既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法技术方案

本发明专利技术提供一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；井筒位于中心位置处；以井筒所在位置为圆心，在井筒的外圆周A上设置多个卸压孔，外圆周A的半径为R1；以井筒所在位置为圆心，在井筒的外圆周B上设置多个注浆孔，外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；注浆孔还与井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。本发明专利技术提供的技术方案通过在井筒附近的外圆周布置多个卸压孔，并采用间歇式的注浆方式，从而避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低了施工风险，社会、经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法
本专利技术涉及矿山建设领域，具体涉及一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法。
技术介绍
20世纪80年代以来，在大屯、徐州、淮北、兖州、永夏等矿区已有大量矿井发生了厚表土层中井壁破裂灾害，它们有的发生在井筒施工中，有的发生在矿井投产后，轻者停工停产，重者透水淹井，严重的制约了我国深立井建设的进一步发展。对井壁破裂机理的研究，形成了竖直附加力假说、采动影响假说、新构造运动假说等。大量理论分析，数值模拟和现场实测研究的成果支持了竖直附加力假说：特殊地层含水层因开采，以及冻结管拔除后的融沉而引起上覆土体下沉。土体在沉降过程中与井壁相互作用，施加于井壁外表面一个附加力系。该力增长到一定值时，混凝土井壁因不能承受而遭破坏。井壁破裂是厚表土层与井壁结构相互作用的结果，因此井壁破裂治理方法主要有井壁加固和地层加固两类。对处理井壁的方法已有大量的研究，主要包括：槽钢井圈喷混凝土加固法，加套井壁法，开槽卸压法。对地层进行处理的方法主要有：壁后注浆和地面注浆加固。对地层注浆目的是封堵井筒周边含水地层的水利通道，阻滞含水地层疏水，可以减缓、减少井筒周边地层的沉降，降低立井井壁所受到的竖向附加力。虽然目前关于立井表土地层的加固注浆已有大量的研究和工程实践，但是随着煤炭资源开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内部分矿井相继进入了深部煤炭开采状态，越来越多的立井井筒需要穿越深厚的冲积层。特别是，随着井筒穿越的冲积层越厚，其壁后地层的固结程度越大，可注性能越来越差。显然，已经不能按照常规表土地层的注浆方法进行深立井地层的加固注浆，若单纯通过增大注浆压力，极容易产生劈裂注浆，过大的注浆压力会直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，如何在既有井筒条件下深立井地层加固注浆还没有形成系统的方法和理论，因此，开展既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法的研究迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统及其注浆方法，本专利技术的技术方案解决了常规表土地层的注浆方法无法进行深立井地层的加固注浆的问题，能够填补目前尚无在既有井筒条件下深厚冲积层超固结土注浆方法的空白，避免了过大的注浆压力直接作用于井筒，而造成井筒的破坏，极大地提高了深立井地层加固注浆的稳定性，并且大大降低施工风险，社会、经济效益显著。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；所述井筒位于中心位置处；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周A上设置多个所述卸压孔，所述外圆周A的半径为R1；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周B上设置多个所述注浆孔，所述外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；所述注浆孔还与所述井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是直线型结构，所述直线型结构是指所述井筒的圆心、所述注浆孔的圆心和所述卸压孔的圆心位于同一条直线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是错位型结构，所述错位型结构是指所述注浆孔的圆心位于两个相邻的所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是混合型结构，所述混合型结构是指在所述井筒的圆心和所述卸压孔的圆心连线的延长线上、相邻的两个所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有所述注浆孔；优选地，多个所述注浆孔的个数为16个，多个所述卸压孔的个数为8个。在如上所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，优选为，相邻两个所述注浆孔之间的距离为L1，所述注浆孔与离该注浆孔最近的所述卸压孔之间的距离为L2，且L1＞L2；优选地，相邻两个所述注浆孔之间的距离L1大于1.2倍的浆液扩散半径。一种所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统的注浆方法，所述注浆方法包括以下步骤：1)注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置；所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构、错位型结构和混合型结构中的一种；2)在步骤1)布置结构完成的基础上，钻注浆孔和卸压孔；3)注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压；4)步骤3)中的加固注浆完成后，将卸压孔和注浆孔进行封堵处理。