邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统的制作方法

本发明涉及一种预注浆监控系统，具体涉及一种邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统。

背景技术：

近年来，随着生产煤矿浅部资源逐步枯竭，为了确保矿井的可持续发展，多数矿井迫切需要实施安全改扩建和深部水平延伸工程，如在工业广场内新建深立井井筒工程日益增多。由于工业广场内已有主井、副井和风井等多个井筒，在此情况下新建深立井将邻近既有井筒，一般新建深立井与既有井筒之间相距50～150m左右。

在煤矿新深立井建设中，采用地面预注浆技术可以在井筒周围形成注浆防水帷幕，从而大幅度降低井筒施工过程中的涌水量、改善凿井条件和加快施工速度。由于在工业广场内新建深立井的井筒深，含水层的水压大，进行地面预注浆时注浆压力将很高，在如此大的注浆压力作用下，注浆浆液将沿着地层裂缝运移很远，当注浆浆液遇到邻近既有井筒时，高压浆液将打破既有井筒的井壁，严重破坏既有井筒，对矿井的安全生产造成严重威胁。现如今在国内，已有多个矿井事故均由在工业广场内新建井筒时进行地面预注浆而打坏邻近既有井筒从而引发的。综上，邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井进行地面预注浆时，必须要采用科学、合理的监控系统，防止注浆的高压浆液击破邻近的原有井筒，确保既有井筒安全运营。

因此，开展邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统研究具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统，以至少解决目前邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井进行地面预注浆时，注入的高压浆液击破邻近的既有井筒，对既有井筒造成严重的安全事故的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，所述预注浆监控系统包括：

注浆压力控制系统，所述注浆压力控制系统设置在所述新建深立井外围的地面预注浆泵站内，用于监控注浆压力的变化值；

水位自动监控系统，所述水位自动监控系统设置在所述新建深立井与邻近既有井筒之间的观测孔内，用于监控注浆浆液引起的所述观测孔内的水位变化值；

井壁卸压系统，所述井壁卸压系统设置在所述既有井筒的井壁上；当扩散传递至所述既有井筒井壁上的浆液压力超过该既有井筒井壁上的设计外荷载值时，所述井壁卸压系统将自动卸压，用于防止所述既有井筒井壁遭遇破坏。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，所述注浆压力控制系统包括：

注浆管路，用于将所述地面预注浆泵站内的注浆浆液输送至多个注浆孔内；

在所述注浆管路上设有高压四通阀，所述高压四通阀的第一连接口和第二连接口均连接在所述注浆管路上，且所述第一连接口通过高压注浆软管与注浆泵连接、所述第二连接口通过高压注浆软管与注浆管接口连接。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，所述高压四通阀的第三连接口上安装有压力传感器，所述高压四通阀的第四连接口上安装有卸压阀；

且所述压力传感器和所述注浆泵均通过信号传输线与计算机连接，由所述计算机接收所述压力传感器发送的信号、控制所述注浆泵是否工作及控制所述卸压阀的启闭。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，多个所述注浆孔呈圆周排列围绕在所述新建深立井的外围。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，所述观测孔设置在所述新建深立井与邻近既有井筒之间的中间位置处。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，所述水位自动监控系统为水位自动监控仪，用于监控注浆浆液引起的所述观测孔内的水位变化情况；所述水位自动监控仪发出的水位变化信号传输至计算机上，由所述计算机接收水位变化信号后，向注浆泵发出是否停止注浆的指令。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，在正对应所述新建深立井的邻近既有井筒的井壁上设置卸压孔，将所述井壁卸压系统通过所述卸压孔安装在所述既有井筒的井壁的内侧，所述既有井筒的井壁的外侧为含水层。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，所述井壁卸压系统包括：

高压三通阀，所述高压三通阀的第一连接口连接卸压钢管，所述卸压钢管穿过所述既有井筒的井壁与所述卸压孔连接；

高压球阀，所述高压球阀与所述高压三通阀的第二连接口连接；

自动卸压阀，所述自动卸压阀与所述高压三通阀的第三连接口连接。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，在所述卸压钢管上还设置有加固钢板，且所述加固钢板固定在所述既有井筒的井壁内侧上。

