充填水下深部密闭空间的装配式储浆器及其装配方法与流程

本发明属于地下采空区治理技术领域，具体涉及一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器及其装配方法。

背景技术：

采空区是指将地下资源采出后地下形成的开采空间，根据开采矿种及开采方式的不同，采空区顶板表现出不同的破坏模式，地表也因此产生不同的变形特征。例如针对于采用全陷法进行开采时，矿体的顶板会随着开采面积的扩大而不断垮落，从而在地表形成塌陷盆地，地表的破坏是紧随着矿体的开采而发生；而针对于非全陷法(房柱式)进行开采时，矿体的顶板相对稳定，当矿柱稳定时，地面不会发生垮塌，而随着开采区域(采高)的扩大，地下水的渗入，矿柱风化等作用，当矿柱失稳后，顶板会发生突然垮塌，从而引起地面的突然坍塌。

当在采空影响区内若要进行建设活动时，需要首先对其下的采空区进行治理。根据采空区深度、开采厚度的不同有不同的治理方式，当针对于开采面积大、深度大的采空区进行治理时，注浆充填是治理采空区的主要手段。

目前国内、外在充填治理方面的技术比较成熟，并且根据不同矿山的不同情况也研发了许多先进的充填治理技术，在采空区治理领域，根据浆液的流动性可分为稀浆液与稠浆液，其中稀浆液主要是以粉煤灰、水泥组成，注浆材料粒径较小，浆液输送过程中为均质流，适用于治理空洞较小的区域；稠浆液主要由尾矿渣、砂子、碎石、水泥组成，注浆材料的颗粒粒径较大，浆液输送过程中为非均质流，适用于治理空洞较大的区域。

目前针对于地下采空区的治理，均是通过管道进行输送，在输送过程中借助重力势能和泵送动能将浆液输送到采空区内。浆液在输送过程中为无水环境，只有这样才能保证浆液的性质在运输过程中不发生改变。这就大大的限制了采空区的治理范围。

当采空区内有水且浆液输送距离较长时，水会对浆液性质产生极大影响，对于稀浆液，比如由水泥、粉煤灰等细颗粒组成的浆液，水的参入会大大稀释原有的浆液浓度，降低结石率与结石体强度，影响注浆效果；对于稠浆液，比如混凝土、砂浆，水的参入会使浆液离析从而引起堵管，致使浆液无法送入待治理区域，对于膏体材料，水会致使浆液直接分散而失去了流动性。

因此，对于采空区内充盈有地下水时，如何将搅拌好的浆液输送至采空区域是个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明一实施例提供一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器及其装配方法，用于解决现有技术的问题，包括：

一实施例中，提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器，包括多个首尾连接的储浆器单元，

每个所述储浆器单元分别包括：

一管体，具有一轴向相通的腔体；

两个堵头组件，分别设置于腔体的两端，每个所述堵头组件分别用以关闭或单向打开所述腔体的一端。

一实施例中，提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的装配方法，包括：

s1、在采空区上方施工钻孔，作为注浆通道；

s2、储浆器单元的底端密封设置堵头塞，向腔体内注入浆料，通过堵头塞将腔体顶端密封；

s3、储浆器单元之间上下依次连接；

s4、将连接的储浆器送入注浆通道；

s5、将注浆管与储浆器的顶端连通，将配置好浆液灌入，在注浆压力作用下将堵头塞冲开并实现连续灌浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、解决了在水下环境中的浆液运输问题，当采空区内有水且浆液输送距离较长时，水会对浆液性质产生极大影响，水的参入会大大稀释原有的浆液浓度，降低结石率与结石体强度，甚至会导致浆液在输送过程中离析、崩解从而引起堵管，致使浆液无法送入待治理区域。本发明通过在地面灌装独立的装配式储浆器，再将各装配式储浆器首尾相连下入孔内，有效的阻隔了浆液与水的接触，解决了浆液在水下环境中无法输送的难题。

