CN116291396B - 一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法，涉及注浆监测技术领域。本发明具体包括以下步骤：钻孔；分析采空区裂隙发育情况；将监测装置放到钻孔中；加压固定监测装置；用监测装置对钻孔进行分段封堵；用监测装置测试钻孔内注浆前的电阻率；注浆；用监测装置测试钻孔内注浆后的电阻率；用监测装置测试钻孔内浆液结实后的电阻率；在室内对注浆的浆液进行对比组测试；数据比对；分析浆液运移规律；本发明通过在止浆环中设置内侧与外侧的储液囊，且在加压过程中，对储液囊进行对称分布加压，从而可以保证止浆环一直处于均匀对称的水平充气状态，保证加压后的止浆环不会在钻孔内倾斜，保证了后续的注浆效果和传感器的监测效果。
Description
技术领域
本发明属于采空区注浆监测技术领域，具体地说，涉及一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法。
背景技术
采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题；
现有技术中有多种采空区治理方法，其中注浆法是较为常用的一种方法，一种采空区注浆施工工艺，于2022-09-28公开了，公开号为CN115539121A，一种采空区注浆施工工艺，其包括以下步骤：S1，施工准备，清理场地；S2，定点，应用全站仪或动态GPS实地测量放样，将钻机安装就位；S3，成孔，注浆孔在施工过程中应分次序成孔；S4，安装注浆管；S5，制浆，灌注材料选用水泥粉煤灰浆液，灌注浆液由水、水泥、粉煤灰、速凝剂及粗骨料组成，制浆过程在制浆池内完成，制浆时需严格控制浆液搅拌时间，制出的浆液需流动性与稳定性均合格；S6，注浆，将搅拌完成的浆液灌注到采空区内，在灌注过程中首先对采空区底板标高相对较低位置的注浆孔进行施工，再沿倾斜方向由低向高、向边部向中心展开施工；本施工工艺中浆液不易堵塞注浆管，从而可保证施工进度及施工效率；
但上述注浆方法仍存在一定不足，在注浆过程中，注浆设备无法实现浆液扩散半径的监测，同时无法做到浆液在不同采空区地质环境中浆液运移规律；现有技术中虽然存在利用传感监测器对浆液进行流动监测，但在注浆过程中，需要使用止浆环将注浆管固定在钻孔中，但现有技术中的注浆环在使用加压过程中，可能会加压不均匀导致注浆环鼓起后，处于倾斜状态，可能会导致固定的注浆管倾斜，一方面可能会影响注浆效果，另一方面可能会影响传感监测器对浆液流动性规律的监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法，具体包括以下步骤：
步骤一、钻孔；
步骤二、采用钻孔电视观察分析采空区裂隙发育情况；
步骤三、将监测装置下放到步骤一中的钻孔中；
步骤四、加压固定监测装置；
步骤五、步骤四中加压后的监测装置对钻孔进行分段封堵；
步骤六、采用监测装置测试钻孔内注浆前的电阻率，并记录数据；
步骤七、注浆；
步骤八、采用监测装置测试钻孔内注浆后的电阻率，并记录数据；
步骤九、采用监测装置测试钻孔内浆液结实后的电阻率，并记录数据；
步骤十、在室内对注浆的浆液进行对比组测试，并记录数据；
步骤十一、将钻孔内注浆前后的数据和室内对比组的测试数据进行比对；
步骤十二、分析浆液在不同采空区地质条件下的运移规律。
优选地，所述步骤三中的监测装置具体包括：
圆管和信号分析器，所述圆管和信号分析器电性相连；
注浆管，固定连接在圆管内；
多组止浆环，固定连接在圆管上，且多组所述止浆环均匀分布在圆管上；
传感器，固定连接在圆管侧壁上；
多组第一储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第一储液囊对称分布在止浆环中；
多组第二储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第二储液囊对称分布在止浆环中，所述相邻两组第二储液囊位于相邻两组第一储液囊之间；
多组第三储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第三储液囊对称分布在止浆环中；