在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为错位型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第三个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压处理；最后，依次类推，直至到注浆的注浆孔没有相邻可进行卸压的注浆孔，只有通过距离该注浆的注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压，且待所有注浆孔全部完成注浆后，即完成注浆工作。在如上所述的注浆方法，优选为，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为混合型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，对位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔进行注浆时，通过与该第二个注浆孔相邻的两个注浆孔且该两个注浆孔均位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上、距离该第二个注浆孔最近的卸压孔进行卸压；依次类推，直至到所有位于卸压孔的圆心与井筒的圆心连线的延长线上的注浆孔完成注浆；再者，对位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的圆心连线所成夹角的平分线上的注浆孔进行注浆，具体为：在第一个注浆孔注浆时，通过距离该第一个注浆孔最近的两个卸压孔进行卸压；按照顺时针或者逆时针方向，对第二个位于相邻的两个卸压孔的圆心分别与井筒的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；所述井筒位于中心位置处；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周A上设置多个所述卸压孔，所述外圆周A的半径为R1；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周B上设置多个所述注浆孔，所述外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；所述注浆孔还与所述井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。

【技术特征摘要】
1.一种既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述注浆系统包括：井筒、卸压孔和注浆孔；所述井筒位于中心位置处；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周A上设置多个所述卸压孔，所述外圆周A的半径为R1；以所述井筒所在位置为圆心，在所述井筒的外圆周B上设置多个所述注浆孔，所述外圆周B的半径为R2，且R2＞R1；所述注浆孔还与所述井筒外围的地面注浆泵站内的注浆泵相连接，用于注入浆液。2.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是直线型结构，所述直线型结构是指所述井筒的圆心、所述注浆孔的圆心和所述卸压孔的圆心位于同一条直线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。3.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是错位型结构，所述错位型结构是指所述注浆孔的圆心位于两个相邻的所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上；优选地，多个所述注浆孔的个数为8个，多个所述卸压孔的个数为8个。4.如权利要求1所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，所述卸压孔和所述注浆孔的钻孔位置布置是混合型结构，所述混合型结构是指在所述井筒的圆心和所述卸压孔的圆心连线的延长线上、相邻的两个所述卸压孔的圆心分别与所述井筒的圆心连线所成夹角的平分线上均设置有所述注浆孔；优选地，多个所述注浆孔的个数为16个，多个所述卸压孔的个数为8个。5.如权利要求1-4任一项所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统，其特征在于，相邻两个所述注浆孔之间的距离为L1，所述注浆孔与离该注浆孔最近的所述卸压孔之间的距离为L2，且L1＞L2；优选地，相邻两个所述注浆孔之间的距离L1大于1.2倍的浆液扩散半径。6.一种权利要求1-5任一项所述的既有井筒条件下深立井地层加固注浆系统的注浆方法，其特征在于，所述注浆方法包括以下步骤：1)注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置；所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构、错位型结构和混合型结构中的一种；2)在步骤1)布置结构完成的基础上，钻注浆孔和卸压孔；3)注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压；4)步骤3)中的加固注浆完成后，将卸压孔和注浆孔进行封堵处理。7.如权利要求6所述的注浆方法，其特征在于，所述注浆孔和卸压孔的钻孔位置布置结构为直线型结构，注浆孔进行地层加固注浆，相邻注浆孔和卸压孔进行卸压时的具体步骤如下：首先，在第一个注浆孔注浆时，通过与该第一个注浆孔相邻的两个注浆孔、距离该第一个注浆孔最近的卸压孔进行卸压处理；接着，按照顺时针或者逆时针方向，间隔一个注浆孔在第三个注浆孔注浆时，通过与该第三个注浆孔相邻的两个注浆孔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：程桦，姚直书，荣传新，彭世龙，王晓健，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34