CN115234193A - 钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法 - Google Patents

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Abstract

钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法，它包括动水固管装置联通封堵供料设备进行钻孔突水弹性颗粒浆液封堵；所述动水固管装置由插入突水钻孔的止水套管和用螺栓固定顶端封闭的管头、带有拉力板的两预应力锚杆构成；所述封堵供料设备由带有孔口管与高压阀的注入管联通混凝土泵再由吸入管联通制有弹性颗粒浆液的搅拌桶构成；利用两预应力锚杆与拉力板将止水套管固定于突水钻孔内；将封堵供料设备的孔口管连通动水固管装置的管头一侧，具体步骤：安设稳定止水套管；配置弹性颗粒流浆液；连接装置与设备；注浆，大颗粒弹性颗粒流浆液高压初堵；加密注浆，小颗粒弹性颗粒流浆液终堵，它具有既能高效治理突水，又能极大降低治理成本等优点。

Description

钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法
技术领域
本发明涉及矿山安全技术领域，尤其涉及一种适于钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法。
背景技术
在大水矿床井下防治水开展过程中，一般按照“有疑必探，先探后掘”的思路进行超前探水。在超前探水钻孔施工时，必须及时的安设止水套管，以防止钻孔突水而引发淹没巷道甚至淹井，但由于矿山水文地质条件的复杂性及富水的不均一性，易出现探孔浅部突然涌水，导致安设止水套管困难，针对上述突水情况现有的治理方法封堵材料一般都是选择水泥浆液类凝固型浆液用于止水套管进行封堵，但无法避免大量跑浆，封堵方法主要有两种：一是顶水封堵法，即给插入突水钻孔的止水套管缠上棉纱等材料，使止水套管尺寸匹配突水钻孔，然后采用钻机或台车等设备将止水套管顶水压入突水钻孔，但此法对地下水的水压有严格要求，存在水压略大则无法实施，一般封堵后钻孔周边易出现漏水现象，且顶水封堵为高风险施工，易对设备及人员造成危害等问题；二是泄压封堵法，即在突水钻孔周边施工泄压孔，降低突水钻孔水压后，再将止水套管安设在突水钻孔中，但此法对泄压孔要求比较高，需要揭露同一水源，因此存在技术要求高，且施工费用大等问题。
经本课题组检索，专利CN105735937A公开了一种“突水钻孔孔壁滤流卸压孔内套管注浆固管封堵装置”，其通过内外管连接的方式向涌水裂隙注入骨料，封堵裂隙涌水，缺点是高压动水时骨料难以有效注入涌水裂隙，易导致失败；专利CN104948133A和专利CN207701142U分别公开了“一种适合高压大流量钻孔涌水的注浆封堵装置及其工艺”和“一种用于封堵钻孔涌水的双液注浆封堵装置”，两者的优点是采用传统注浆，工艺简单，缺点是动水条件下浆液易流失，材料浪费严重；专利CN104790904A公开了“一种高压突水钻孔的封孔装置及封孔方法”，其优点在于采用泄压孔施工，能降低施工难度，缺点是工期长，费用高。未检到钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法相关文献。
为此，研发一种钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法就显得十分迫切。
发明内容
本发明的任务是克服现有的不足，提供一种钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法，它既能高效治理突水，又能极大降低治理成本。
为完成上述任务，本发明采用如下技术方案：
钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法，它包括但不限于动水固管装置联通封堵供料设备进行钻孔突水弹性颗粒浆液封堵；所述动水固管装置由插入突水钻孔的止水套管和用螺栓固定顶端封闭的管头、带有拉力板的两预应力锚杆构成；所述封堵供料设备由带有孔口管与高压阀的注入管联通混凝土泵再由吸入管联通制有弹性颗粒浆液的搅拌桶构成；利用两预应力锚杆与拉力板将止水套管固定于突水钻孔内；将封堵供料设备的孔口管连通动水固管装置的管头一侧，具体步骤与条件如下：
A.安设止水套管，将止水套管放入突水钻孔中，同时利用两预应力锚杆将止水套管固定在突水钻孔周边围岩上，能防止地下水将止水套管冲出；
B.配置浆液，将大颗粒的TPE弹性颗粒与水按照质量比1:1～2加入搅拌桶，配置成弹性颗粒流浆液；
C.连接装置与设备：将封堵供料设备连通动水固管装置；
D.注浆，启动混凝土泵高压将弹性颗粒流浆液注入突水钻孔中，注浆压力至少大于地下水压0.05MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液压入止水套管与突水钻孔之间的间隙，TPE高弹颗粒粒径大于止水套管与突水钻孔之间的间隙，在地下水压和注浆压力的作用下被挤进间隙，在间隙中因TPE高弹颗粒自身回弹能大幅提高摩擦阻力，避免被动水冲出间隙，将止水套管与突水钻孔之间的集中突水转变为局部渗流涌水，能初步固管堵水；