多组第四储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第四储液囊对称分布在止浆环中；
多组第五储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第五储液囊对称分布在止浆环中；
所述第四储液囊位于第三储液囊与第五储液囊中间。
进一步地，所述圆管中固定连接有多组送液环，所述送液环上固定连接有排液管，所述排液管远离送液环的一端与第一储液囊相连通。
再进一步地，所述第一储液囊上固定连接有第一连通管，所述第一连通管远离第一储液囊的一端固定连接在第二储液囊上；
所述第四储液囊上固定连接有第二连通管，所述第二连通管远离第四储液囊的一端固定连接在第五储液囊上。
进一步地，所述第二储液囊底侧固定连接有多组第三连通管，所述第二储液囊通过第三连通管分别与第三储液囊、第四储液囊相连通，所述第三连通管中滑动连接有堵头。
更进一步地，所述第二储液囊中滑动连接有浮板，所述浮板底侧固定连接有拉绳，所述拉绳远离浮板的一端与堵头固定相连。
为了进一步固定止浆环，还进一步地，所述止浆环中固定连接有第六储液囊，所述第六储液囊与第三储液囊相对，所述第六储液囊上固定连接有第一喷液管。
为了保证两种液体能快速反应，更进一步地，所述第三储液囊上固定连接有第二喷液管，所述第二喷液管与第一喷液管相对。
为了保证第三储液囊和第六储液囊中的液体不会自流泄出，更进一步地，所述第二喷液管和第一喷液管上均连接有压力阀。
为了稳定均匀的向送液环中输液，进一步地，所述圆管上固定连接有进液管，所述进液管与多组所述的送液环均相连通。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过在止浆环中设置内侧与外侧的储液囊，且在加压过程中，对储液囊进行对称分布加压，从而使止浆环一直处于对称鼓起的状态，从而可以保证止浆环一直处于均匀对称的水平充气状态，从而保证加压后的止浆环不会在钻孔内倾斜，从而保证了后续的注浆效果和传感器的监测效果；
本发明通过在止浆环的加压过程中，分别喷出氯化钙溶液和水玻璃溶液，从而可以使两者反应生成硅胶，生成的硅胶具有一定粘性，从而可以粘住止浆环，进一步保证止浆环在钻孔中的稳定性；
本发明通过传感器对分段后的浆液进行监测，且在监测后对比钻孔内电阻率的变化，从而可以判断浆液是否扩散到此，并初步计算分析浆液在不同采空地质体环境中浆液运移规律。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
在附图中：
图1为本发明提出的监测装置的结构示意图；
图2为本发明提出的监测装置中圆管和止浆环的连接结构示意图；
图3为本发明提出的监测装置中注浆管的剖面结构示意图；
图4为本发明提出的监测装置中圆管的剖面结构示意图；
图5为本发明提出的监测装置中止浆环的结构示意图；
图6为本发明提出的监测装置中止浆环的剖面结构示意图；
图7为本发明提出的监测装置中止浆环的内部结构示意图；
图8为本发明提出的监测装置中止浆环的内部结构连接示意图；
图9为本发明提出的监测装置中第四储液囊的剖面结构示意图；
图10为本发明提出的监测装置中第二储液囊的剖面结构示意图；
图11为本发明提出的监测装置中第六储液囊的剖面结构示意图；
图12为本发明提出的监测装置中A部分的放大结构示意图。
图中：1、止浆环；2、圆管；201、进液管；202、传输线；2021、传感器；203、送液环；2031、排液管；204、注浆管；3、第三连通管；301、第一储液囊；3011、第一连通管；302、第二储液囊；3021、浮板；3022、拉绳；3023、堵头；4、连接线；401、第四储液囊；4011、第二连通管；402、第三储液囊；4021、第二喷液管；4022、压力阀；403、第五储液囊；5、信号分析器；6、第六储液囊；601、第一喷液管。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
参照图1-11，圆管2和信号分析器5，信号分析器5上电性连接有连接线4，连接线4远离信号分析器5的一端连接在圆管2上的传输线202上。
信号分析器5为现有技术中的电性信号分析器，传输线202和连接线4为现有信号输送线。
注浆管204，固定连接在圆管2内。