在如上所述的邻近既有井筒条件下新建深立井地面预注浆监控系统，优选，在所述卸压钢管上还设置有垫圈，所述垫圈位于所述加固钢板和所述既有井筒的井壁之间；且所述加固钢板由固定短锚杆固定在所述既有井筒的井壁上，用于防止所述卸压钢管被高压浆液或高压水顶出。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明采用注浆压力控制系统、水位自动监控系统和井壁卸压系统的三重监控系统的保护，使本发明在邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统更加安全、科学和合理，能有效防止注浆的高压浆液击破邻近的既有井筒，确保既有井筒安全运营。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的注浆压力控制系统示意图；

图2为本发明实施例的新建深立井与既有井筒之间设置水位自动监控系统示意图；

图3为本发明实施例的既有井筒的井壁卸压系统示意图；

附图标记说明：1-注浆压力控制系统；11-注浆泵；12-信号传输线；13-计算机；14-高压注浆软管；15-高压四通阀；16-卸压阀；17-压力传感器；18-注浆管接口；2-水位自动监控系统；21-注浆孔；22-新建深立井；23-既有风井筒；24-观测孔；25-既有主井筒；26-既有副井筒；3-井壁卸压系统；31-含水层；32-既有井筒的井壁；33-卸压孔；34-卸压钢管；35-固定短锚杆；36-垫圈；37-加固钢板；38-高压三通阀；39-自动卸压阀；310-高压球阀。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统，预注浆监控系统由计算机13控制，预注浆监控系统包括：

注浆压力控制系统1，注浆压力控制系统1设置在新建深立井22外围的地面预注浆泵站内，用于精确控制注浆压力的变化值；为了能观测注浆浆液的扩散情况、进一步控制注浆压力的变化情况，从而达到多重保护既有井筒井壁的技术效果，本发明还设置了观测孔24；水位自动监控系统2，水位自动监控系统2设置在新建深立井22与邻近既有井筒之间的观测孔24内，用于监控观测孔24内的水位变化值；为了使既有井筒井壁具有多重保护屏障，本发明还设置了井壁卸压系统3，井壁卸压系统3设置在既有井筒的井壁32上；当扩散传递至既有井筒井壁上的浆液压力超过该既有井筒井壁上的设计外荷载值时，井壁卸压系统3将自动卸压，用于防止既有井筒井壁遭遇破坏。

注浆压力控制系统1包括：注浆管路，用于将地面预注浆泵站内的注浆浆液输送至多个注浆孔21内；在注浆管路上设有高压四通阀15，即高压四通阀15设置在注浆泵11与注浆管接口18之间的高压注浆软管14上的某个位置处，且位于地面预注浆泵站内；更具体的为高压四通阀15的第一连接口和第二连接口均连接在注浆管路上，且第一连接口通过高压注浆软管14与注浆泵11连接、第二连接口通过高压注浆软管14与注浆管接口18连接。高压四通阀15的第三连接口上安装有压力传感器17，高压四通阀15的第四连接口上安装有卸压阀16；且压力传感器17、卸压阀16和注浆泵11均通过信号传输线12与计算机13连接，由计算机13接收压力传感器17发送的信号、控制注浆泵11是否工作及控制卸压阀16的启闭。

又如图2所示，在本发明的具体实施例中，多个注浆孔21呈圆周排列围绕在新建深立井22的外围，用于在所述新建深立井22的周围形成注浆防水帷幕，从而大幅度降低井筒施工过程中的涌水量、改善凿井条件和加快施工速度。优选地，注浆孔21圈径为15～40m(即注浆孔21与新建深立井22之间的距离为15～40m)；优选地，本发明实施例中的注浆孔21优选为8个。在新建深立井22与既有井筒(既有井筒包括多个井筒，例如既有主井筒25、既有风井筒23和既有副井筒26)之间施工设置观测孔24，并在观察孔24内安装水位自动监控系统2，用于监控观测孔24内的水位变化情况。

