采空区注浆方法和注浆装置与流程

本发明涉及一种采空区注浆技术领域，特别是一种采空区注浆方法和注浆装置。

背景技术：

地下煤矿被开采后形成采空区，围岩失稳发生位移、开裂甚至塌落，导致上覆岩层下沉和弯曲，引起地表沉降，且这种变形在较长时间内是不断发展的，如果不对采空区进行处理，修建的建筑物、水利和交通等工程都将产生变形甚至破坏。随着经济社会的不断发展，采空区灾害问题对工程建设的影响更加突出，如何有效控制地表沉降成为重要的课题之一。目前，采用对采空区进行水泥粉煤灰浆液填充是治理采空区灾害的有效方法之一。

在注浆过程中，传统的注浆管结构没有封堵结构，会造成浆液大量从钻孔流出，造成浪费；另外，传统采用的注浆管结构由于注浆停止，可能形成回浆，造成浆液的浪费。

目前，对采空区进行注浆处理时，都会遇到止浆回浆问题，现有的止浆塞一般套装在注浆管上，和注浆管一起放入钻好的钻孔中，在实际使用中，常出现在安装过程中，止浆塞体磨损、变形导致破坏，因孔洞内径大小不规则无法填实缝隙等现象，无法持续封浆，导致封堵不严实，钻孔内的浆液回流，严重影响止浆效果及充填治理效果，而现有的一些通过膨胀对钻孔进行填充封堵的止浆塞，膨胀部分需要单接注浆管进行注浆，使用起来非常不便，影响施工进度。另外，由于注浆过程中浆液压力过大，使止浆塞失效的例子也比比皆是,且现有技术中的阀容易损坏，导致注浆成本高，注浆故障率高。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的不足之处，本发明提供一种采空区注浆方法和注浆装置，本发明对注浆浆液分级减压起到止浆防回浆效果，节能环保、操作方便且安全可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一个方面,一种采空区注浆方法步骤包括：

第一步骤中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔，注浆管插入注浆钻孔，其中，位于注浆管底端的注浆头到达注浆区域，沿着注浆管轴线依次布置的至少两个止浆塞将注浆区域与外部空间隔开，止浆塞的弹性膜至少部分贴合注浆钻孔孔壁，

第二步骤中，按照预定注浆压力从注浆头向注浆区域注浆，当达到预定注浆量时，浆液从最下方的第一止浆塞的第一进浆孔流入第一止浆塞，第一止浆塞膨胀紧密贴合孔壁，部分浆液从第一出浆孔流出进入第二止浆塞和第一止浆塞之间的区域，部分浆液第二止浆塞的第二进浆孔流入第二止浆塞使得第二止浆塞紧密贴合孔壁，第一和第二止浆塞依次膨胀以防止浆液外溢及回浆；

第三步骤中，停止注浆后，浆液对第一和第二止浆塞压力逐渐减小，第一止浆塞内的浆液回流第一进浆孔进入注浆区域，第一止浆塞收缩，第二止浆塞和第一止浆塞之间区域的浆液从第一出浆孔和/或第一止浆塞与孔壁之间的间隙进入注浆区域，第二止浆塞内的浆液回流第二进浆孔进入第二止浆塞和第一止浆塞之间的区域进而回流到注浆区域，从完成注浆的注浆钻孔回收注浆管以作下次使用。

所述的注浆方法中，第一进浆孔孔径远大于第一出浆孔，第二进浆孔孔径远大于第二出浆孔。

所述的注浆方法中，所述第二止浆塞底部设有第二进浆孔且所述第二止浆塞的顶部密封。第一和第二止浆塞加压步序分为前后，第一止浆塞压力到达预定压力值时，浆液才进入第二止浆塞。

所述的注浆方法中，沿着注浆管轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第三止浆塞，其中，第一进浆孔孔径大于第二进浆孔，第二进浆孔孔径大于第三进浆孔。

根据本发明的另一方面，一种实施所述的注浆方法的注浆装置包括，

注浆管，其底端设有用于喷注浆液的注浆头，

至少两个止浆塞，其沿着注浆管轴线依次布置，所述止浆塞包括，

金属内管，固定连接在注浆管上的金属内管在轴向方向上成型所述止浆塞的框架，

弹性膜，其经由金属内管包裹注浆管，在金属内管和弹性膜之间形成可膨胀的空腔，所述弹性膜具有凹凸不平的外表面，所述外表面的底端部分设有进浆孔，所述外表面的顶端部分设有出浆孔，进浆孔孔径远大于出浆孔。

所述的注浆装置中，注浆管的顶端设有连接注浆泵的接头。

所述的注浆装置中，沿着注浆管轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第三止浆塞，其中，第一进浆孔孔径大于第二进浆孔，第二进浆孔孔径大于第三进浆孔。

所述的注浆装置中，所述弹性膜为橡胶外膜。

所述的注浆装置中，所述注浆装置包括用于控制注浆压力和注浆量的处理单元。

所述的注浆装置中，处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，处理单元包括存储器和无线通信设备，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom，无线通信设备至少包括无线局域网通信设备和/或移动通信网络设备，无线局域网通信设备包括蓝牙、zigbee和/或wi-fi模块，所述移动通信网络设备包括2g无线通信芯片、3g无线通信芯片和/或4g无线通信芯片。

