CN116927712A - 一种压力可调式双向封隔注浆装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力可调式双向封隔注浆装置及方法，装置包括连接单元，连接单元的后端连接输浆管，连接单元的前端连接有内滑套管，内滑套管前端封闭、后端开放，内滑套管外由后向前顺序套设有后封隔单元、注浆单元和前封隔单元，前封隔单元的前端还设置有压力调节单元；后封隔单元与前封隔单元均能够在进入内滑套管的浆液推动下坐封，从而在钻孔孔壁、后封隔单元与前封隔单元之间形成密闭注浆空间；注浆单元用于向的密闭注浆空间内填充注浆材料。采用本发明置对待注浆孔段进行注浆耗浆量少，注浆改造区域范围大，透孔作业量小，本发明方法能够在钻孔内存在多个不连续注浆点的情况下，可通过逐个孔段封隔注浆。
Description
技术领域
本发明涉及属于钻孔注浆技术领域，涉及封隔注浆装置，具体涉及一种压力可调式双向封隔注浆装置与方法。
背景技术
利用钻孔方法在煤矿井下煤岩体内构建瓦斯抽采与水体疏放通道，是开展矿井瓦斯灾害治理、顶底板水害防治以及隐蔽致灾地质因素探查的重要手段。然而，钻孔在钻遇断层破碎带以及导水裂隙时，常常面临局部孔段孔壁坍塌、孔内突水，造成钻具卡阻、钻进成孔困难等突出问题，且成孔后因局部孔段孔壁稳定性差，存在较高的坍塌堵孔风险。
为确保钻孔安全钻进与高效利用，通过注浆方法对破碎坍塌及突水孔段孔壁实施加固是最常见的方法。目前煤矿井下常用注浆方法有：全孔注浆法与分段注浆法。全孔注浆法是在钻孔施工至设计深度后，直接自孔口向孔内注浆并利用孔口管法兰止浆，注浆作业流程简单，其缺陷在于：对深孔段的加固效果不佳，且注浆完成后必须需实施透孔作业，工程量大。分段注浆法包括前进分段式注浆与后退分段式注浆两种。前者是在钻孔施工一定长度且出现孔壁坍塌或钻孔出水等异常后，退钻并在孔口安设止浆法兰，然后自孔口管向孔内注浆加固。侯凝透孔后继续钻进，当再次出现塌孔或孔内出水现象，重复上述操作。由于该方法需要循环注浆—侯凝—透孔作业，程序繁琐，浆液耗费量大、施工周期长，多用于煤层顶底板隔水层的区域性注浆加固工程。分段后退注浆法是在钻孔施工至设计深度后，采用孔内止浆塞止浆，通过压气或压水使孔内止浆塞膨胀，将注浆孔段密闭，在注完一段后，再注下一段，与分段前进注浆法相比，可减少透孔工程量，该方法采用的是单向止浆，且必须自孔底向孔口逐段回撤式注浆，无法实现对钻孔局部孔段的定点注浆。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种压力可调式双向封隔注浆装置与方法，该方法采用膨胀式封隔装置的双向止浆在注浆孔段形成密闭空间，实现对任意孔段钻孔壁的可靠注浆加固，以解决现有技术中存在的煤矿井下注浆过程工序复杂、费时费力且效果不佳的的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种压力可调式双向封隔注浆装置，包括连接单元，所述连接单元的后端连接输浆管，所述连接单元的前端连接有内滑套管，所述内滑套管前端封闭、后端开放，所述内滑套管外由后向前顺序套设有后封隔单元、注浆单元和前封隔单元，所述前封隔单元的前端还设置有压力调节单元；
所述后封隔单元与前封隔单元均能够在进入内滑套管的浆液推动下坐封，从而在钻孔孔壁、后封隔单元与前封隔单元之间形成密闭注浆空间；
所述注浆单元用于向所述的密闭注浆空间内填充注浆材料。
本发明还具有以下技术特征：
具体的，所述后封隔单元包括第一胶筒芯管和能够在浆液挤压下膨胀的第一胶筒，所述的第一胶筒套设在第一胶筒芯管外壁上，设置第一胶筒处的第一胶筒芯管管壁上开设有第一注浆孔；
所述注浆单元包括注浆管，所述注浆管的管壁上开设有第二注浆孔；