E.加密注浆，降低TPE高弹颗粒的粒径，用小颗粒的TPE弹性颗粒按弹性颗粒与水质量比1:2～3配置成弹性颗粒流浆液，启动混凝土泵高压将其注入突水钻孔中，注浆压力至少大于地下水压0.1MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液压入止水套管与突水钻孔之间的间隙，填塞前期注浆后的缝隙，能最终固管堵水。
与现有技术相比，本发明具有优点或效果：
(1)有效避免突水钻孔治理次生灾害的发生。
(2)节约了工程量、工期和工程成本。
(3)分步采用差异粒径弹性颗粒流浆液，避免传统注浆大量跑浆现象出现，节约了封堵材料成本。
(4)采用差异粒径弹性颗粒材料，增加了密实性，有效提高与保障了治理的效果。
本申请文件涉及的TPE弹性颗粒为高弹性颗粒，是可压缩、弹性膨胀的颗粒，申请人自制的TPE弹性颗粒比重为0.9～1.05g/cm3，伸长率为700％。
附图说明
发明的具体结构由以下附图给出。
图1为本发明提出的一种钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法工艺流程示意图。
图2为图1所示突水钻孔孔口安装剖面示意图。
图3为图1所示突水钻孔孔口安装平面示意图。
图中各标识符号分别表示：
1.止水套管 2.管头 3.螺栓 4.拉力板 5.预应力锚杆 6.孔口管 7.高压阀 8.注入管 9.混凝土泵 10.吸入管 11.搅拌桶 12.弹性颗粒浆液 13.突水钻孔
以下结合附图对本发明作进一步详细地描述。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明所提供的一种钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法,它包括但不限于动水固管装置联通封堵供料设备进行钻孔突水弹性颗粒浆液封堵；所述动水固管装置由插入突水钻孔(13)的止水套管(1)和用螺栓(3)固定顶端封闭的管头(2)、带有拉力板(4)的两预应力锚杆(5)构成；所述封堵供料设备由带有孔口管(6)与高压阀(7)的注入管(8)联通混凝土泵(9)再由吸入管(12)联通制有弹性颗粒浆液(12)的搅拌桶(11)构成；利用两预应力锚杆(5)与拉力板(4)将止水套管(1)固定于突水钻孔(13)内；将封堵供料设备的孔口管(6)连通动水固管装置的管头(2)一侧，具体步骤与条件如下：
A.安设止水套管(1)，将止水套管(1)放入突水钻孔(13)中，同时利用两预应力锚杆(5)将止水套管(1)固定在突水钻孔(13)周边围岩上，能防止地下水将止水套管(1)冲出；
B.配置浆液，将大颗粒的TPE弹性颗粒与水按照质量比1:1～2加入搅拌桶(11)，配置成弹性颗粒流浆液(12)；
C.连接装置与设备：将封堵供料设备连通动水固管装置；
D.注浆，启动混凝土泵(9)高压将弹性颗粒流浆液(12)注入突水钻孔(13)中，注浆压力至少大于地下水压0.05MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液(12)压入止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，TPE高弹颗粒粒径大于止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，在地下水压和注浆压力的作用下被挤进间隙，在间隙中因TPE弹性颗粒自身回弹能大幅提高摩擦阻力，避免被动水冲出间隙，将止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的集中突水转变为局部渗流涌水，能初步固管堵水；
E.加密注浆，降低TPE高弹颗粒的粒径，用小颗粒的TPE弹性颗粒按弹性颗粒与水质量比1:2～3配置成弹性颗粒流浆液(12)，启动混凝土泵(9)高压将其注入突水钻孔(13)中，注浆压力至少大于地下水压0.1MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液压入止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，填塞前期注浆后的缝隙，能最终固管堵水。
本发明可以进一步为：
所述大颗粒的TPE弹性颗粒粒径为2～5mm。
所述小颗粒的TPE弹性颗粒粒径为0.5～1mm。
所述预应力锚杆(5)为M30倒楔型锚杆。
所述拉力板(4)采用5mm厚的10#钢板制成，并在拉力板(4)上开对孔，孔径为30mm。
所述止水套管(1)的下端10～20cm制成花管，上端距离管口30cm处连接拉力板(4)。
