专利名称：壁后为含水砂层时的后注浆工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种井壁后为含水砂层时的后注浆工艺，注浆技术就是用人为的方法向岩石裂隙或松散地层的孔隙中注入凝胶浆液，以便堵塞裂隙或固结地层，起到堵水和加固的作用，按注浆施工的时间不同，注浆法可分为予注浆和后注浆，后注浆是在井巷工程砌壁以后所进行的注浆工程，它分为壁内注浆和壁后注浆，壁内注浆是利用注浆机具和输浆管路通过固定在井壁上的注浆管，把浆液注入到井壁裂缝内，使其扩散一定距离凝胶而堵水。而壁后注浆与壁内注浆的区别仅在于注浆部位不同，壁后注浆孔是穿过井壁的，通过它向壁后的地层注入浆液，待其凝固后，起到堵漏和加固井壁的作用。
井筒漏水或漏水中含砂是矿井生产建设中的重大隐患，它直接危及井筒的安全，根据1989年新编的“中华人民共和国国家标准矿山井巷工程施工及验收规范”第3、5、21条建成后的井筒或正在施工的井壁段的漏水量超过10立方米/小时，或井壁有集中漏水点，应进行壁后注浆处理。目前对复杂地层的注浆均采用“直接堵漏注浆工艺方法”(专利号85105852.3已于1988年8月6日授权)其工艺顺序是打孔→固定孔口管→泄压→堵漏→注浆。当井壁段为含水砂层时，唯恐注浆孔穿透井壁而发生大量涌水跑沙事故，因此长期以来均采用壁内注浆，在上述验收规范第3、5、24条壁后注浆孔的布置应符合下列规定“当注浆段壁后为含水砂层时，注浆孔的深度不得超过井壁厚度的3/5，双层井壁的孔深宜进入外层井壁100mm”，即当井壁后为含水砂层时，只适宜采用壁内注浆，通过钻孔对井壁内的裂隙进行直接堵漏注浆，达到充填堵漏和加固井壁的目的。
近年来在靠近基岩层的底部含水砂层由于矿井水大量疏干，使地下水头大幅度下降，井筒及周围地面出现下沉现象，造成井壁严重破裂，例如某立井壁厚为1.2m，在井深225.5m～230.5m处涌水喷砂，最大涌水量为66立方米/小时，含沙量高达5.2%，砼脱落最大厚度为250mm，钢筋弯曲，致使安装在井筒内的固定设施产生严重的位移现象，罐道与井壁间隙只剩10mm，这大大超过了规范的要求(应为150mm)，第一次处理是先在井深220m～236m段采用密集槽钢圈加固井壁，然后在出水部位打9个钻孔泄水，并用直接堵漏注浆工艺方法，进行壁内注浆，将水封至1立方米/小时，处理后二年来井筒继续变形，设置在井深236～268m段的四根排水管产生弯曲变形其最大的径向位移达763mm，涌水量达5立方米/小时，矿井被迫停产，这种方法只是对井壁作简单的补强，治表不治里，不能改善井筒的受力状态，因此对壁后为含水砂层且受严重破坏的井筒治理，已成为当前矿井安全生产中一个急待解决的难题。
本发明的目的在于提供一种打穿井壁，向井壁裂隙及壁后的含水砂层中注浆，在壁后形成一定厚度的帷幕层并与井壁连成一体切断水源，井壁受力状态得到改善，从而达到加固井壁的目的。
长期以来，把井壁后为含水砂层时能否破壁注浆视为禁区，其主要原因一是认为注浆孔一旦穿透井壁，很可能发生大量涌水跑砂事故;二是担心注浆加压会致使井壁鼓破，造成大量涌水跑砂，使井筒淹没，以致报废，而后注浆工艺是基于利用钻孔涌水量的大小与孔径成正比，以及多孔分流的原理可控制注浆孔穿透井壁后的涌水跑砂量，根据液压传导原理及砂层具有良好渗透性的特征，可使注入砂层中的注浆压力均匀扩散，向各个方向泄压，不会造成拱壁现象，就目前已实施的227个破壁孔中，一般注浆终压为静水压力的6倍，最大达12倍，井壁仍安全无恙，由于在壁后形成一定厚度的帷幕层使井壁单位面积的受力减小，从而改善了井筒的受力状态，注入的浆液除可固结壁后砂层外还可充填井壁裂隙加固井壁，阻断井筒的漏水源，通过试验现已摸索出一套在各种不同的含水砂层中安全、优质的后注浆工艺，打破了井壁后为含水砂层时不能破壁注浆的禁区，使注浆技术有了新的突破，为今后的井巷治水开辟了一条新路。