多组止浆环1，固定连接在圆管2上，且多组止浆环1均匀分布在圆管2上。
传感器2021，固定连接在圆管2侧壁上，传感器2021与传输线202电性相连。
多组第一储液囊301，固定连接在止浆环1中，且多组第一储液囊301对称分布在止浆环1中。
多组第二储液囊302，固定连接在止浆环1中，且多组第二储液囊302对称分布在止浆环1中，相邻两组第二储液囊302位于相邻两组第一储液囊301之间。
多组第三储液囊402，固定连接在止浆环1中，且多组第三储液囊402对称分布在止浆环1中。
多组第四储液囊401，固定连接在止浆环1中，且多组第四储液囊401对称分布在止浆环1中。
多组第五储液囊403，固定连接在止浆环1中，且多组第五储液囊403对称分布在止浆环1中；
第四储液囊401位于第三储液囊402与第五储液囊403中间。
圆管2中固定连接有多组送液环203，送液环203上固定连接有排液管2031，排液管2031远离送液环203的一端与第一储液囊301相连通。
第一储液囊301上固定连接有第一连通管3011，第一连通管3011远离第一储液囊301的一端固定连接在第二储液囊302上。
第四储液囊401上固定连接有第二连通管4011，第二连通管4011远离第四储液囊401的一端固定连接在第五储液囊403上。
第二储液囊302底侧固定连接有多组第三连通管3，第二储液囊302通过第三连通管3分别与第三储液囊402、第四储液囊401相连通，第三连通管3中滑动连接有堵头3023。
第二储液囊302中滑动连接有浮板3021，浮板3021底侧固定连接有拉绳3022，拉绳3022远离浮板3021的一端与堵头3023固定相连。
所述浮板3021上固定连接与磁块，所述第二储液囊302内顶壁上固定连接有磁块，所述两组磁块相吸。
参照图1，在使用前，将未加压的圆管2放置垂直放置在钻孔中；
参照图2-11，在使用过程中，向进液管201中输送加压液，输送的加压液将顺着进液管201流动输送至送液环203中，流入送液环203中的液体将通过排液管2031流入第一储液囊301中。根据液体的水平流动性，此时对称设置的两组第一储液囊301将均匀被充液，第一储液囊301中的液面将会逐渐上升。
当第一储液囊301中的液面上升至最高点时，此时第一储液囊301中的液体将通过第一连通管3011输送至第二储液囊302中。此时送液环203仍在向第一储液囊301中充液。此时第一储液囊301中溢出的液体将进入第二储液囊302中，进入第二储液囊302中的液体将逐步增多；
此时第二储液囊302中的浮板3021将逐渐上浮，浮板3021的上浮将会拉动拉绳3022。此时拉绳3022将逐步从松弛状态处于绷紧状态，当浮板3021上升至最高点时，此时浮板3021上的磁块将与第二储液囊302内顶壁上的磁块相吸。在浮板3021上升至最高点时，此时堵头3023刚好从第三连通管3中拉出，此时第二储液囊302中的液体将通过第三连通管3流出，且两组第三连通管3流出的液体流量等于第一连通管3011输入的液体流量，从而使第二储液囊302处于中和状态。
参照图6-11，通过第三连通管3流出的液体将会同时流入第三储液囊402和第四储液囊401。随着一端时间的液体注入，第三储液囊402和第四储液囊401将逐渐被充满，随着一段时间液体的注入，第四储液囊401中的液面将会上升至最顶端。此时第四储液囊401中的液体将通过第二连通管4011逐步流入第五储液囊403中，流入第五储液囊403中的液体将逐步充满第五储液囊403。
参照图6-7，通过先充满两组对称设置的第一储液囊301，从而可以使第一储液囊301位置先鼓起，此时再充满四组对称设置的第二储液囊302，此时内圈储液囊将完全被充满。
通过分组充满对称的第一储液囊301和第二储液囊302，从而可以使止浆环1在被加压过程中，不会因充气不均匀导致止浆环1向一侧倾斜。当内侧六组储液囊被充满时，此时再次通过液体的流入充满第三储液囊402和第四储液囊401。通过充满对称设置的四组第三储液囊402和第四储液囊401，从而可以使止浆环1被初步均匀撑起，初步撑起的止浆环1将贴在钻孔内壁，从而完成圆管2的初步固定；