2、解决了竖向长距离运输过程中，浆液发生的离析等病害，进而引起堵管浆液无法输送等问题。本装配式储浆器均为相对独立单元，各单元3米左右，在安设过程中，各单元内的浆液属于静置状态，有效的解决了浆液在竖向长距离运输过程中发生的浆液变质问题。

3、在注浆前，通常需根据孔壁的完整程度决定钻孔内是否需下入钢管进行保护，谨防当钻孔孔壁裂隙较为发育时，孔内注浆易引起孔壁掉块进而引发堵孔事故，同时，浆液与孔壁的摩擦会增大浆液的输送压力，降低施工效率。本发明通过装配式储浆器作为浆液的储存运送通道，使得浆液在装配式储浆器内流通，在减少孔壁不稳定对注浆的影响外，有效的降低了浆液输送过程中的管阻，进一步提高了注浆效率。

4、解决了水下密闭空间的浆液充填问题，在密闭的水下采空区空间，由于地下空间的饱水状态，在注浆过程中，采空区内压力较大，往往会导致浆液无法注入的情况，本工法通过施工减压孔有效的降低了注浆压力，解决了浆液无法注入水下密闭空间的问题，同时减压孔还可作为检测、补充注浆孔使用，进一步提高了注浆施工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。

图1是本申请一实施方式中用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器结构图；

图2本申请一实施方式中用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的储浆器单元结构图；

图3是本申请一实施方式中用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的储浆器单元纵截面细节图；

图4是本申请一实施方式中堵头的结构图；

图5是本申请一实施方式中堵头的纵截面图；

图6是本申请一实施方式中堵头的俯视图；

图7是本申请一实施方式中堵头塞的结构图；

图8是本申请一实施方式中堵头塞的纵截面图；

图9是本申请一实施方式中堵头塞的俯视图；

图10是本申请一实施方式中充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的装配流程图；

图11是本申请一实施方式中充填水下深部密闭空间的施工流程图。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

本发明提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器，包括多个首尾连接的储浆器单元，

每个所述储浆器单元分别包括：

一管体，具有一轴向相通的腔体；

两个堵头组件，分别设置于腔体的两端，每个所述堵头组件分别用以关闭或单向打开所述腔体的一端。

所述堵头组件包括：

一堵头，该堵头与所述管体的内壁之间固定，并具有浆液进出口；

一与所述堵头配合的堵头塞，该堵头塞采用弹性的材质，其密封于所述浆液进出口，并在受到设定轴向压力后可打开所述浆液进出口。

进一步的，相邻的所述两根储浆器单元之间通过螺纹方式连接。

进一步的，所述堵头与所述管体的内壁之间通过螺纹方式配合。

进一步的，所述浆液进口的四周形成有环形的台阶部，所述堵头塞支撑于所述台阶部上。

进一步的，所述堵头塞包括支撑于所述台阶部上的基体以及凸伸于所述浆液进出口内的密封部。

进一步的，所述浆液进口的轴向两侧分别形成有环形的台阶部，所述堵头塞可配合支撑于所述台阶部上。

进一步的，所述堵头塞的材质为橡胶或者硅胶等弹性的材质。

在上述技术方案中，本发明采用装配式储浆器，通过设置上下堵头塞(胶垫)将搅拌好的浆液储存于储浆器内。

进一步的，根据灌装和储浆器下入钻孔内的时间，在储浆器的浆液里还添加有缓凝剂。

在上述技术方案中，最下端的储浆器单元下端的堵头上由下至上安装上堵头塞，使其能承受来自储浆器下部的地下水压力，谨防地下水进入储浆器内，其余储浆器单元上安装堵头塞也是为了隔绝内部浆液与外部地下水的联系，保证管内压力不受周围水压影响，在储浆器的浆液里添加有缓凝剂是为了谨防浆液在储浆器内凝固。

在上述技术方案中，本发明将储浆器单元首尾连接，下入孔底，接通注浆泵的外部注浆管，在大压力下将(堵头塞)胶垫冲开，从而将浆液注入到采空区内，达到在将浆液在水中输送的目的。

