一种巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法与流程

文档序号:15578845发布日期:2018-09-29 06:17

本发明涉及一种巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,适用于煤矿、铁矿、有色金属矿山、隧道、地铁等地下工程,是一种安全高效穿越富水断层的施工方法。



背景技术:

我国是世界上的煤炭、铁矿等资源大国,随着我国资源开采规模的迅速扩大和开采深度的增大,开采时所承受的水压越来越大,造成矿井井下突水事故呈增大趋势,我国矿井是世界上受水灾危害最严重的国家之一。断层及其破碎带是井下巷道开挖过程中常见的不良地质体,断层破碎带是作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差和含水量大的软弱带存在;由于富水断层含水丰富,能汇集断层上下盘含水层的地下水,具有充沛的补给来源,在巷道开挖时若不采取特殊处理技术措施,会造成巷道发生突水或突泥等灾害,轻者影响矿井正常生产,造成经济损失;重者造成矿井局部或全部被淹,延长建井工期或被迫关闭矿井,甚至造成重大的人员伤亡事故和巨大的经济损失。目前,水灾已成为影响矿井安全生产的重大问题之一,水害防治工作已成为各矿区保证安全生产所必须面临的重大研究课题之一。

经过长期的矿井防治水研究和现场实践,目前矿井主要采用疏水和注浆堵水(地面预注浆、工作面预注浆、巷道超前预注浆)等两大类防治水技术,成功解决了大量的技术难题,为遏制矿井水害事故的发生做出了重大贡献。但是,我国部分矿区水文地质与工程地质条件极其复杂(含水量大、水源补给多、水压高、断层构造发育),发生矿井水灾事故的因素也十分复杂,目前一些疏水措施和注浆工艺等较为单一或针对性强而适用性差,在实际工程使用过程中存在一定的局限性,造成矿井治水效果不理想;另一方面,在采用注浆堵水时需要施工大量的钻孔,但由于富水断层中水源的复杂性和多变性,为保证注浆后形成堵水帷幕往往需要施工大量的钻孔,这就增加了工程量和工程造价;并且,受现有施工技术水平的影响,钻孔的施工质量不能完全保障(有些钻孔在施工过程中偏斜度过大,导致其落在断层的外侧而没有进入到断层内的预定位置;有些钻孔偏离距离过大而造成注浆后所形成的注浆堵水加固圈不相交,有注浆堵水空白漏洞区存在,不利于地下水的注浆封堵和充填加固),造成注浆堵水效果差。因此,亟需研发一种简便可行、经济适用、一孔多用、疏堵结合、安全高效的矿井治水新工艺。



技术实现要素:

发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,采用一孔多用、疏堵结合的方式进行施工,是一种简便可行、经济适用、安全高效治水新方法。

技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

一种巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,首先在巷道的开挖轮廓线上按设定位置施工主钻孔,然后在主钻孔内按设计施工树根型分支钻孔,保证主钻孔和树根型分支钻孔的终孔位置落在断层内;在疏水施工阶段,将主钻孔和与之连通的树根型分支钻孔作为疏水孔;在注浆施工阶段,将主钻孔和与之连通的树根型分支钻孔作为注浆孔。

优选的,在主钻孔施工完成后,在主钻孔内安装孔口钢管,安装孔口钢管可起到保护主钻孔、防止主钻孔坍塌的作用,同时保证树根型分支钻孔的顺利施工。

优选的,在疏水施工阶段,使用法兰盘连通孔口钢管和疏水管,同时在孔口钢管内安装透水塞;地下水通过树根型分支钻孔和主钻孔流入疏水管并排出,透水塞对流入疏水管的地下水进行过滤,防止疏水管堵塞。

优选的,在注浆施工阶段,使用可控式注浆器连通孔口钢管和高压注浆软管,同时在高压注浆软管内安装逆止阀;高压注浆泵泵出的浆液通过高压注浆软管注入主钻孔和树根型分支钻孔;通过逆止阀防止浆液逆流,避免浆液浪费;通过可控式注浆器控制浆液的流量,保证浆液通过主钻孔稳量均匀地注入到树根型分支钻孔内,使得浆液在主钻孔和树根型分支钻孔内形成的注浆堵水帷幕可交圈,达到快速堵水和围岩承载的目的。

优选的,通过注浆记录仪记录注浆参数,注浆参数包括浆液的泵出压力、浆液的流量和注浆时间,注浆记录仪能够实时反映浆液的流动情况与注浆参数的动态变化,便于及时调整注浆参数以保证注浆效果。

具体的,所述巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,包括如下步骤:

步骤一:将定向地质钻机放置在巷道内,将钻杆安装在定向地质钻机上,启动定向地质钻机带动钻杆高速旋转,在巷道的开挖轮廓线上按设定位置施工主钻孔;待主钻孔施工完成后,在主钻孔内安装孔口钢管;在主钻孔内按设计施工树根型分支钻孔,保证主钻孔和树根型分支钻孔的终孔位置落在断层内;