参照图6-7，第四储液囊401中溢出的液体将会流入第五储液囊403中，通过四组对称设置的第五储液囊403被充满，从而能使外侧十二组储液囊完全被充满，从而可以使止浆环1完全被撑起，从而能使止浆环1紧贴在钻孔内壁，从而可以完成对圆管2的固定。
在第一储液囊301向相连两侧第二储液囊302输送液体时，第一储液囊301的进水量一直等于向两组第二储液囊302的排水量。
在第四储液囊401向相邻的第五储液囊403输送液体时，第四储液囊401的进水量等于向第五储液囊403的排水量。
实施例2：
参照图6-12，与实施例1基本相同，更进一步的是：
止浆环1中固定连接有第六储液囊6，第六储液囊6与第三储液囊402相对，第六储液囊6上固定连接有第一喷液管601。
第三储液囊402上固定连接有第二喷液管4021，第二喷液管4021与第一喷液管601相对。
第二喷液管4021和第一喷液管601上均连接有压力阀4022。
圆管2上固定连接有进液管201，进液管201与多组的送液环203均相连通。
参照图1-12，在第三储液囊402被充满的过程中，第三储液囊402将会挤压第六储液囊6，第六储液囊6被挤压后，第六储液囊6将会形变被压缩，此时第六储液囊6中的压力将会变大，此时第六储液囊6中的压力阀4022将会开启。
第六储液囊6中储放的水玻璃溶液将会通过第一喷液管601喷出，通过第一喷液管601喷出的溶液将喷射在钻孔内壁上。当第三储液囊402被充满时，第六储液囊6中的溶液全部被挤出，在第三储液囊402被充满后，但第四储液囊401需要向第五储液囊403输送液体，此时第三储液囊402仍在被输入液体，此时第三储液囊402中的压力阀4022将会开启，第三储液囊402中多余的液体将会喷出，通过第二喷液管4021喷出的液体将会喷射在钻孔内壁上。
通过进液管201输送的液体为氯化钙溶液，通过第二喷液管4021喷出的氯化钙溶液将喷射至已经被水玻璃溶液浸染的钻孔表面，此时氯化钙溶液将会和水玻璃溶液产生反应。此时反应将会生成硅酸凝胶和硅胶，产生的硅胶具有一定的粘性，能够黏粘止浆环1表面，通过产生的硅胶黏粘撑起后的止浆环1。从而可以进一步固定止浆环1，从而可以使止浆环1在后续注浆过程中不易产生晃动，从而可以保证多组止浆环1对钻孔的分段，从而可以保证浆液规律检测的准确性。
实施例3：
参照图1-12，一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法，具体包括以下步骤：
步骤一、采用钻孔机对采空区进行钻孔。
步骤二、采用钻孔电视观察分析采空区裂隙发育情况，进而可以得到该采空区区域的裂隙情况。
步骤三、将未加压的圆管2放置在钻孔中。
步骤四、向进液管201中高压加入氯化钙溶液，使圆管2上的止浆环1逐渐鼓起。
步骤五、通过四组止浆环1完全鼓起，使止浆环1侧壁紧贴钻孔内壁，完成加压后的固定，此时通过四组止浆环1对钻孔进行三段分层。
步骤六、采用传感器2021测试钻孔内注浆前的电阻率，并记录数据。
步骤七、采用注浆机注浆，浆液将通过注浆管204注射浆液。
步骤八、采用传感器2021测试钻孔内注浆后的电阻率，并记录数据。
步骤九、采用传感器2021测试钻孔内浆液结实后的电阻率，并记录数据。
步骤十、在室内对注浆的浆液进行对比组测试，并记录数据。
步骤十一、将钻孔内注浆前后的数据和室内对比组的测试数据进行比对。
步骤十二、计算浆液在不同采空区地质条件下的运移规律。
参照图1，在使用过程中，采用钻孔机对采空区位置进行钻孔处理，钻孔后，使用钻孔电视探测分析采空区裂隙发育的情况，观察分析后，对观察结构进行计算，并作出相对应的注浆方案。
方案确定后，将圆管2垂直放进钻孔中，向进液管201中注射填充液，填充液为氯化钙溶液。填充液将会注浆充满止浆环1，从而将圆管2固定在钻孔中，通过传感器2021两组金属探测片工作，从而检测未注浆前钻孔内的电阻率，并将检测后的电阻率进行数据记录；
此时开启外部注浆机，浆液桨通过注浆管204向钻孔内注浆，进入钻孔中的浆液将会顺着裂隙流动填充。当流动至最底侧一端时，浆液将会接触最底侧的传感器2021，传感器2021能够初次检测到注浆后的电阻率，随着不断的注浆，浆液会逐步流动至第二层，第三层，通过分层设置的传感器2021感应浆液流至该段时，感应检测电阻率的变化，从而能够分析计算出浆液的流动运移规律。
