压力，使得柱塞回缩；通过牵引绳，取出劈裂棒；同时采用电阻率测孔方法来判断两孔间含水孔隙基岩裂开成破裂面的完整程度；
步骤7：重复步骤3~步骤6，进行下一对相邻钻孔的液压机械劈裂施工，直至整个含水孔隙基岩段都通过深孔定向致裂而相互裂开，并且致裂裂缝跨过含水孔隙基岩段而深入隔水层；
步骤8：在实施定向液压机械劈裂的垂直孔内，在孔隙基岩段上部安装封隔器，注入示踪剂，通过观测示踪剂是否从相邻垂直孔封隔段内流出来判断定向致裂效果；
步骤9：若待开挖井筒周围相邻垂直孔彼此间孔隙岩层完全裂开成破裂面，即能够进行孔内注浆；向步骤1形成的垂直孔下放并固定注浆管，在含水孔隙基岩段上部，在注浆管外壁与注浆孔壁间安装封隔器，从步骤1形成的垂直孔底部注入水泥浆液，从下往上依次置换护壁泥浆；注浆采用相邻两孔“一进一出”方式，从一孔注进浆液，直至相邻的另外一孔返出水泥浆为止；待浆液凝固后，在深部地下含水孔隙基岩段形成筒状地下连续帷幕。
2.根据权利要求1所述的基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，其特征在于：所述步骤1中，采用深孔钻机钻出所述垂直孔。
3.根据权利要求1所述的基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，其特征在于：所述步骤7中，筒状地下连续帷幕的横截面为多边形或环形。
4.根据权利要求1所述的基于定向液压机械劈裂技术的帷幕注浆方法，其特征在于：所述步骤7中，注入的水泥浆液替换为掺入钢纤维的混凝土浆液。
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| CN112502663A (zh) | 2021-03-16 |
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