专利名称：矿井破壁钻孔注浆加固堵漏方法
技术领域：
本发明属于井巷工程中的加固堵漏注浆方法。
地处松散的厚表土层地层的矿井因表土层底部含水层(以下简称底含)直接覆盖在煤系地层之上，通过煤岩露头裂隙和采空区，底含水被导入井下，而在井筒周围形成了最大的降落漏斗。随着低含水位下降，井田范围内会出现大面积地表下沉，地层对井筒外表将施加一个巨大的竖向应力，在这种极不均匀的竖向应力作用下，使底含部位形成应力集中区，当某部位的截面实际应力超过了井筒自身设计应力时，井壁即产生压缩性破坏，造成井壁断裂涌水、喷砂，并随着对井壁的垂直压力和侧压力的增大，这种险情也随之加剧，甚至会出现井塌事故，对井筒构成严重威胁。现有方法是用槽钢井圈加固，增加井壁强度，但阻挡不住井筒继续破坏和位移，不能从根本上解决问题。
本发明提出一种井筒表土段破壁钻孔注浆加固堵漏方法，以达到封水、固砂，减少由于围岩滑移、下沉而产生的附加应力对井壁的作用，增加和提高井筒的整体性和稳定性，阻止变形破坏的继续发展，以期达到根治目的。
本发明的任务通过下述方式实现在标明要封堵加固的部位，破壁钻注浆孔，安注浆管，用大于被注浆部位阻力的压力向内外井壁夹层和外井壁后的砂、土层注入浆液，在被注浆部位形成厚薄不等的灰浆帏幕固结区。注浆重点层位是底含井筒破裂处及其砂砾层、中、细砂层。井筒破裂部分的高度在底含部位是局部的，一般为3～8米，但为了增强井筒的整体性，需对底部含水层全段高进行注浆。注浆施工由基岩风化带开始，自下向上分层向上布孔注浆，使上下依托在稳定岩层内。用φ42m/m钻头钻水平注浆孔，在其上方钻一斜度为35-50度斜孔作为泄压孔，与注浆孔交会。然后在注浆孔和泄压孔内分别安设注浆管与泄压管，并在注浆孔外侧口设金属挡板，用倒楔锚杆把金属挡板固定在井壁上。挡板中心开孔，套在注浆孔外侧口，抵住注浆管，不致使其在高压涌水、喷砂作用下向井内位移。在注浆管与泄压管上安设高压阀门。浆液可采用35-50波美度的水玻璃和水灰比为0.8～2∶1的硅酸盐水泥浆，水玻璃和水泥浆的容积比为1∶5～8。注浆压力由小到大逐渐加压，以能够顺利进浆的压力为准，终压为100-150公斤/厘米2。注浆量可根据下述经验公式计算Q＝a×v×u式中a-浆液损失系数，取1.0-1.3;
v-固结充填体积，取帏幕厚1.5-2.5米;
u-孔隙率，取23-30%。
以下结合附图对本发明作说明
图1是本发明实施例1的注浆顺序及灰浆帏幕形成剖面。
图2是本发明注浆顺序及灰浆帏幕形成剖面。
实施例1如图1所示，施工前在井壁上按照地质柱状图标明相应地质层位(即需要加固堵漏的位置)。先用槽钢井圈加固，增强井壁强度，然后按图1所示顺序自下而上分层布孔钻注。每层布孔数量应视井筒直径大小和壁后地质情况而定，本例每层布5个孔，孔径为42-45m/m，其上方各自有相同孔径的泄压管，斜度为45度，终端与注浆孔交会。孔内分别安注浆管和泄压管。注浆管口设金属挡板，挡板中心开孔，套住注浆管，挡板四角用倒楔锚杆固定在井壁上。在注浆管和泄压管上安设高压阀门。水泥搅拌站设在上井口，水泥浆、水玻璃通过专用管路输入井内施工点。注浆泵安置在罐笼或箕斗上层，注浆时关闭泄压管上的高压阀门，打开注浆管上的高压阀门，开动注浆泵向壁后及夹层注浆。
按照注浆量经验公式Q＝a×v×u本实施例井筒直径为6米，充填固结段高40米，取帏幕厚1.5米，a＝1.3，u＝30%。
Q＝1.3×[40×(4.52-32)×π]×30%≈550吨水玻璃和水泥浆容积比按1∶5计算，则水玻璃为110吨，水泥浆为440吨。采用35波美度水玻璃和水灰比为0.8∶1的硅酸盐水泥浆。终压设计控制在100-120公斤/厘米2。破壁注浆后在井筒周围形成厚薄不等的灰浆帏幕，而且其外围的砂、土层由于高压浆液的渗透，由流态结构改变为一定范围的无压无水的固态结构。
实施例2破壁钻孔注浆顺序按图2。条件与实施例1相同，取帏幕厚2.5米，浆液损失系数a＝1.0，孔隙率u＝23%，由经验公式得Q＝1.0×[40×(5.52-32)×π]×23%≈613水玻璃和水泥浆容积比按1∶8计算，则水玻璃为76吨，水泥浆为536吨，采用50波美度水玻璃和水灰比为1.2∶1的硅酸盐水泥浆，终压设计控制在130-150公斤/厘米2。注浆效果与实施例1基本一致。
本发明打开了井筒厚表层土砂层段破壁注浆的禁区，为新建矿井用注浆法代替冻结法或占井法提供了可靠的方法。对于升产矿井来说，采用本发明，施工期短，效果好，在一两个月内就能封住涌水、流砂。在含水地层带形成厚薄不等的灰浆围幕，充填固结了围岩，增强了井筒的稳定性。
权利要求
1.一种矿井破壁钻孔注浆加固堵漏方法，其特征在于在标明要封堵加固部位，破壁钻注浆孔，安注浆管，用大于被注浆部位阻力的压力向内外井壁夹层和外井壁后的砂、土层注入浆液，在被注浆液的井筒周围形成厚薄不等的灰浆帏幕固结区。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于注浆层次为自下而上分层布孔，在注浆孔上方钻斜度为35-50度的泄压孔，其端部与注浆孔交会，注浆孔和泄压孔内分别安注浆管和泄压管并设高压阀门。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于注浆管外侧口设有金属挡板，中心开孔，套在注浆管外侧口。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于计算注浆量的经验公式为Q＝a×v×u，式中a-浆液损失系数，取1.0-1.3;v-固结充填体积，取帏幕厚1.5-2.5米;u-孔隙率，取23-30%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于浆液为35-50波美度的水玻璃和水灰比为0.8～2∶1的硅酸盐水泥浆，水玻璃和水泥浆的容积比为1∶5～8，注浆压力由小到大逐渐加压，终压为100-150公斤/厘米2。
全文摘要
本发明是关于一种矿井破壁钻孔注浆加固堵漏方法。在井筒标明要封堵加固部位，破壁钻注浆孔，安注浆管，用大于被注浆部位阻力的压力向内外井壁夹层和外井壁后的砂、土层注入浆液，在被注浆液的井筒周围形成厚薄不等的灰浆帷幕固结区，达到封堵水砂，固结围岩，增强井筒稳定性的目的。
文档编号E21B33/13GK1064522SQ9110126
公开日1992年9月16日 申请日期1991年2月26日 优先权日1991年2月26日
发明者周庆芬 申请人:煤炭科学研究总院合肥研究所