所述前封隔单元包括第二胶筒芯管和能够在浆液挤压下膨胀的第二胶筒，所述的第二胶筒套设在第二胶筒芯管外壁上，设置第二胶筒处的第二胶筒芯管管壁上开设有第三注浆孔。
更进一步的，所述压力调节单元包括设置有贯穿通孔的弹簧套，所述弹簧套的前端伸入堵头内，所述堵头的前端封闭，所述贯穿通孔中设置有旋合套和弹簧，所述旋合套的前端面与弹簧相连、旋合套的后端面能够与所述内滑套管抵接，且所述弹簧能够在内滑套管的作用下沿弹簧套轴向伸缩。
更进一步的，所述连接单元包括连接设置的正反接头和限位接头，所述内滑套管的后端和第一胶筒芯管的后端均伸入限位接头内。
更进一步的，所述内滑套管的管壁上由后向前顺序设置有第四注浆孔、第五注浆孔和第六注浆孔；所述第四注浆孔两侧的内滑套管外壁上套设有第一挡圈，所述第一挡圈顶面与第一胶筒芯管内壁贴合；所述第五注浆孔两侧的内滑套管外壁上套设有第二挡圈，所述第二挡圈的顶面与注浆管内壁贴合；所述第六注浆孔两侧的内滑套管外壁上套设有第三挡圈，所述第三挡圈顶面与第二胶筒芯管内壁贴合。
更进一步的，所述内滑套管前端靠近压力调节单元处还设置有限位挡圈，所述限位挡圈能够与设置在堵头后端的限位台肩抵接，实现对内滑套管的轴向限位。
更进一步的所述第四注浆孔中轴线与第一注浆孔中轴线的间距a1等于第六注浆孔的中轴线与第三注浆孔的中轴线的间距a2，且a1和a2均小于第五注浆孔的中轴线与第二注浆孔的中轴线的间距a3。
一种压力可调式双向封隔注浆方法，所述方法通过上述压力可调式双向封隔注浆装置实现，包括以下步骤：
步骤1、根据前期勘探获得的地层裂隙发育程度和地层压力数据，确定注浆单元的注浆压力；
步骤2、根据确定的注浆单元的注浆压力确定弹簧的初始压缩量与弹性系数；
步骤3、根据确定的弹簧初始压缩量与弹性系数选择弹簧，然后将选定的弹簧安装在弹簧套内，拧紧旋合套；
步骤4、使用输浆管将所述注浆装置送入孔内，使前封隔单元和后封隔单元分别位于待注浆孔段的两侧；使用注浆泵向所述注浆装置注入浆液，浆液经输浆管进入内滑套管，内滑套管在浆液压力作用下向前移动，推动堵头沿轴向前移压缩弹簧；
步骤5、继续注浆对后封隔单元与钻孔孔壁之间的间隙，以及与前封隔单元与钻孔孔壁之间的间隙进行密封；
步骤6、后封隔单元与前封隔单元完成坐封后，内滑套管在浆液推动下继续压缩弹簧向前移动，至第六注浆孔与第三注浆孔对齐形成注浆通道，浆液经注浆通道进入待注浆孔段，完成待注浆孔段的注浆；
步骤7、浆液压力达到设定值后停止注浆，内滑套管在弹簧的压力作用下复位，注浆通道闭合；待浆液凝固后旋转输浆管使反向接头与限位接头脱开，提出输浆管。
具体的，所述的初始压缩量与弹性系数通过以下方程组确定：
式中，
P1为设定的封隔压力，单位为Mpa；
P2为设定的注浆压力，单位为Mpa；
L1为第四注浆孔与第一注浆孔的轴向距离，单位为mm；
L2为第五注浆孔与第二注浆孔的轴向距离，单位为mm；
r为内滑套管内腔体半径，单位为mm；
Δl为弹簧初始压缩量，单位为mm；
k为弹簧弹性系数，单位为N/mm。
更进一步的，所述的步骤4中对后封隔单元与钻孔孔壁之间的间隙，以及与前封隔单元与钻孔孔壁之间的间隙进行密封的具体方法为：输入浆液，浆液通过第四注浆孔与第一注浆孔进入第一胶筒，通过第六注浆孔与第三注浆孔进入第二胶筒，挤压第一胶筒和第二胶筒膨胀，直至第一胶筒和第二胶筒的外壁与钻孔孔壁紧密接触实现密封。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明装置通过在注浆单元两侧设置后封隔单元和前封隔单元，实现了孔内任意待注浆孔段的双向封隔注浆，且在注浆完成后可实现孔内双向止浆，防止跑浆，改善注浆加固效果。
(2)相比传统全孔注浆与分段注浆，采用本发明置对待注浆孔段进行注浆耗浆量少，注浆改造区域范围大，透孔作业量小。
