一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法技术

本发明专利技术提供一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法，应用于煤矿立井的施工，包括定义工作面、施工止浆垫、壁后注浆、工作面预注浆等步骤。本发明专利技术将壁后注浆与工作面预注浆相结合，在工作面预注浆之前进行壁后注浆，施工封水圈，加强注浆效果；工作面预注浆施工止浆垫，科学计算止浆垫厚度，并对止浆垫进行注浆加固，可以实现注浆终压达到12Mpa，增大注浆扩散半径，增强注浆效果；壁后注浆和工作面预注浆结合，对沿井筒方向发育的大倾角裂隙进行预注浆封堵加固，掩护井筒掘砌施工，创建安全施工条件。

【技术实现步骤摘要】
一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法
本专利技术涉及煤矿副立井的施工领域，特别涉及一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法。
技术介绍
注浆是将浆液注入到岩土的孔隙、裂隙或空洞中，并在其中扩散、凝固、硬化，硬化后的浆液能够减小岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到岩土加固和堵水目的。既可用于为了减少井筒涌水，加快凿井速度、对井筒全深范围内的所有含水层进行预注浆的“打干井”施工，又可对裂隙含水岩层和松散砂土层进行堵水、加固。注浆是矿山建设中凿井、治水的主要方法之一，也是地下工程中地层改良的重要手段，而预注浆法是在凿井前或在井筒掘进到含水层或岩石破碎带之前所进行的注浆工程。现有的竖井工作面预注浆施工对于高角度裂隙发育的基岩含层，大都存在着工期长、堵水效果差、已支护井壁安全性差的技术难题。由于钻注效率低、辅助时间长而导致预注浆工期长。止浆垫施工质量差、不耐高压、注浆时容易漏浆是导致堵水效果差的主要原因。已支护井壁安全性差的主要原因是现有技术中一般只针对壁淋水段进行注浆堵漏，而井壁围岩由于自稳能力非常差，如泥岩遇水澎胀、崩解，围岩受节理构造控制易形成楔形不稳定岩块，容易损坏井壁，造成安全事故；对于岩石节理裂隙发育、岩石较破碎的井壁围岩，在工作面预注浆时还会造成井壁返浆施压而破坏井壁，难以保证预注浆的施工质量。公开号为104453913B的中国专利公开一种竖井工作面超前预注浆方法，包括在竖井掘进工作面到达止浆垫位置后，按位置及倾角设置注浆孔孔口管及检查孔孔口管、滤水管并铺设滤水层，然后浇注混凝土的止浆垫施工步骤；对已支护竖井井壁的壁后注入水泥浆液的壁后注浆步骤；经前述步骤后，自埋设注浆孔孔口管钻孔至涌水量超过预定量时停钻并注入浆液，待浆液终凝后再扫孔至涌水量超过预定量时停钻并注入浆液，直至涌水量小于预订量后再继续钻孔，如此反复分段下行式钻孔注浆并扫孔至全深的预注浆步骤。分析上述工作面超前预注浆方法，该方法没有对止浆垫的厚度进行科学的计算，达不到预期效果，无法使注浆终压达到12Mpa，施工工期较长，施工条件较差，而且需要设置滤水层，工序繁琐，成本高，鉴于现有技术中存在此缺点，急需一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法来对现有的注浆措施进行优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法，利用本专利技术的技术方案，施工工期短、堵水效果好、竖井施工安全、作业环境改善，其属于竖井壁后注浆与工作面预注浆相结合的注浆堵水方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法，应用于煤矿立井的施工，包括如下步骤：步骤1，定义工作面：煤矿立井的施工过程中，将揭露大倾角竖直裂隙的下方8-10米位置处定义为工作面；步骤2，施工止浆垫，依次包括如下步骤：2.1，钻探水孔：从所述工作面向下钻2-4个探水孔，测定不同深度时探水孔的涌水量；2.2，预埋注浆孔孔口管：从所述工作面向下布置16-18个预钻孔，预钻孔的直径为110-120mm、深度为1-1.5m，每个所述预钻孔的起始口距井壁均为0.9-1.5m，每个预钻孔内预埋注浆孔孔口管，所述注浆孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5-3.5m；2.3，预埋检查孔孔口管：从所述工作面向下钻出2-4个检查孔并预埋检查孔孔口管，所述检查孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5-3.5m；2.4，浇注止浆垫：然后在所述工作面的上面浇注浆液形成止浆垫；步骤3，壁后注浆：在所述步骤2中的所述止浆垫凝固后，在所述工作面上方距所述工作面2-3m的井壁上倾斜向下钻16-20个壁后注浆孔，并埋入壁后注浆孔孔口管，然后在壁后注浆孔中进行注浆；步骤4，工作面预注浆，包括如下步骤：4.1，止浆垫加固：在步骤3壁后注浆结束且所述止浆垫强度符合要求后，自所述注浆孔孔口管内继续向下钻直径为70-80mm、深度为4-6m的孔并注入浆液，用于对止浆垫进行加固；4.2，分段注浆：在步骤4.1完成后，进行分段钻孔和分段注浆，直至钻孔至注浆孔的设计深度并完成注浆，其中分段钻孔的标准包括：在所述注浆孔孔口管内继续钻孔，当涌水量≥1.5m3/h时停钻并进行该段注浆孔的注浆；所述分段注浆标准包括：当注入浆液的量达到50-60L/min并且注浆压力达到注浆终压后，继续以同样压力注入水灰比为2:1的稀浆液，20-30min后停止此段注浆孔的注浆；4.3，完成整个单孔注浆：待4.2完成后，对各个注浆孔进行扫孔至设计深度，若涌水量≥1.5m3/h则注入浆液，直至满足单孔注浆结束标准后停止注浆并封孔；单孔注浆结束标准包括：每个注浆孔的注浆压力达到注浆终压12MPa或注入量小于30-40L/min时封孔结束此孔的注浆；4.4，工作面预注浆的检验和补注：采用检验孔法、放水法或者压力成果检验法对工作面预注浆效果进行检验和补注，从而使工作面预注浆满足注浆效果。