通过在室内对注浆浆液进行对比组测试，从而能与现场采空区注浆时检测的数据进行比对，通过数据比对从而能够分析计算出浆液的扩散半径和浆液的运移规律。
本发明通过在止浆环1中设置内侧与外侧的储液囊，且在加压过程中，对储液囊进行对称分布加压，从而使止浆环1一直处于对称鼓起的状态，从而可以保证止浆环1一直处于均匀对称的水平充气状态，从而保证加压后的止浆环1不会在钻孔内倾斜，从而保证了后续的注浆效果和传感器2021的监测效果；
本发明通过在止浆环1的加压过程中，分别喷出氯化钙溶液和水玻璃溶液，从而可以使两者反应生成硅胶，生成的硅胶具有一定粘性，从而可以粘住止浆环1，进一步保证止浆环1在钻孔中的稳定性。
本发明通过传感器2021对分段后的浆液进行监测，且在监测后对比钻孔内电阻率的变化，从而可以判断浆液是否扩散到此，并初步计算分析浆液在不同采空地质体环境中浆液运移规律。
本方面通过止浆环1对钻孔进行分段处理，从而可以防止浆液从某一段的通道进入导致整个孔内充满浆液，从而能够达到测试不同采空地质环境中浆液流动规律结果。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (1)
1.一种钻孔内实时监测采空区浆液运移、凝结方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一、钻孔；
步骤二、采用钻孔电视观察分析采空区裂隙发育情况；
步骤三、将监测装置下放到步骤一中的钻孔中；
步骤四、加压固定监测装置；
步骤五、步骤四中加压后的监测装置对钻孔进行分段封堵；
步骤六、采用监测装置测试钻孔内注浆前的电阻率，并记录数据；
步骤七、注浆；
步骤八、采用监测装置测试钻孔内注浆后的电阻率，并记录数据；
步骤九、采用监测装置测试钻孔内浆液结实后的电阻率，并记录数据；
步骤十、在室内对注浆的浆液进行对比组测试，并记录数据；
步骤十一、将钻孔内注浆前后的数据和室内对比组的测试数据进行比对；
步骤十二、分析浆液在不同采空区地质条件下的运移规律；
所述步骤三中的监测装置具体包括：
圆管和信号分析器，所述圆管和信号分析器电性相连；
注浆管，固定连接在圆管内；
多组止浆环，固定连接在圆管上，且多组所述止浆环均匀分布在圆管上；
传感器，固定连接在圆管侧壁上；
多组第一储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第一储液囊对称分布在止浆环中；
多组第二储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第二储液囊对称分布在止浆环中，相邻两组所述第二储液囊位于相邻两组第一储液囊之间；
多组第三储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第三储液囊对称分布在止浆环中；
多组第四储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第四储液囊对称分布在止浆环中；
多组第五储液囊，固定连接在止浆环中，且多组所述第五储液囊对称分布在止浆环中；
所述第四储液囊位于第三储液囊与第五储液囊中间；
所述圆管中固定连接有多组送液环，所述送液环上固定连接有排液管，所述排液管远离送液环的一端与第一储液囊相连通；
所述第一储液囊上固定连接有第一连通管，所述第一连通管远离第一储液囊的一端固定连接在第二储液囊上；
所述第四储液囊上固定连接有第二连通管，所述第二连通管远离第四储液囊的一端固定连接在第五储液囊上；
所述第二储液囊底侧固定连接有多组第三连通管，所述第二储液囊通过第三连通管分别与第三储液囊、第四储液囊相连通，所述第三连通管中滑动连接有堵头；
所述第二储液囊中滑动连接有浮板，所述浮板底侧固定连接有拉绳，所述拉绳远离浮板的一端与堵头固定相连；
所述止浆环中固定连接有第六储液囊，所述第六储液囊与第三储液囊相对，所述第六储液囊上固定连接有第一喷液管；
所述第三储液囊上固定连接有第二喷液管，所述第二喷液管与第一喷液管相对；
所述第二喷液管和第一喷液管上均连接有压力阀；
所述圆管上固定连接有进液管，所述进液管与多组所述送液环均相连通。
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