【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿防治水治理，具体涉及一种钻孔注浆孔水泥浆顶替用系统及方法。
技术介绍
1、现有技术中，对地层导水裂隙和导水通道的治理多采用地面或者井下钻孔揭露，再以高压注浆的施工方法，旨在借助胶凝物的胶凝作用对地层出水通道进行封堵，达到提高隔水层厚度，降低矿井涌(出)水量，保障安全生产的目的。具体包括：首先向含水层或者预定位置钻孔探查和揭露导水通道，在出水量(漏失量)大于设计注浆出水量(漏失量)时，采用注浆泵等动力设备、通过注浆管线将水泥浆自孔口注入，水泥浆液在压力作用下沿钻孔进入导水裂隙并扩展，逐渐充斥和封堵导水通道。随着通道被堵塞和水泥浆凝固，注浆压力逐渐升高，达到设计注浆结束压力值时，开始压水程序，即注入一定量清水，顶替钻孔内水泥浆，降低后续扫孔难度和工程量。顶替至预定量后，停止顶替，关闭孔口阀门，侯凝。待孔口压力归零后开始继续扫孔、钻进，出水量(漏失量)达到设计量时再次注浆。如此往复，直至钻至预定位置。上述方法主要存在以下缺陷：受限于流体的固有特性和水泥浆的粘附力，在注浆过程中，钻孔横截面上水泥浆流速不同，钻孔横截面圆心位置流速较快，靠近孔壁流速较慢，导致孔壁处产生水泥浆附着并逐渐凝固，在长时间注浆后，附着和凝固的水泥浆会导致过流横截面逐步减小，进而导致注浆压力逐步增大，甚至憋泵导致注浆停止，最终导致注浆效率低；注水顶替阶段，靠近钻孔孔壁的相当部分水泥浆无法被水顶替，在停止顶替、孔内压力释放过程中，在重力作用下，未完全凝固水泥浆发生缓慢流动，最终在钻孔相对低处聚集、凝固，增加后期扫孔工作量，同时极易导致后期扫孔过程中的
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种钻孔注浆顶替用系统及方法，通过在注浆过程中间歇性清除孔壁附着水泥浆，解决现有技术中存在的由于注浆材料在孔壁上的聚集和凝固导致的注浆效率低且后期扫孔工作量大的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
3、一种钻孔高压注浆顶替用系统，包括由上至下顺序同轴连通设置的储存管、转换管和固井套管，所述储存管和转换管之间设置有第一闸阀，所述转换管和固井套管之间设置有第二闸阀，所述固井套管下端伸入注浆钻孔内；
4、所述储存管内设置有扰流封隔塞，所述扰流封隔塞的外壁与储存管的内壁之间形成环空通道；
5、还包括三通阀，所述三通阀的第一通道能够经第一注浆软管连接注浆泵，所述三通阀的第二通道经第二注浆软管与储存管的上端口连通，所述三通阀的第三通道经第三注浆软管与开设在转换管上的注浆接口连通；
6、注浆作业时，水泥浆经第三注浆软管、转换管和固井套管进入注浆钻孔；
7、推送扰流封隔塞时，注入的流体先经第二注浆软管进入储存管将扰流封隔塞推入转换管，再经第三注浆软管进入转换管将扰流封隔塞推入注浆钻孔。
8、本专利技术还具有以下技术特征：
9、具体的，所述第二注浆软管上还设置有第三闸阀，所述第三注浆软管上还设置有第四闸阀。
10、更进一步的，所述扰流封隔塞由添加了聚丙烯纤维的混凝土制成，混凝土采用与注浆水泥同种水泥；所述聚丙烯纤维以扰流封隔塞体积计，掺量为0.5-0.6kg/m3；所述聚丙烯纤维的外形为圆柱状，长度为6mm～50mm。
11、更进一步的，所述扰流封隔塞包括一体化连接设置的半球体状塞头和圆柱体状塞体，所述塞体外表面沿周向设置多个梯形凹槽。
12、更进一步的，所述扰流封隔塞的长度为0.4～0.7米，且扰流封隔塞的长度大于5.5倍塞体直径。
13、更进一步的，所述梯形凹槽的深度为塞体直径的0.3～0.6倍，且梯形凹槽的下底长度与梯形凹槽的深度之比大于1.8，相邻梯形凹槽的间距为塞体直径的0.5～1.3倍。
14、更进一步的，所述转换管的管壁上开设有卸压口，且转换管的管壁上还设置有压力表。
15、本专利技术还保护一种钻孔高压注浆顶替方法，所述方法通过上述钻孔高压注浆顶替用系统实现，包括以下步骤：