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，所述壁后注浆孔的倾斜角度为70-75°；优选地，所述探水孔的深度为35-45m。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，所述预钻孔或所述注浆孔的倾角为80-85°；所述预钻孔在所述工作面上呈圆形等距分布；更优选地，所述注浆孔的设计深度为35-50m。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤2中，所述步骤2.1之前还包括以下步骤：提升模板：将模板下放至所述工作面并拆除模板底刃角，然后将模板提至距离工作面2-3.5m处；工作面清理：在挖设集水坑之前，清理所述工作面直到硬底并找平；挖设集水坑：由所述工作面向下挖设所述集水坑，用于收集所述步骤2中所述探水孔的出水。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，当储浆池设置在煤矿立井外时，在所述步骤2和所述步骤4之间还包括以下步骤：架设输浆管路：所述储浆池连接输浆管的一端，所述输浆管的另一端通过软高压胶管与所述注浆孔孔口管连接，所述储浆池、所述输浆管、软高压胶管和所述注浆孔孔口管形成所述输浆管路；优选地，在所述软高压胶管与所述注浆孔孔口管之间还设置有混合器。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，在所述架设输浆管路步骤中，所述输浆管的承压P通过如下公式计算：式中：P为输浆管可承受的压力，单位为MPa；E为接头系数；S为输浆管的厚度，单位为mm；D为输浆管的内径，单位mm；[σ]为设计温度下材料许用应力，单位为MPa。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤2中，所述止浆垫的厚度B通过如下公式计算：B＝P0·r/σ+0.3r；式中：B为止浆垫的厚度，单位为m；P0为注浆终压，单位为Mpa；r为井筒半径，单位为m；σ为止浆垫混凝土允许抗压强度；所述注浆终压根据实测注浆孔内出水的静水压力确定，取所述静水压力的2.5倍。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，所述检查孔的直径为110-120mm、深度为45-50m，预埋的检查孔孔口管进入钻孔的深度为1-1.5m；优选地，所述检查孔的方向与井筒的中心轴平行。在上述注浆堵水方法中，作为一种优选实施方式，在所述步骤3和所述步骤4中，注浆所用的浆液为水泥单液浆，水泥单液浆包括：P.O42.5普通硅酸盐水泥和水，优选还包括三乙醇氨，三乙醇氨的用量为普通硅酸盐水泥重量的0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法，应用于煤矿立井的施工，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，定义工作面：煤矿立井的施工过程中，将揭露大倾角竖直裂隙的下方8‑10米位置处定义为工作面；步骤2，施工止浆垫，依次包括如下步骤：2.1，钻探水孔：从所述工作面向下钻2‑4个探水孔，测定不同深度时探水孔的涌水量；2.2，预埋注浆孔孔口管：从所述工作面向下布置16‑18个预钻孔，预钻孔的直径为110‑120mm、深度为1‑1.5m，每个所述预钻孔的起始口距井壁均为0.9‑1.5m，每个预钻孔内预埋注浆孔孔口管，所述注浆孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5‑3.5m；2.3，预埋检查孔孔口管：从所述工作面向下钻出2‑4个检查孔并预埋检查孔孔口管，所述检查孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5‑3.5m；2.4，浇注止浆垫：然后在所述工作面的上面浇注浆液形成止浆垫；步骤3，壁后注浆：在所述步骤2中的所述止浆垫凝固后，在所述工作面上方距所述工作面2‑3m的井壁上倾斜向下钻16‑20个壁后注浆孔，并埋入壁后注浆孔孔口管，然后在壁后注浆孔中进行注浆；步骤4，工作面预注浆，包括如下步骤：4.1，止浆垫加固：在步骤3壁后注浆结束且所述止浆垫强度符合要求后，自所述注浆孔孔口管内继续向下钻直径为70‑80mm、深度为4‑6m的孔并注入浆液，用于对止浆垫进行加固；4.2，分段注浆：在步骤4.1完成后，进行分段钻孔和分段注浆，直至钻孔至注浆孔的设计深度并完成注浆，其中分段钻孔的标准包括：在所述注浆孔孔口管内继续钻孔，当涌水量≥1.5m3/h时停钻并进行该段注浆孔的注浆；所述分段注浆标准包括：当注入浆液的量达到50‑60L/min并且注浆压力达到注浆终压后，继续以同样压力注入水灰比为2:1的稀浆液，20‑30min后停止此段注浆孔的注浆；4.3，完成整个单孔注浆：待4.2完成后，对各个注浆孔进行扫孔至设计深度，若涌水量≥1.5m3/h则注入浆液，直至满足单孔注浆结束标准后停止注浆并封孔；单孔注浆结束标准包括：每个注浆孔的注浆压力达到注浆终压12MPa或注入量小于30‑40L/min时封孔结束此孔的注浆；4.4，工作面预注浆的检验和补注：采用检验孔法、放水法或者压力成果检验法对工作面预注浆效果进行检验和补注，从而使工作面预注浆满足注浆效果。...