工作时，首先在止水套管(1)的下端10～20cm制作成花管，上端距离管口30cm处焊接上拉力板(4)，拉力板(4)采用5mm厚的10#钢板制成，并在拉力板(4)上开孔，孔径直径为30mm。在突水钻孔稳固岩体上施工1.2m深的φ30锚杆孔，钻孔与突水钻孔之间尺寸需与拉力板(4)上开孔对应。锚杆孔施工完成后，将M30倒楔型预应力锚杆(5)装入φ30锚杆孔，之后将焊接有拉力板(4)的止水套管(1)下入突水钻孔(13)，并保证止水套管(1)位于突水钻孔(13)中部，且M30倒楔型预应力锚杆(5)穿过两边拉力板(4)开孔，完成后拧紧M30倒楔型预应力锚杆(5)的螺母，固定住止水套管(1)。
止水套管(1)与管头(2)之间采用M10螺栓(3)连接，连接时打开孔口管(6)上的高压阀(7)，减小突水钻孔(13)的涌水冲击，安装好后，关闭高压阀(7)，之后将注入管(8)的一端和高压阀(7)连接，另一端同混凝土泵(9)的出浆口连接。吸入管(10)的一端与混凝土泵(9)的输入口连接，另一端与搅拌桶(11)连接，完成后打开高压阀(7)。
将粒径范围2～5mm的TPE弹性颗粒与水按照质量比1:1～1:2加入搅拌桶(11)，制成弹性颗粒浆液(12)。弹性颗粒浆液(12)配置后，启动混凝土泵(9)，弹性颗粒浆液(12)将通过吸入管(10)进入混凝土泵(9)，之后在混凝土泵(9)的驱动之下通过注入管(8)和孔口管(6)进入突水钻孔(13)，在钻孔涌水的作用之下进入止水套管(1)和突水钻孔(13)之间缝隙；在突水钻孔(13)与止水套管(1)之间涌水量减小60％时，将TPE弹性颗粒的粒径调整为0.5～1mm，配比(TPE弹性颗粒与水按照质量比调整为1:2～3，重复上述操作，启动混凝土泵(9)，将调整配比的弹性颗粒浆液(12)压入突水钻孔(13)，进一步封堵突水钻孔(13)与止水套管(1)之间的缝隙，确保动水条件下突水钻孔的固管封堵效果。
上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.钻孔突水的动水固管封堵装置的封堵方法，其特征在于它包括但不限于动水固管装置联通封堵供料设备进行钻孔突水弹性颗粒浆液封堵；所述动水固管装置由插入突水钻孔(13)的止水套管(1)和用螺栓(3)固定顶端封闭的管头(2)、带有拉力板(4)的两预应力锚杆(5)构成；所述封堵供料设备由带有孔口管(6)与高压阀(7)的注入管(8)联通混凝土泵(9)再由吸入管(12)联通制有弹性颗粒浆液(12)的搅拌桶(11)构成；利用两预应力锚杆(5)与拉力板(4)将止水套管(1)固定于突水钻孔(13)内；将封堵供料设备的孔口管(6)连通动水固管装置的管头(2)一侧，具体步骤与条件如下：
A.安设止水套管(1)，将止水套管(1)放入突水钻孔(13)中，同时利用两预应力锚杆(5)将止水套管(1)固定在突水钻孔(13)周边围岩上，能防止地下水将止水套管(1)冲出；
B.配置浆液，将大颗粒的TPE弹性颗粒与水按照质量比1:1～2加入搅拌桶(11)，配置成弹性颗粒流浆液(12)；
C.连接装置与设备：将封堵供料设备连通动水固管装置；
D.注浆，启动混凝土泵(9)高压将弹性颗粒流浆液(12)注入突水钻孔(13)中，注浆压力至少大于地下水压0.05MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液(12)压入止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，TPE弹性颗粒粒径大于止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，在地下水压和注浆压力的作用下被挤进间隙，在间隙中因TPE高弹颗粒自身回弹能大幅提高摩擦阻力，避免被动水冲出间隙，将止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的集中突水转变为局部渗流涌水，能初步固管堵水；
E.加密注浆，降低TPE高弹颗粒的粒径，用小颗粒的TPE弹性颗粒按弹性颗粒与水质量比1:2～3配置成弹性颗粒流浆液(12)，启动混凝土泵(9)高压将其注入突水钻孔(13)中，注浆压力至少大于地下水压0.1MPa，通过注浆压力和地下水压力，将弹性颗粒流浆液压入止水套管(1)与突水钻孔(13)之间的间隙，填塞前期注浆后的缝隙，能最终固管堵水。
2.根据权利要求1所述的封堵装置的封堵方法，其特征是所述大颗粒的TPE弹性颗粒粒径为2～5mm。
3.根据权利要求1所述的封堵装置的封堵方法，其特征是所述小颗粒的TPE弹性颗粒粒径为0.5～1mm。
4.根据权利要求1所述的封堵装置的封堵方法，其特征是所述预应力锚杆(5)为M30倒楔型锚杆。
5.根据权利要求1所述的封堵装置的封堵方法，其特征是所述拉力板(4)采用5mm厚的10#钢板制成，并在拉力板(4)上开对孔，孔径为30mm。
6.根据权利要求1或5所述的封堵装置的封堵方法，其特征是所述止水套管(1)的下端10～20cm制成花管，上端距离管口30cm处连接拉力板(4)。
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