一种透巷道地面钻孔套管封固装置及其操作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿防治水、煤井基建工程钻孔施工领域，尤其涉及一种透巷道地面钻孔套管封固装置及其安全操作工艺。
【背景技术】
[0002]对于受地下水威胁严重的大水矿区，往往把对威胁煤层开采的高压含水层进行疏水降压作为治理水害的主要手段之一，需要施工一定数量的排水钻孔，通过钻孔内排水套管和井下巷道内与排水套管连接的排水系统，把井下水仓内储存的地下水排至地面，此时钻孔套管起到排水管的作用；有时为了满足井下工作面注浆改造的需要，要在地面施工一定数量的注浆钻孔，通过注浆钻孔内的套管把地面造浆站配制好的水泥浆或其它浆液输送到井下巷道的注浆管路中，经注浆钻孔把这些浆液注入到含水层内，达到注浆堵水的目的。此时钻孔套管起到输浆管的作用；当需要在井下新开拓的工作面增加供电能力时，有时为了减少成本，往往在工作面巷道正上方地面上施工透巷道电缆钻孔，把供电线缆通过钻孔套管输送到井下工作面。此时钻孔套管起到保护线缆的护壁管的作用。
[0003]对上述各类透巷道钻孔套管的封固，均因为在巷道顶部钻孔位置无法止浆或止浆失败，造成钻孔内孔壁和套管之间注入的浆液部分流失甚至全部流失进入到巷道内；或者孔内一旦有涌水现象时，钻孔内注入的浆液随涌水流失进入到巷道内，因为止浆失败造成钻孔涌水也难以被封堵。上述钻孔内注入的浆液的流失，使套管周围没有封固材料固定套管，会使套管出现悬垂、晃动且暴露在空气中，或钻孔内由涌水时套管浸泡在水中。套管因悬垂晃动会出现断裂，暴露在空气或浸泡在水中会出现严重的锈蚀现象，减少套管使用寿命。上述问题的出现，导致施工的钻孔难以正常工作甚至报废，严重影响煤矿正常生产甚至因地下水来不及排出而威胁煤矿安全。
[0004]为避免上述问题的出现，有的施工单位不敢施工透巷道钻孔，而是在地面施工钻孔到巷道同一标高的地层，然后开拓新的巷道寻找钻孔，不仅造成大量经济和时间的浪费，在开拓巷道时同样存在着安全问题。
【发明内容】
[0005]本发明目的就是为了解决上述问题，提出了一种透巷道地面钻孔套管封固装置及其操作工艺。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种透巷道地面钻孔套管封固装置，包括:套管、钻孔注浆细管、注浆细管I和注浆细管II ;
[0008]所述套管设置在巷道钻孔内，套管一侧敷设一路钻孔注浆细管，并同套管一同下入钻孔内，在巷道顶板套管和两侧孔壁之间分别下入注浆细管I和注浆细管II，两路注浆细管伸入到钻孔内的高度不同，注浆细管I和注浆细管II分别连接流量表和阀门，在巷道顶板钻孔孔壁与套管之间的环状间隙内逐层捣入止浆材料，依次通过注浆细管I和注浆细管II分别向钻孔内注入速凝浆液，形成浆液固结体止浆层I和浆液固结体止浆层II，在浆液固结体止浆层II的上面注入钻孔套管浆液封固体。
[0009]所述注浆细管I伸入到钻孔内的高度为2?3m，注浆细管II伸入到钻孔内的高度为5?7m。
[0010]所述和注浆细管I和注浆细管II入到钻孔内的高度在巷道顶板岩石完整时取下限值，不完整时取上限值。
[0011 ] 所述止浆材料包括编制袋和速凝剂；编织袋和速凝剂交替使用。
[0012]所述止浆材料进入钻孔间隙的高度与修整后的钻孔环状间隙深度相同。
[0013]所述注浆细管I和注浆细管II向钻孔内注入的液面高度均不超过注浆细管在钻孔内的高度。
[0014]一种透巷道地面钻孔套管封固装置的操作工艺，包括如下步骤:
[0015](I)施工透巷道钻孔，在透巷道时，要求钻孔孔壁内无涌水或有少量涌水现象，孔壁无坍塌现象；
[0016](2)修整巷道顶板钻孔孔壁，使修整后的钻孔孔壁与套管之间的环状间隙规整均匀；
[0017](3)在巷道顶板套管和孔壁之间分别下入注浆细管I和注浆细管II，两路注浆细管伸入到钻孔内的高度不同；
[0018](4)在巷道顶板修整后的环状间隙内逐层捣入止浆材料；
[0019](5)上述止浆材料安装完毕后，进行止浆效果检查；
[0020](6)止浆材料安装合格后，通过注浆细管I向钻孔内注入速凝浆液，第一次注浆加固形成浆液固结体止浆层I;
[0021](7)通过注浆细管II向钻孔内第二次注入速凝浆液，第二次注浆加固继续形成浆液固结体止浆层II ;
[0022](8)上述工作完成后，在地面通过钻孔注浆细管向钻孔内注入水泥浆，水泥浆凝固后形成钻孔套管浆液封固体；水泥浆液在钻孔孔口返出后停止注浆，候凝；
[0023](9)候凝结束后，在井下巷道内把出露于巷道的钻孔套管在设定高度割断，并焊接同规格的横向套管；
[0024]若是电缆孔，则在巷道内直接根据需要在设定高度割断出露部分的套管并连接电缆保护装置即可。
[0025]所述步骤(4)中，止浆材料由编制袋和速凝剂组成，编织袋和速凝剂交替使用；止浆材料进入钻孔间隙的高度与修整后的钻孔环状间隙深度相同。