【技术特征摘要】
1.一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法，应用于煤矿立井的施工，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，定义工作面：煤矿立井的施工过程中，将揭露大倾角竖直裂隙的下方8-10米位置处定义为工作面；步骤2，施工止浆垫，依次包括如下步骤：2.1，钻探水孔：从所述工作面向下钻2-4个探水孔，测定不同深度时探水孔的涌水量；2.2，预埋注浆孔孔口管：从所述工作面向下布置16-18个预钻孔，预钻孔的直径为110-120mm、深度为1-1.5m，每个所述预钻孔的起始口距井壁均为0.9-1.5m，每个预钻孔内预埋注浆孔孔口管，所述注浆孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5-3.5m；2.3，预埋检查孔孔口管：从所述工作面向下钻出2-4个检查孔并预埋检查孔孔口管，所述检查孔孔口管的露出所述工作面的管口高出所述工作面2.5-3.5m；2.4，浇注止浆垫：然后在所述工作面的上面浇注浆液形成止浆垫；步骤3，壁后注浆：在所述步骤2中的所述止浆垫凝固后，在所述工作面上方距所述工作面2-3m的井壁上倾斜向下钻16-20个壁后注浆孔，并埋入壁后注浆孔孔口管，然后在壁后注浆孔中进行注浆；步骤4，工作面预注浆，包括如下步骤：4.1，止浆垫加固：在步骤3壁后注浆结束且所述止浆垫强度符合要求后，自所述注浆孔孔口管内继续向下钻直径为70-80mm、深度为4-6m的孔并注入浆液，用于对止浆垫进行加固；4.2，分段注浆：在步骤4.1完成后，进行分段钻孔和分段注浆，直至钻孔至注浆孔的设计深度并完成注浆，其中分段钻孔的标准包括：在所述注浆孔孔口管内继续钻孔，当涌水量≥1.5m3/h时停钻并进行该段注浆孔的注浆；所述分段注浆标准包括：当注入浆液的量达到50-60L/min并且注浆压力达到注浆终压后，继续以同样压力注入水灰比为2:1的稀浆液，20-30min后停止此段注浆孔的注浆；4.3，完成整个单孔注浆：待4.2完成后，对各个注浆孔进行扫孔至设计深度，若涌水量≥1.5m3/h则注入浆液，直至满足单孔注浆结束标准后停止注浆并封孔；单孔注浆结束标准包括：每个注浆孔的注浆压力达到注浆终压12MPa或注入量小于30-40L/min时封孔结束此孔的注浆；4.4，工作面预注浆的检验和补注：采用检验孔法、放水法或者压力成果检验法对工作面预注浆效果进行检验和补注，从而使工作面预注浆满足注浆效果。2.根据权利要求1所述的注浆堵水方法，其特征在于，所述壁后注浆孔的倾斜角度为70-75°；优选地，所述探水孔的深度为35-45m。3.根据权利要求1所述的注浆堵水方法，其特征在于，所述预钻孔或所述注浆孔的倾角为80-85°；所述预钻孔在所述工作面上呈圆形等距分布；更优选地，所述注浆孔的设计深度为35-50m。4.根据权利要求1所述的注浆堵水方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述步骤2.1之前还包括以下步骤：提升模板：将模板下放至所述工作面并拆除模板底刃角，然后将模板提至距离工作面2-3.5m处；工作面清理：在挖设集水坑之前，清理所述工作面直到硬底并找平；挖设集水坑：由所述工作面向下挖设所述集水坑，用于收集所述步骤2中所述探水孔的出水。5.根据权利要求1所述的注浆堵水方法，其特征在于，当储浆池设置在煤矿立井外时，在所述步骤2和所述步骤4之间还包括以下步骤：架设输浆管路：所述储浆池连接输浆管的一端，所述输浆管的另一端通过软高压胶管与所述注浆孔孔口管连接，所述储浆池、所述输浆管、软高压胶管和所述注浆孔孔口管形成所述输浆管路；优选地，在所述软高压胶管与所述注浆孔孔口管之间还设置有混合器。6.根据权利要求5所述的注浆堵水方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘结高，程桦，方恩才，疏义国，朱先龙，翟恩发，刘向阳，程爱民，高银贵，
申请(专利权)人：淮矿西部煤矿投资管理有限公司，鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司，安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15