本发明提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的装配方法，包括：

s1、在采空区上方施工钻孔，作为注浆通道；

s2、储浆器单元的底端密封设置堵头塞，向腔体内注入浆料，通过堵头塞将腔体顶端密封；

s3、储浆器单元之间上下依次连接；

s4、将连接的储浆器送入注浆通道；

s5、将注浆管与储浆器的顶端连通，将配置好浆液灌入，在注浆压力作用下将堵头塞冲开并实现连续灌浆。

进一步的，在步骤s1中，还包括施工与采空区连通的出水孔。

进一步的，进一步的，在步骤s5中，在注浆孔内注浆的同时，地下水自动溢出或通过抽水泵从出水孔外抽排水。

进一步的，进一步的，在步骤s5中，出水孔内有浆液溢出时，停止注浆。

在上述技术方案中，本发明采用在采空区上方施工s1、s2两个钻孔(s1孔为注浆用钻孔，作为注浆的通道；s2孔为减压孔，用于解决在s1孔注浆过程中引起的水压增大浆液无法注入的问题)，在s1孔内将储浆器单元首尾相连，下入孔底，将注浆管与储浆器相连，而后将配置好的浆液灌入至井下，达到治理水下深部采空区的目的。

实施例1：

参考图1、图2、图3所示，本申请的一个具体实施例中提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器，包括首尾连接的多个储浆器单元，每个储浆器单元包括管体1，堵头2以及堵头塞3，每个储浆器单元相对独立且可拆卸螺纹连接。

管体1的长度为3米左右，优选为圆柱形，其内部中空，具有一轴向相同的腔体，形状设为圆柱形目的是与钻孔相契合，方便在钻孔中上下移动，管体1包含第一端口和第二端口，管体1的第一端口内壁设有内螺纹11，内螺纹11的下方设有一环形凸台13，环形凸台13的表面同样设置有螺纹131，方便堵头2与管体的螺纹连接。

在其他技术档案中，堵头2也可以采用焊接或者其他方式固定于管体内壁上。

管体1的第二端口的外壁设有外螺纹12，外螺纹12上方，管体内壁上同样设有一环形凸台，用于安装堵头2。

管体1的第一端口管径略大于第二端口的管径，一个储浆器管体的第一端口能够与另一储浆器管体的第二端口螺纹连接。

在其他技术方案中，第一端口与第二端口的管径以及内外螺纹可以交错设置，只要实现其螺纹连接即可。

在其他具体实施例中，多个储浆器单元之间还可以通过卡扣等方式可拆卸连接。

参考图4、图5和图6所示，堵头2设于管体1腔体的两端，堵头2为中空圆形，设有浆液进出口，堵头2外侧壁上设置有螺纹21，便于与管体1内凸台13螺纹连接，堵头2的内壁环形设有一台阶部22，台阶部22用于支撑堵头塞3，使得堵头塞3卡合于台阶部22。

参考图7、图8和图9所示，堵头塞3的形状为一倒t形，包括支撑于台阶部22上的基体31以及凸伸于浆液进出口内的密封部32，与堵头2相适配，可从上方或者下方卡合于堵头2上，堵头塞3的材质可以为软塑料或者橡胶硅胶等具有弹性的材质，拥有一定的弹性和伸缩力。