(3)采用本发明方法能够在钻孔内存在多个不连续注浆点的情况下，可通过逐个孔段封隔注浆，保证每个注浆点位的注浆压力，消除常规注浆方法因裂隙发育程度差异造成注浆效果差的问题。
(4)采用本发明方法能够对不同地层压力的注浆需要，对注浆压力进行调整，以满足不同裂隙发育程度破碎地层注浆需要。
附图说明
图1是本发明的压力可调式双向封隔注浆装置的结构示意图。
图2是本发明的内滑套管结构示意图；
图3是实时例2中的钻孔内双向封隔注浆示意图。
图中各标号表示为：
1-内滑套管，2-连接单元，3-后封隔单元，4-注浆单元，5-前封隔单元，6-压力调节单元，7-输浆管；
11-第四注浆孔，12-第五注浆孔，13-第六注浆孔，14-第一挡圈，15-第二挡圈，16-第三挡圈，17-限位挡圈；
21-正反接头，22-限位接头；
31-第一胶筒芯管，32-第一胶筒；311-第一注浆孔；
41-注浆管，42-第二注浆孔；
51-第二胶筒芯管，52-第二胶筒，511-第三注浆孔；
61-弹簧套，62-堵头，63-旋合套，64-弹簧。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。
实施例1
本实施例公开了一种压力可调式双向封隔注浆装置，如图1所示，包括连接单元2，连接单元2的后端连接输浆管7，连接单元2的前端连接有内滑套管1，内滑套管1前端封闭、后端开放，内滑套管1外由后向前顺序套设有后封隔单元3、注浆单元4和前封隔单元5，前封隔单元5的前端还设置有压力调节单元6；
后封隔单元3与前封隔单元5均能够在进入内滑套管1的浆液推动下坐封，从而在注浆装置外壁、钻孔孔壁、后封隔单元3与前封隔单元5之间形成密闭注浆空间；
注浆单元4用于向密闭注浆空间内填充注浆材料。
作为本实施例的一种优选方案，后封隔单元3包括第一胶筒芯管31和能够在浆液挤压下膨胀的第一胶筒32，第一胶筒32套设在第一胶筒芯管31外壁上，设置第一胶筒32处的第一胶筒芯管31管壁上开设有第一注浆孔311；浆液能够经第一注浆孔311进入第一胶筒芯管31与第一胶筒32之间的空间，使第一胶筒32膨胀；
注浆单元4包括注浆管41，注浆管41的管壁上开设有第二注浆孔42；
前封隔单元5包括第二胶筒芯管51和能够在浆液挤压下膨胀的第二胶筒52，第二胶筒52套设在第二胶筒芯管51外壁上，设置第二胶筒52处的第二胶筒芯管51管壁上开设有第三注浆孔511，浆液能够经第三注浆孔511进入第二胶筒芯管51与第二胶筒52之间的空间，使第二胶筒52膨胀。
具体的：注浆管41的两端分别连接第一胶筒芯管31和第二胶筒芯管51，第一胶筒芯管31、注浆管41和第二胶筒芯管51能够密封插接配合；
本实施例中，第一胶筒32和第二胶筒52均采用可膨胀材料制成，分别包覆于第一胶筒芯管31和第二胶筒芯管51外，使用压环将胶筒的两端扣紧，具有便于模块化组装，结构简单的特点，注浆管41两端分别设置有注浆管前接头和注浆管后接头，注浆管前接头和注浆管后接头内均设置有内螺纹，借助内螺纹分别与第一胶筒芯管31和第二胶筒芯管51螺纹连接。
作为本实施例的一种优选方案，压力调节单元6包括设置有贯穿通孔的弹簧套61，弹簧套61的前端伸入堵头62内，堵头62的前端封闭，贯穿通孔中设置有旋合套63和弹簧64，旋合套63的前端面与弹簧64相连、旋合套63的后端面能够与内滑套管1抵接，且弹簧64能够在进入内滑套管1的浆液的作用下沿弹簧套61轴向伸缩。
旋合套63的直径大于内滑套管1的直径且小与贯穿通孔的直径，内滑套管1的直径小于等于贯穿通孔的直径，即，内滑套管1能够伸入贯穿通孔内，推压旋合套63和弹簧64。