本发明方法的工艺过程是打开口孔→固定孔口管，按高压阀→打泄压孔→固定孔口管，按高压阀→打破壁孔→向壁后注浆→扫孔→注浆。
打孔可分为注浆孔和泄压孔两种，而注浆孔又包括开口孔，破壁孔和扫孔三种，注浆孔呈网状排列，排距为2m～5m，孔距为1.5m～3.5m，第一排孔布置在远离含水砂层的非含水层中，开口孔径一般为直径40mm～50mm，孔深为壁厚减去200mm～300mm，破壁孔沿开口孔轴线延伸，穿透井壁，其孔径为直径25mm～30mm，孔深超出井壁100mm～500mm，而扫孔也是沿同一轴线在破壁孔的基础上延伸，每次扫孔深度为0.5m～1.5m，扫孔的孔径与破壁孔径相同。
泄压孔的作用在于确保注浆作业的安全进行，它与注浆孔布置在同一水平上，且与注浆孔成锐角关系，并在井壁内与开口孔相通，其孔径为直径40mm～50mm。
能否正确合理地选择注浆材料将直接影响到堵水、加固的效果，本发明选用水泥浆液，其水灰比为1～0.5∶1，水泥标号高于425号，也可以使用水泥-水玻璃双液浆及其它化学浆液，破壁注浆压力为静水压力的2～6倍，为使帷幕层达到一定厚度要进行两次以上的扫孔注浆。
每孔第一次注浆量为该孔总注入量的1/4～1/2，以后依次减少，每米注浆段的井筒注入量为30～50吨。
下面将结合实施例对本发明作进一步详述例1、××风井井壁厚0.9m，壁后为含水砂层，在井深417m，405m两处井壁接头法兰盘漏水分别为3立方米/小时和1立方米/小时喷砂粒径为5mm，采用壁内注浆后，焊缝再次开裂，漏水量由3立方米/小时增至5.5立方米/小时，喷砂粒径由5mm增至12～20mm，注浆失败，险情加剧。
改用本发明，第一排孔布置在井深为398m处，其壁后为非含水粘土层，在注浆段布置四排孔，排距为5m，孔距为3.5m。打开口孔直径为44mm，孔深0.7m，固定孔口管直径为42mm，管长0.4m，按高压阀，在开口孔同一水平上与开口孔轴线成25°角方向打泄压孔直径44mm，与开口孔交于井壁内，固定孔口管直径为42mm，管长0.4m，沿开口孔轴线延伸打破壁孔直径为25mm，孔深1.1m，超出壁厚0.2m，然后注浆，采用525号水泥，水泥浆液的水灰比为0.5∶1，每米注浆段的井筒注入量为30吨，破壁注浆压力为静水压力的2倍，在注浆段井壁后形成1.0m帷幕层，井壁得到加固，注浆段井筒涌水量小于0.5立方米/小时，处理后九个多月尚未发生任何事故。
例2、××付井壁厚1.2m井壁后为含水砂层，在井深225m～230m处出现井壁破裂，最大涌水量为66立方米/小时，最高含沙量达5.2%，先采用井圈加固和壁内注浆工艺历时两年事故仍在加剧，矿井被迫停产，采用本发明第一排孔布置在井深196m处，其壁后为非含水砂岩，在注浆段布置12排孔，排距2m，孔距2.5m，打开口孔直径为42mm，孔深0.9m，固定孔口管直径为40mm，管长0.5m，按高压阀，在开口孔同一水平上打泄压孔直径42mm，其轴线与开口孔轴线夹角为30°与开口孔交于井壁内，固定孔口管直径为40mm，管长0.5m，打破壁孔直径为30mm，孔深穿出井壁0.3m，采用525号水泥，水泥浆液的水灰比为0.75∶1，扫孔直径为30mm，每次扫孔深1.5m，经三次扫孔注浆，破壁注浆压力为静水压力的6倍每米注浆段井筒注入量为50吨，在注浆段井壁后形成3m帷幕层，注浆段井壁全部得到加固，注浆段井筒涌水量降为零，两个多月未出问题。