在本发明的具体实施例中，观测孔24设置在注浆防水帷幕外且与新建深立井22有一定的距离，目的是为了能在注浆浆液扩散至新建深立井22之前就能对注浆浆液的扩散情况进行检测，防止事故发生；优选地，观测孔24设置在新建深立井22与邻近既有井筒之间的中间位置处。

在本发明的具体实施例中，水位自动监控系统2为水位自动监控仪，水位自动监控仪设置在观测孔24内，用于监控观测孔24内的水位变化情况；具体为将水位自动监控仪用钢丝绳悬吊、下放到观测孔24内水面下20m处；水位自动监控仪发出的水位变化信号传输至计算机13上，由计算机13接收水位变化信号后，向注浆泵11发出是否停止注浆的指令。

在本发明的具体实施例中，又如图3所示，在正对应新建深立井22的邻近既有井筒的井壁32上设置卸压孔33，将井壁卸压系统3通过卸压孔33安装在既有井筒的井壁32的内侧，既有井筒的井壁32的外侧为含水层31。

在本发明的具体实施例中，井壁卸压系统3包括：高压三通阀38，高压三通阀38的第一连接口连接卸压钢管34，卸压钢管34穿过既有井筒的井壁32与卸压孔33连接；高压球阀310，高压球阀310与高压三通阀38的第二连接口连接；自动卸压阀39，自动卸压阀39与高压三通阀38的第三连接口连接，可实现自动卸压功能。在卸压钢管34上还设置有加固钢板37，且加固钢板37固定在既有井筒的井壁32内侧上。进一步优选地，在卸压钢管34上还设置有垫圈36，垫圈36位于加固钢板37和既有井筒的井壁32之间；且垫圈36和加固钢板37均由固定短锚杆35固定在既有井筒的井壁32上，用于防止卸压钢管34被高压浆液和高压水顶出。本发明的实施例设置垫圈，是为了防止压力水沿着卸压孔33、卸压钢管34的外侧流入既有井筒内；本发明的实施例设置加固钢板37的作用是：加固钢板通过固定短锚杆35固定在既有井筒的井壁32上，压住卸压钢管34，防止压力水把卸压钢管34顶出来之后，致使压力水无法控制而淹井。本发明的实施例中在施工卸压孔33时，钻杆穿过高压球阀310进行施工，钻好卸压孔33后，拨出钻杆，关闭高压球阀310的阀门，防止高压水流入井筒。

综上所述，本发明采用注浆压力控制系统1、水位自动监控系统2和井壁卸压系统3的三重监控系统的保护，使本发明的邻近既有井筒条件下新建煤矿深立井地面预注浆监控系统更加科学、合理，能有效防止注浆的高压浆液击破邻近的原有井筒，确保既有井筒安全运营，具体如下：

如图1所示，本发明为了能精确控制注浆压力，防止浆液压力过大而压坏邻近既有井筒，从而设置了注浆压力控制系统1。在注浆泵11和注浆管接口18之间连接的高压注浆软管14上设置了高压四通阀15，并在高压四通阀15上安装了压力传感器17和卸压阀16，压力传感器17与计算机13相连，实时监控注浆压力值的变化情况。当注浆压力值高于设计值时，计算机13将会发出指令信号，自动给注浆泵11断电，同时自动打开卸压阀16进行卸压，进而达到能精确控制注浆压力的作用，该卸压阀16是由计算机控制，在注浆泵11停止注浆时，卸压阀16才会开启进行自动卸压。

如图2所示，在新建深立井22和邻近既有井筒之间设置注浆观测孔24，观测孔24内安设水位自动监控仪，用来实时监控观测孔24内的水位变化，当注浆浆液通过岩层裂隙扩散到观测孔24时，水位自动监控仪显示水位开始上升，并发出水位变化的信号至计算机13，由计算机13向注浆泵11发出指令，停止注浆。

如图3所示，在正对应新建深立井22方向，在既有井筒邻近含水层31位置的既有井筒井壁上钻孔安设自动卸压阀39，当注浆浆液扩散传递至既有井筒井壁上时，且注浆浆液的压力超过该既有井筒井壁的设计外荷载值时，自动卸压阀39自动打开卸压，确保既有井筒井壁免遭破坏。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。