作为本实施例的一种优选方案，连接单元2包括连接设置的正反接头21和限位接头22，且正反接头21和限位接头22均采用中空结构，且通过反向螺纹旋合连接；正反接头1两端分别设置旋合方向相反的正丝螺纹与反丝螺纹，并通过正丝螺纹与注浆管7连接，通过反丝外螺纹与限位接头2连接。限位接头2后端设置反丝内螺纹，用于连接正反接头1上的反丝正螺纹，前端设置正丝内螺纹，用于连接第一胶筒芯管31。
限位接头22内设置有用于对第一胶筒芯管31进行限位的第一限位台阶面，用于对内滑套管1进行限位的第二限位台阶面。
内滑套管1的后端伸入限位接头22内，通过限位台阶面限位，连接接头和内滑套管1构成注浆装置内的浆液输送通道，从输浆管7送入的浆液经连接接头送入滑动芯管内。
作为本实施例的一种优选方案，内滑套管1的管壁上由后向前顺序设置有第四注浆孔11、第五注浆孔12和第六注浆孔13；第四注浆孔11两侧的内滑套管1外壁上套设有第一挡圈14，第一挡圈14顶面与第一胶筒芯管31内壁贴合；第五注浆孔12两侧的内滑套管1外壁上套设有第二挡圈15，第二挡圈15的顶面与注浆管41内壁贴合；第六注浆孔13两侧的内滑套管1外壁上套设有第三挡圈16，第三挡圈16顶面与第二胶筒芯管51内壁贴合；
内滑套管1前端靠近压力调节单元6处还设置有限位挡圈17，限位挡圈17能够与设置在堵头62后端的限位台肩抵接，实现对内滑套管1的轴向限位。
第一注浆孔311、第二注浆孔42、第三注浆孔511、第四注浆孔11、第五注浆孔12和第六注浆孔13的数量均为多个。多个第一注浆孔311沿第一胶筒芯管31的周向布设；多个第二注浆孔42沿注浆管41的周向布设；多个第三注浆孔511沿第二胶筒芯管51的周向布设。
且多个第四注浆孔11、第五注浆孔12和第六注浆孔13均沿内滑套管1的周向布设。
第一挡圈14用于防止浆液进入内滑套管1与第一胶筒芯管31之间的间隙内、第二挡圈15用于防止浆液进入内滑套管1与注浆管41之间的间隙内，第三挡圈16均用于防止浆液进入内滑套管1与第二胶筒芯管51之间的间隙内。
作为本实施例的一种优选方案，第四注浆孔11中轴线与第一注浆孔311中轴线的间距a1等于第六注浆孔13的中轴线与第三注浆孔511的中轴线的间距a2，且a1和a2均小于第五注浆孔12的中轴线与第二注浆孔42的中轴线的间距a3。
通过上述间距a1、a2和a3的设置，可以确保当第四注浆孔11与第一注浆孔311、第六注浆孔13与第三注浆孔511能够在高压浆液的作用下同时对齐时，第五注浆孔12与第二注浆孔42错开，即，此时浆液只能分别经连通的孔进入第一胶筒32和第二胶筒52，实现对后封隔单元3和前封隔单元5的坐封，并不会经第五注浆孔12与第二注浆孔42进入待注浆孔段内。
本发明装置的使用过程如下：
浆液经输浆管7与连接单元2进入内滑套管1，内滑套管1在浆液压力作用下向前移动，并推动堵头62沿轴向前移压缩弹簧64；当内滑套管1上的第四注浆孔11、第六注浆孔13分别与第一胶筒芯管上的第一注浆孔311和第三注浆孔511连通时，浆液分别流入第一胶筒32和第二胶筒52内，此过程中，内滑套管1内的浆液压力保持稳定，并与调压单元中弹簧64的压缩力达到平衡，内滑套管1停止前移。
当浆液注满第一胶筒32和第二胶筒52后，随着注浆泵继续泵入浆液，内滑套管1内腔体的浆液压力继续增大，内滑套管1在浆液的压力作用下继续向前移动，并推动堵头62沿轴向前移压缩弹簧64，直至内滑套管1上的限位挡圈17与堵头后端的限位台肩抵接，此时，内滑套管1上的第五注浆孔12与注浆管41上的第二注浆孔42连通，浆液进入待注浆孔段。
实施例2
本实施例公开一种压力可调式双向封隔注浆方法，所述方法通过实施例1公开的压力可调式双向封隔注浆装置实现，具体包括以下步骤：
步骤1、根据前期勘探获得的地层压力数据，确定压力可调式双向封隔注浆装置的封隔压力和注浆压力；
步骤2、根据确定的封隔压力和注浆压力确定弹簧64的初始压缩量与弹性系数；