例3、××风井壁厚1.1m，壁后为含水砂层，在井深233m～236m处出现井壁环状破坏，砼脱落最大厚度250mm，钢筋弯曲，涌水量达48立方米/小时，采用本发明第一排孔布置在井深216m处，其壁后为非含水粘土层，在注浆段布置8排孔，排距为4m，孔距1.5m，打开口孔直径为50mm，孔深0.8mm，固定孔口管直径为48mm，管长0.6m，按高压阀，在开口孔水平面上打泄压孔直径为50mm，两孔轴线夹角为20°，固定孔口管直径为48mm，管长0.6m，按高压阀，打破壁孔直径为28mm，孔深穿出井壁0.4m，采用625号水泥，水泥浆液的水灰比为1∶1，扫孔直径为28mm，经2次扫孔注浆，每次扫孔深1.2m，破壁注浆压力为静水压力的4倍，每米注浆段井筒注入量为40吨，在注浆段井壁后形成1.2m的帷幕层，注浆段井筒涌水量降为3立方米/小时，处理后5个多月尚未发生类似事故。
从1989年元月至1989年12月，已在四个井筒中实施了后注浆工艺，使遭受严重破坏的井筒得到快速、有效、安全、优质、低耗地处理，从而保证了矿井生产建设的安全进行，提高了经济效益，因此说本发明是行之有效的，确实为今后的井巷治水开辟了一条新路。
权利要求
1.一种由打孔，固定孔口管，注浆工序组成的堵漏、加固井壁后为含水砂层时的后注浆工艺，其特征在于打穿井壁后，向壁后含水砂层注浆，其工艺过程是先打开口孔→固定孔口管，按高压阀→打泄压孔→固定孔口管，按高压阀→打破壁孔→向壁后注浆→扫孔注浆。
2.一种如权利要求1所述的后注浆工艺，其特征在于注浆孔呈网状排列，排距为2m～5m，孔距为1.5m～3.5m，第一排孔布置在远离含水砂层的非含水层中，开口孔直径为40mm～50mm，孔深为壁厚减去200mm～300mm，破壁孔沿开口孔轴线延伸，穿透井壁，其孔径为直径25mm～30mm，孔深超出井壁100mm～500mm，扫孔也是沿同一轴线在破壁孔的基础上延伸，每次扫孔深度为0.5m～1.5m，扫孔的孔径与破壁孔径相同。
3.一种如权利要求1所述的后注浆工艺，其特征在于泄压孔与注浆孔布置在同一水平上，且与注浆孔成锐角关系，并在井壁内与开口孔相通，其孔径为直径40mm～50mm。
4.一种如权利要求1所述的后注浆工艺，其特征在于选用水泥浆液，水泥标号高于425号，水灰比为1～0.5∶1。
5.一种如权利要求1所述的后注浆工艺，其特征在于破壁注浆压力为静水压力的2～6倍，必须进行两次以上的扫孔注浆。
6.一种如权利要求1所述的后注浆工艺，其特征在于每米注浆段的井筒注入量为30吨～50吨。
全文摘要
本发明在于提供一种当井壁后为含水砂层时的后注浆工艺，其特征是打穿井壁，通过打孔、固定孔口管、注浆等工序向井壁裂隙及壁后的含水砂层中注浆，使含水砂层得到固结，形成一定厚度的帷幕层并与井壁连成一体，切断水源，井壁裂隙得到充填，井壁受力状态得到改善，从而达到堵漏加固的目的，本发明使注浆技术有了新的突破，为今后的井巷治水开辟了一条新路。
文档编号E21B33/13GK1044513SQ89109459
公开日1990年8月8日 申请日期1989年12月26日 优先权日1989年12月26日
发明者曾荣秀, 高一峰 申请人:中国统配煤矿总公司基建局, 中国统配煤矿总公司大屯煤电公司