步骤二:在孔口钢管内安装透水塞,使用法兰盘连通孔口钢管和疏水管,通过疏水管将进入树根型分支钻孔和主钻孔的地下水排到巷道底板的排水沟内;透水塞可有效防止断层内的碎石、砂子、淤泥等颗粒介质流入到疏水管内,避免疏水管堵塞,使得地下水能够及时、顺畅、高效地流入到疏水管内,同时也能够降低或卸除地下水的压力(疏水泄压),利于后续注浆;

步骤三:在疏水施工阶段完成后,解除法兰盘与孔口钢管的连接,同时取出透水塞;使用可控式注浆器连通孔口钢管和高压注浆软管,同时在高压注浆软管内安装逆止阀;高压注浆泵泵出的浆液通过高压注浆软管快速充分注入主钻孔和树根型分支钻孔,通过逆止阀防止浆液逆流,通过可控式注浆器控制浆液的流量,保证浆液在主钻孔和树根型分支钻孔内呈树根状空间扩散,形成注浆堵水帷幕与承载加固体,既可避免浆液在主钻孔和树根型分支钻孔内扩散不均匀而导致注浆后所形成的注浆堵水加固圈不相交问题,又可防止因注浆压力过小而导致浆液在主钻孔和树根型分支钻孔内注入量不足所导致的堵水失败。

优选的,注浆施工阶段,注入浆液为水泥类或聚氨酯类注浆材料。

有益效果:本发明提供的巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,适用于煤矿、铁矿、有色金属矿山、隧道、地铁等地下工程,是一种安全高效穿越富水断层的施工方法,该方法简便可行、经济适用、一孔多用、疏堵结合、安全高效,为巷道、隧洞等安全高效快速穿越富水断层提供了一种新方法。

附图说明

图1为主钻孔和树根型分支钻孔的位置示意图;

图2为主钻孔和树根型分支钻孔的施工示意图;

图3为疏水阶段的施工示意图;

图4为注浆阶段的施工示意图;

包括:1-巷道,2-开挖轮廓线,3-定向地质钻机,4-钻杆,5-主钻孔,6-树根型分支钻孔,7-孔口钢管,8-透水塞,9-法兰盘,10-疏水管,11-固定卡缆,12-排水沟,13-可控式注浆器,14-逆止阀,15-高压注浆泵,16-注浆记录仪,17-高压注浆软管,18-断层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种巷道过富水断层树根型疏堵水一体化施工方法,包括如下步骤:

步骤一:将定向地质钻机3放置在巷道1内,将钻杆4安装在定向地质钻机3上,启动定向地质钻机3带动钻杆4高速旋转,在巷道1的开挖轮廓线2上按设定位置施工主钻孔5(直径为120~150mm左右);待主钻孔5施工完成后,在主钻孔5内安装孔口钢管7;在主钻孔5内按设计施工树根型分支钻孔6(直径为60~80mm左右,分为6~10支,呈树根状对称分布,沿着断层方向呈空间扩展),保证主钻孔5和树根型分支钻孔6的终孔位置落在断层18内;施工完成后的主钻孔5和树根型分支钻孔6位置如图1所示,施工过程如图2所示;

步骤二:如图3所示,在疏水阶段,在孔口钢管7内安装透水塞8,使用法兰盘9连通孔口钢管7和疏水管10,通过疏水管10将进入树根型分支钻孔6和主钻孔5的地下水排到巷道1底板的排水沟12内;透水塞8可有效防止断层18内的碎石、砂子、淤泥等颗粒介质流入到疏水管10内,避免疏水管10堵塞,使得地下水能够顺畅高效地流入到疏水管10内,同时也能够降低或卸除地下水的压力疏水泄压,利于后续注浆;

步骤三:在疏水施工阶段完成后,解除法兰盘9与孔口钢管7的连接,同时取出透水塞8;如图4所示,在注浆阶段,使用可控式注浆器13连通孔口钢管7和高压注浆软管17,同时在高压注浆软管17内安装逆止阀14;高压注浆泵15泵出的水泥类或聚氨酯类注浆材料通过高压注浆软管17快速充分注入主钻孔5和树根型分支钻孔6,通过逆止阀14防止浆液逆流,通过可控式注浆器13控制浆液的流量,保证浆液在主钻孔5和树根型分支钻孔6内呈树根状空间扩散,形成注浆堵水帷幕与承载加固体,既可避免浆液在主钻孔5和树根型分支钻孔6内扩散不均匀而导致注浆后所形成的注浆堵水加固圈不相交问题,又可防止因注浆压力过小而导致浆液在主钻孔5和树根型分支钻孔6内注入量不足所导致的堵水失败;注浆过程中,通过注浆记录仪16记录注浆参数,注浆参数包括浆液的泵出压力、浆液的流量和注浆时间,实时监测浆液的流动情况与注浆参数的动态变化,便于及时调整注浆参数和保证注浆效果。

在疏水泄压与注浆施工过程中,注浆时所用的钻孔(主钻孔和树根型分支钻孔)与疏水时所用的钻孔为同一钻孔,达到了一孔多用(循环使用)和避免重复造孔的目的,继而减少了钻孔数量和节约了工程造价;同时实现了巷道疏水泄压和注浆堵水的有机结合(疏堵结合),形成了巷道疏堵一体化综合治水技术,提高了矿井治水效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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