所述的初始压缩量与弹性系数通过以下方程组确定：
式中，
P1为设定的封隔压力，单位为Mpa；
P2为设定的注浆压力，单位为Mpa；
L1为第四注浆孔与第一注浆孔的轴向距离，单位为mm；
L2为第五注浆孔与第二注浆孔的轴向距离，单位为mm；
r为内滑套管内腔体半径，单位为mm；
Δl为弹簧初始压缩量，单位为mm；
k为弹簧弹性系数，单位为N/mm.
步骤3、根据确定的弹簧初始压缩量与弹性系数选择弹簧64，然后将选定的弹簧64安装在弹簧套61内，拧紧旋合套63；
步骤4、使用输浆管7将所述注浆装置送入孔内，使前封隔单元5和后封隔单元3分别位于待注浆孔段的两侧；使用注浆泵向注浆装置注入高压浆液，浆液经输浆管7进入内滑套管1，内滑套管1在浆液压力作用下向前移动，进而推动堵头62沿轴向前移压缩弹簧64，内滑套管1上开设的多个注浆孔也随之前移。
本实施例中采用水泥浆液。
步骤5、对后封隔单元3与钻孔孔壁之间的间隙，以及与前封隔单元5与钻孔孔壁之间的间隙进行密封；
具体方法为：输入浆液，内滑套管1在浆液的压力作用下前移，第四注浆孔11、第六注浆孔13分别与第一注浆孔311、第三注浆孔511连通，浆液通过第四注浆孔11与第一注浆孔311进入第一胶筒32，通过第六注浆孔13与第三注浆孔511进入第二胶筒52，挤压第一胶筒32和第二胶筒52膨胀，直至第一胶筒32和第二胶筒52的外壁与钻孔孔壁紧密接触实现密封。此过程中，内滑套管1内腔中的浆液压力保持稳定，并与压缩弹簧64的压缩力达到平衡，内滑套管1停止前移。
步骤6、后封隔单元3与前封隔单元5完成坐封后，内滑套管1在浆液推动下继续压缩弹簧64向前移动，至第六注浆孔13与第三注浆孔511对齐形成注浆通道，此时，第四注浆孔11与第一注浆孔311、第六注浆孔13与第三注浆孔511错开，浆液经第五注浆孔12与第二注浆孔42形成的注浆通道进入待注浆孔段，完成待注浆孔段的注浆。
浆液进入待注浆孔段与地层裂隙内后可将注浆压力维持在预设的压力值，如果注浆压力继续升高压力浆液将在后封隔单元3和前封隔单元5的封隔保压作用下，挤入至待注浆孔段的孔壁裂隙内。
步骤7、浆液压力达到设定值后停止注浆，内滑套管1在弹簧64的压力作用下复位，注浆通道闭合；待后封隔单元3和前封隔单元5内的浆液凝固后旋转输浆管7使正反接头21和限位接头22脱开，提出输浆管7，将所述注浆装置置于孔内，等待注浆孔段内的浆液凝固。
当钻孔内存在多个需要加固的待注浆孔段时，重复上述步骤，由深至浅进行逐段加固。
在注浆作业完全结束后，可下入套铣钻具，破除第一胶筒32和第二胶筒52，钻取注浆单元的剩余部件，剩余部件经过清理可以实现重复利用。
综上所述，采用本发明方法能够在钻孔内存在多个不连续注浆点的情况下，可通过逐个孔段封隔注浆，保证每个注浆点位的注浆压力，消除常规注浆方法因裂隙发育程度差异造成注浆效果差的问题。
可以看出，通过本发明的装置和方法，可实现在定向长钻孔施工中根据要求在预定位置实时测定瓦斯参数，并能够根据参数变化情况计算分析煤层赋存瓦斯情况，不仅具有时效性，而且保证测量数据的准确和可靠。同时可避免提钻下钻等复杂工序，降低实施操作难度。
在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种压力可调式双向封隔注浆装置，包括连接单元(2)，所述连接单元(2)的后端连接输浆管(7)，其特征在于，所述连接单元(2)的前端连接有前端封闭、后端开放的内滑套管(1)，所述内滑套管(1)外由后向前顺序套设有后封隔单元(3)、注浆单元(4)和前封隔单元(5)，所述前封隔单元(5)的前端还设置有压力调节单元(6)；
所述后封隔单元(3)与前封隔单元(5)均能够在进入内滑套管(1)的浆液推动下坐封，从而在钻孔孔壁、后封隔单元(3)与前封隔单元(5)之间形成密闭注浆空间；