参考图10、图11所示，本发明提供了一种用于充填水下深部密闭空间的装配式储浆器的装配方法，包括：

s1、在采空区上方施工钻孔，作为注浆通道；

s2、储浆器单元的底端密封设置堵头塞，向腔体内注入浆料，通过堵头塞将腔体顶端密封；

s3、储浆器单元之间上下依次连接；

s4、将连接的储浆器送入注浆通道；

s5、将注浆管与储浆器的顶端连通，将配置好浆液灌入，在注浆压力作用下将堵头塞冲开并实现连续灌浆。

进一步的，置于最下端储浆器单元下端的堵头上由下至上安装上堵头塞，其余的储浆器单元上下端都由上至下安装有堵头塞，参考图1所示。

进一步的，在步骤s1中，还包括施工与采空区连通的出水孔。

进一步的，进一步的，在步骤s5中，在注浆孔内注浆的同时，地下水自动溢出或通过抽水泵从出水孔外抽排水。

进一步的，进一步的，在步骤s5中，出水孔内有浆液溢出时，停止注浆。

更进一步的，根据灌装和储浆器下入钻孔内的时间，在储浆器的浆液里还添加有缓凝剂。

本发明的装配式储浆器及施工方法针对如下工况：当需治理的采空区深度较大，地下水位较高，注浆过程中所需要的注浆压力就越大，当采空区为较为密闭的空间时可能会出现浆液无法注入的情况，因此在采空区上方施工s1、s2两个钻孔(s1孔为注浆用钻孔，作为注浆的通道；s2孔为减压孔，用于解决在s1孔注浆过程中引起的水压增大浆液无法注入的问题)，在s1孔内将储浆器逐根连接下入孔底，将注浆管与孔口钢管相连，而后将配置好的浆液灌入至井下，达到治理水下深部采空区的目的。

本发明的具体施工方法为：

1、结合拟建场地采空区分布特征、周边环境条件及建构筑物特点，设计钻孔的平面布置及钻孔结构。

2、灌装储浆器，将储浆器下端由上向下安装堵头塞，将浆液灌入至储浆器内，然后在储浆器上端由上向下安装堵头塞，灌装与钻孔设计深度适配的储浆器，最下端的储浆器下部由下至上安装堵头塞，谨防地下水进入储浆器内，根据灌装、储浆器下入钻孔内的时间，在浆液里添加适量的缓凝剂，谨防浆液在储浆器内凝固。

3、施工注浆孔s1，根据钻孔深度以及岩土体强度自孔口至孔底将钻孔结构设计2～3次变径，即自上而下钻孔孔径逐渐减小2～3级。在土层、风化岩内采用大孔径钻至基岩面以下一定深度后下入保护管谨防孔壁坍塌，缩小钻孔直径继续穿过采空区顶板，下入钻井成像仪器量测采空区高度及采空区上覆岩体裂隙程度。

4、施工减压孔s2，根据钻孔深度以及岩土体强度自孔口至孔底将钻孔结构设计2～3次变径，即自上而下钻孔孔径逐渐减小2～3级。在土层、风化岩内采用大孔径钻至基岩面以下一定深度后下入保护管谨防孔壁坍塌，缩小钻孔直径继续穿过采空区顶板，下入钻井成像仪器量测采空区高度。

5、将储浆器逐根下入s1注浆孔内。

6、将注浆管与下入孔内的储浆器相连，而后将配置好的浆液灌入至井下，在灌注过程中监测s2孔口的涌水情况，s1灌注压力增大时，可在s2孔内下入抽水泵，向外抽排水，以减小s1孔的注浆压力。

7、当注浆也达到设计要求或s2内有浆液溢出时停止注浆，此时在s2钻孔内下入钻具量测采空区剩余高度，当采空区孔隙较大时，增大s1注浆压力继续注浆至设计要求；当所剩采用区孔隙较小时，在s2孔内通过钻杆水泥浆注入至孔底，待孔口有水泥浆冒出时方可停止注浆。

8、标记好钻孔位置，待浆液凝固后，s2钻孔可作为检测孔对采空区的试样进行抽芯检测。

实施例2

该实施例中，堵头塞组件采用单向阀，通过单向阀使得浆液只能由外部灌入采空区，同时又阻挡采空区的地下水向管内渗入。

单向阀的外侧具有与堵头转动配合的外螺纹表面，外螺纹表面可以形成在一环形的套体上，该套体套设固定在单向阀的外侧。

套体的外螺纹表面可以与堵头2转动配合，也可以直接与管体的内壁表面转动配合。

单向阀可以直接市场上采购，其原理和结构不再赘述。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。