采用本发明可对注浆浆液分级降压来达到止浆防回浆的效果，且本发明不用单向阀、止回阀等阀体，避免了阀损坏导致的故障率高的风险，显著降低了因孔洞内径大小不规则无法填实缝隙的可能性，本发明的膨胀部分无需单接注浆管进行注浆，使用方便且显著提高了注浆效率，本发明适用于内径大小不规则的空洞，适用范围广泛，且根据具体注浆需求，通过选择适当个数止浆塞能够经济地达到预期效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

[图1]示出了本发明一个实施例的采空区注浆方法的步骤示意图。

[图2]示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆前的结构示意图。

[图3]示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆后的结构示意图。

[图4]示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1示出了本发明一个实施例的采空区注浆方法的步骤示意图，如图1所示，一种采空区注浆方法步骤包括：

第一步骤s1中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔11，注浆管1插入注浆钻孔11，其中，图2示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆前的结构示意图,如图2所示，位于注浆管1底端的注浆头12到达注浆区域2，沿着注浆管轴线依次布置的至少两个止浆塞3将注浆区域2与外部空间4隔开，止浆塞3的弹性膜7至少部分贴合注浆钻孔孔壁，

第二步骤s2中，按照预定注浆压力从注浆头12向注浆区域2注浆，图3示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆后的结构示意图,如图3所示，当达到预定注浆量时，浆液从最下方的第一止浆塞5的第一进浆孔6流入第一止浆塞5，第一止浆塞5膨胀紧密贴合孔壁，部分浆液从第一出浆孔8流出进入第二止浆塞9和第一止浆塞5之间的区域，部分浆液第二止浆塞9的第二进浆孔10流入第二止浆塞9使得第二止浆塞9紧密贴合孔壁，第一和第二止浆塞5、9依次膨胀以防止浆液外溢及回浆；

第三步骤s3中，停止注浆后，浆液对第一和第二止浆塞5、9压力逐渐减小，第一止浆塞5内的浆液回流第一进浆孔6进入注浆区域2，第一止浆塞5收缩，第二止浆塞9和第一止浆塞5之间区域的浆液从第一出浆孔8和/或第一止浆塞5与孔壁之间的间隙进入注浆区域2，第二止浆塞9内的浆液回流第二进浆孔10进入第二止浆塞9和第一止浆塞5之间的区域进而回流到注浆区域2，从完成注浆的注浆钻孔11回收注浆管1以作下次使用。

本发明所述的注浆方法的优选实施方式中，第一进浆孔6孔径远大于第一出浆孔8，第二进浆孔10孔径远大于第二出浆孔。

本发明所述的注浆方法的优选实施方式中，所述第二止浆塞9底部设有第二进浆孔10且所述第二止浆塞9的顶部密封。第一和第二止浆塞5、9加压步序分为前后，第一止浆塞压力到达预定压力值时，浆液才进入第二止浆塞。两个或者两级止浆塞加压步序分为前后，第一止浆塞压力到某值时浆液才进入第二止浆塞，体现分级设压，第二止浆塞是对第一止浆塞的补充。自闭合体现在采用气囊(或液囊)进行闭合，依靠浆液自身的压力膨胀实现，若浆液压力能够实现止浆效果，自闭和则会解除，实现自我调节的功能。

本发明所述的注浆方法的优选实施方式中，沿着注浆管1轴线依次布置第一止浆塞5、第二止浆塞9和第三止浆塞，其中，第一进浆孔6孔径大于第二进浆孔10，第二进浆孔10孔径大于第三进浆孔。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，注浆钻孔成孔后，止浆塞组随注浆管安装就位，止浆塞与钻孔孔壁贴合，止浆塞组将注浆区域与上部空间隔开；按照设定注浆压力注浆，待注浆量达到一定程度，浆液从进浆孔流入止浆塞并部分从出浆孔流出，止浆塞组依次均被浆液充填膨胀，防止浆液外溢及回浆；待停止注浆后，已注浆液对止浆塞压力逐渐减小，止浆塞组内浆液依次从出浆口向进浆口逐渐回流；回收注浆管及止浆塞组以作下次使用。

图4示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置的结构示意图，一种实施所述的注浆方法的注浆装置包括，

注浆管1，其底端设有用于喷注浆液的注浆头12，

至少两个止浆塞，其沿着注浆管1轴线依次布置，所述止浆塞3包括，

金属内管14，固定连接在注浆管1上的金属内管14在轴向方向上成型所述止浆塞3的框架，

弹性膜7，其经由金属内管14包裹注浆管1，在金属内管14和弹性膜7之间形成可膨胀的空腔15，所述弹性膜7具有凹凸不平的外表面，所述外表面的底端部分设有进浆孔16，所述外表面的顶端部分设有出浆孔17，进浆孔16孔径远大于出浆孔17。

本发明所述的注浆装置的优选实施例，注浆管1的顶端设有连接注浆泵的接头13。

本发明所述的注浆装置的优选实施例，沿着注浆管轴线依次布置第一止浆塞5、第二止浆塞9和第三止浆塞，其中，第一进浆孔6孔径大于第二进浆孔10，第二进浆孔10孔径大于第三进浆孔。

本发明所述的注浆装置的优选实施例，所述弹性膜7为橡胶外膜。

本发明所述的注浆装置的优选实施例，所述注浆装置包括用于控制注浆压力和注浆量的处理单元。

本发明所述的注浆装置的优选实施例，处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，处理单元包括存储器和无线通信设备，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom，无线通信设备至少包括无线局域网通信设备和/或移动通信网络设备，无线局域网通信设备包括蓝牙、zigbee和/或wi-fi模块，所述移动通信网络设备包括2g无线通信芯片、3g无线通信芯片和/或4g无线通信芯片。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。