所述注浆单元(4)用于向所述的密闭注浆空间内填充注浆材料。
2.如权利要求1所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述后封隔单元(3)包括第一胶筒芯管(31)和能够在浆液挤压下膨胀的第一胶筒(32)，所述的第一胶筒(32)套设在第一胶筒芯管(31)外壁上，设置第一胶筒(32)处的第一胶筒芯管(31)管壁上开设有第一注浆孔(311)；
所述注浆单元(4)包括注浆管(41)，所述注浆管(41)的管壁上开设有第二注浆孔(42)；
所述前封隔单元(5)包括第二胶筒芯管(51)和能够在浆液挤压下膨胀的第二胶筒(52)，所述的第二胶筒(52)套设在第二胶筒芯管(51)外壁上，设置第二胶筒(52)处的第二胶筒芯管(51)管壁上开设有第三注浆孔(511)。
3.如权利要求1所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述压力调节单元(6)包括设置有贯穿通孔的弹簧套(61)，所述弹簧套(61)的前端伸入堵头(62)内，所述堵头(62)的前端封闭，所述贯穿通孔中设置有旋合套(63)和弹簧(64)，所述旋合套(63)的前端面与弹簧(64)相连、旋合套(63)的后端面能够与所述内滑套管(1)抵接，且所述弹簧(64)能够在内滑套管(1)的作用下沿弹簧套(61)轴向伸缩。
4.如权利要求1所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述连接单元(2)包括连接设置的正反接头(21)和限位接头(22)，所述内滑套管(1)的后端和第一胶筒芯管(31)的后端均伸入限位接头(22)内。
5.如权利要求2所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述内滑套管(1)的管壁上由后向前顺序设置有第四注浆孔(11)、第五注浆孔(12)和第六注浆孔(13)；所述第四注浆孔(11)两侧的内滑套管(1)外壁上套设有第一挡圈(14)，所述第一挡圈(14)顶面与第一胶筒芯管(31)内壁贴合；所述第五注浆孔(12)两侧的内滑套管(1)外壁上套设有第二挡圈(15)，所述第二挡圈(15)的顶面与注浆管(41)内壁贴合；所述第六注浆孔(13)两侧的内滑套管(1)外壁上套设有第三挡圈(16)，所述第三挡圈(16)顶面与第二胶筒芯管(51)内壁贴合。
6.如权利要求3所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述内滑套管(1)前端靠近压力调节单元(6)处还设置有限位挡圈(17)，所述限位挡圈(17)能够与设置在堵头(62)后端的限位台肩抵接，实现对内滑套管(1)的轴向限位。
7.如权利要求6所述的压力可调式双向封隔注浆装置，其特征在于，所述第四注浆孔(11)中轴线与第一注浆孔(311)中轴线的间距a1等于第六注浆孔(13)的中轴线与第三注浆孔(511)的中轴线的间距a2，且a1和a2均小于第五注浆孔(12)的中轴线与第二注浆孔(42)的中轴线的间距a3。
8.一种压力可调式双向封隔注浆方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1至权利要求7中任意一项所述的压力可调式双向封隔注浆装置实现，具体包括以下步骤：
步骤1、根据前期勘探获得的地层裂隙发育程度与地层压力数据，确定压力可调式双向封隔注浆装置的封隔压力和注浆压力；
步骤2、根据确定的封隔压力和注浆压力确定弹簧(64)的初始压缩量与弹性系数；
步骤3、根据确定的弹簧初始压缩量与弹性系数选择弹簧(64)，然后将选定的弹簧(64)安装在弹簧套(61)内，拧紧旋合套(63)；