[0026]所述步骤(5)中，止浆效果检查的具体方法为:
[0027]可通过注浆细管I向钻孔内注入稀水泥浆，若止浆材料处有渗漏现象，重新对止浆材料进行安装，直到无渗漏为止；
[0028]当钻孔内有少量涌水现象时，不需通过注浆细管I注入稀水泥浆，直接观察孔内涌水是否通过止浆材料处渗漏，如果无渗漏，则止浆合格，否则重新安装止浆材料。
[0029]所述步骤(6)和步骤(7)中，两次速凝浆液的注浆量根据注浆细管进入钻孔内的高度所控制的钻孔和套管之间的环状间隙与相应注浆管的容积之和确定；注浆细管I和注浆细管II向钻孔内注入的液面高度均不超过注浆细管在钻孔内的高度，每次注浆必须连续完成，中间不得停顿。
[0030]本发明的有益效果是:
[0031](I)本发明解决了因为巷道顶板处钻孔止浆失败造成钻孔内注入的浆液的流失，使套管周围没有封固材料固定套管，使套管因悬垂、晃动出现的套管断裂现象。
[0032](2)本发明解决了因钻孔套管封固浆液流失掉使套管暴露在空气或浸泡在水中出现的严重锈蚀现象。
[0033](3)避免了以往不敢施工透巷道钻孔，而是先施工钻孔，再开拓巷道寻找钻孔套管带来的经济和时间浪费，以及开拓新巷道带来的安全问题。
【附图说明】
[0034]图1为本发明透巷道地面钻孔套管封固装置结构示意图；
[0035]图2为第一次注浆形成孔内浆液固结体止浆层原理示意图；
[0036]图3为第二次注浆形成孔内浆液固结体止浆层原理示意图；
[0037]图4为通过钻孔注浆细管向钻孔内注浆对套管进行封固原理示意图；
[0038]图5为透巷道地面钻孔套管封固最终完成结构示意图。
[0039]其中，I钻孔孔壁，2钻孔注浆细管，3套管，4钻孔，5注浆细管I，6止浆材料，7流量表I，8阀门I，9阀门II，10流量表II，11注浆细管II，12浆液固结体止浆层I，13浆液固结体止浆层II，14钻孔套管浆液封固体，15修整后钻孔环状间隙。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0041]如图1-图5所示，一种透巷道地面钻孔套管封固装置，包括:套管3、钻孔注浆细管2、注浆细管I 5和注浆细管II 11 ;
[0042]套管3设置在巷道钻孔4内，套管3 —侧敷设一路钻孔注浆细管2，并同套管3 —同下入钻孔4内，在巷道顶板套管3和两侧孔壁之间分别下入注浆细管I 5和注浆细管II 11，两路注浆细管伸入到钻孔4内的高度不同，注浆细管I 5和注浆细管II 11分别连接流量表I 7、阀门I 8和流量表II 10、阀门II 9，在巷道顶板钻孔孔壁I与套管3之间的环状间隙内逐层捣入止浆材料6，依次通过注浆细管I 5和注浆细管II 11分别向钻孔4内注入速凝浆液，形成浆液固结体止浆层I 12和浆液固结体止浆层II 13，在浆液固结体止浆层II 13的上面注入钻孔套管浆液封固体14。
[0043]上述透巷道地面钻孔套管封固装置的操作步骤如下:
[0044]1、首先是施工透巷道钻孔4，要求在透巷道时，钻孔孔壁I内无涌水或有少量涌水现象，孔壁无坍塌现象。孔内套管3座在巷道底板上。随钻孔套管3—侧敷设一路钻孔注浆细管2，并同套管3 —同下入钻孔4内。钻孔注浆细管2底口位于钻孔4底部，其标高要高于注浆细管II 11的上口位置5m左右。
[0045]2、修整巷道顶板钻孔孔壁1，使修整后的钻孔孔壁I与套管3之间的环状间隙规整均匀，修整深度为0.3?0.5m。巷道顶板岩石完整时修整深度为0.3m，不完整时修整深度为 0.5mο
[0046]3、下入注浆细管。在巷道顶板套管3和孔壁之间分别下入两路注浆细管，要求两路注浆细管伸入到钻孔4内的高度不同。注浆细管分别连接流量表和阀门。注浆细管直径由钻孔孔壁I及孔内套管3外径之间的间隙决定，必须保证注浆细管能顺利插入到钻孔4和套管3之间的环状间隙内。注浆细管I 5插入高度为2?3m左右，注浆细管II 11插入高度为5?7m左右。插入深度巷道顶板岩石完整时取下限值，不完整时取上限值。
[0047]4、安装止浆材料6。在巷道顶板修整后的环状间隙内逐层捣入止浆材料6。止浆材料6分别由编制袋和速凝剂组成。一层编织袋一层速凝剂交替使用。速凝剂选用煤矿锚杆支护用的锚固剂，锚固剂被湿润后捣入环状间隙。止浆材料6进入钻孔间隙的高度与修整后的钻孔环状间隙15深度相同。
[0048]5、止浆效果检查。上述止浆材料6安装完毕后，可通过注浆细管I 5向钻孔4内注入稀水泥浆，水泥浆密度控制在1.4g/cm3左右。若止浆材料6处有渗漏现象，要重新对止浆材料6进行安装，直到无渗漏为止。当钻孔4内有少量涌水现象时，也可以不通过注浆细管I 5注入稀水泥浆，直接观察孔内涌水是否通过止浆材料6处渗漏。无渗漏时方为止浆合格，否则重新安装止浆材料6。
[0049]6、第一次注浆加固形成浆液固结体止浆层I 12。止浆材料6安装合格后，通过注浆细管I 5向钻孔4内注入速凝浆液。本次注浆目的是利用注入的速凝浆液凝固后具有一定结石强度的特性