步骤4、使用输浆管(7)将所述注浆装置送入孔内，使前封隔单元(5)和后封隔单元(3)分别位于待注浆孔段的两侧；使用注浆泵向所述注浆装置注入浆液，浆液经输浆管(7)进入内滑套管(1)，内滑套管(1)在浆液压力作用下向前移动，推动堵头(62)沿轴向前移压缩弹簧(64)；
步骤5、继续注浆对钻具内卸压，对后封隔单元(3)与钻孔孔壁之间的间隙，以及与前封隔单元(5)与钻孔孔壁之间的间隙进行密封；
步骤6、后封隔单元(3)与前封隔单元(5)完成坐封后，内滑套管(1)在浆液推动下继续压缩弹簧(64)向前移动，至第六注浆孔(13)与第三注浆孔(511)对齐形成注浆通道，浆液经注浆通道进入待注浆孔段，完成待注浆孔段的注浆；
步骤7、浆液压力达到设定值后停止注浆，内滑套管(1)在弹簧(64)的压力作用下复位，注浆通道闭合；待浆液凝固后旋转输浆管(7)使反向接头与限位接头脱开，提出输浆管(7)。
9.如权利要求8所述的压力可调式双向封隔注浆方法，其特征在于，所述的初始压缩量与弹性系数通过以下方程组确定：
式中，
P1为设定的封隔压力，单位为Mpa；
P2为设定的注浆压力，单位为Mpa；
L1为第四注浆孔与第一注浆孔的轴向距离，单位为mm；
L2为第五注浆孔与第二注浆孔的轴向距离，单位为mm；
r为内滑套管内腔体半径，单位为mm；
Δl为弹簧初始压缩量，单位为mm；
k为弹簧弹性系数，单位为N/mm。
10.如权利要求8所述的压力可调式双向封隔注浆方法，其特征在于，所述的步骤4中对后封隔单元(3)与钻孔孔壁之间的间隙，以及与前封隔单元(5)与钻孔孔壁之间的间隙进行密封的具体方法为：输入浆液，浆液通过第四注浆孔(11)与第一注浆孔(311)进入第一胶筒(32)，通过第六注浆孔(13)与第三注浆孔(511)进入第二胶筒(52)，挤压第一胶筒(32)和第二胶筒(52)膨胀，直至第一胶筒(32)和第二胶筒(52)的外壁与钻孔孔壁紧密接触实现密封。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310928850.7A CN116927712A (zh) | 2023-07-26 | 2023-07-26 | 一种压力可调式双向封隔注浆装置与方法 |
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| CN116927712A true CN116927712A (zh) | 2023-10-24 |
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|---|---|
| CN (1) | CN116927712A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117345226A (zh) * | 2023-10-26 | 2024-01-05 | 中国矿业大学 | 一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法 |
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2023
- 2023-07-26 CN CN202310928850.7A patent/CN116927712A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117345226A (zh) * | 2023-10-26 | 2024-01-05 | 中国矿业大学 | 一种煤层双套管阶梯式注浆穿层测压钻孔施工方法 |
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