16、步骤1、完成注浆钻孔直井段的钻进，所述直井段内至少设置有一个固井套管，且固井套管沿直井段的长度方向延伸，连接固井套管与转换管；
17、步骤2、根据注浆钻孔的直径确定扰流封隔塞的直径，完成扰流封隔塞的预制，所述注浆钻孔的直径比扰流封隔塞的直径大5～10mm；
18、步骤3、完成注浆钻孔注浆段的钻进施工，并在钻进过程中实时获取出水量数据，在出水量达到设计注浆值后，继续钻进10～15m；
19、步骤4、完成注浆泵与储存管和转换管的连接，然后以清水冲孔，且清水冲孔的流速为0.5～0.7m/s，至清水注入量达到注浆钻孔总容积的1.5～2.5倍时停止注水；
20、步骤5、进行注浆作业，并在注浆作业过程中，按照设定的时间间隔推送扰流封隔塞经转换管进入注浆钻孔，至注浆时间达到设定值后结束注浆作业；
21、步骤6、清水注入作业，并在清水注入作业的过程中，按照设定的时间间隔推送扰流封隔塞经转换管进入注浆钻孔，至注水量达到注浆钻孔总容积的1.5～2.5倍时停止注水，清水注入作业结束；
22、步骤7、在达到注浆材料侯凝时间后，进行扫孔作业。
23、更进一步的，步骤5中所述的按照设定的时间间隔推送扰流封隔塞经转换管进入注浆钻孔具体包括：当水泥浆密度为1.2g/cm3时，时间间隔为6小时；密度为1.3g/cm3时，时间间隔为5.5小时；密度为1.4g/cm3时，时间间隔为5小时；密度为1.5g/cm3时，时间间隔为4.5小时。
24、本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
25、(1)本专利技术系统通过结构设计，为扰流封隔塞提供了预装空间，通过转换管与注浆管路的配合可实现压力释放、扰流封隔塞推送的操作，本专利技术提供的扰流封隔塞通过结构设计，尤其是梯形凹槽的参数设计，能够有效清除钻孔壁上附着的水泥浆；本专利技术装置结构简单，安装使用方便，能够节约维修成本，值的推广。
26、(2)本专利技术系统中仅有转换管和注浆软管部分为高压，且转换管两侧均采用法兰盘连接其他管件，安全系数高；注浆管孔径较低，耐压系数高；通过闸阀实现高压部分与储存管等低压部分的分离，整体管路耐压及安全系数高。
27、(3)本专利技术方法在注浆过程中通过扰流封隔塞清理钻孔壁上附着的水泥浆，提高钻孔有效过流截面积，降低注浆压力，提高了注浆效率和注浆质量；提高顶替阶段顶替效果，减少后续扫孔工作量，降低了水泥损耗量，减少扫孔工作量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，包括由上至下顺序同轴连通设置的储存管(1)、转换管(2)和固井套管(3)，所述储存管(1)和转换管(2)之间设置有第一闸阀(4)，所述转换管(2)和固井套管(3)之间设置有第二闸阀(5)，所述固井套管(3)下端伸入注浆钻孔内；
2.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述第二注浆软管(8)上还设置有第三闸阀(10)，所述第三注浆软管(9)上还设置有第四闸阀(11)。
3.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6)由添加了聚丙烯纤维的混凝土制成，所述聚丙烯纤维以扰流封隔塞体积计，掺量为0.5-0.6kg/m3；所述聚丙烯纤维的外形为圆柱或者片状，长度为6mm～50mm。
4.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6)包括一体化连接设置的半球体状塞头(61)和圆柱体状塞体(62)，所述塞体(62)外表面沿周向设置多个梯形凹槽(621)。
5.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6
6.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述梯形凹槽(621)的深度为塞体直径的0.3～0.6倍，且梯形凹槽(621)的下底长度与梯形凹槽(621)的深度之比大于1.8，相邻梯形凹槽(621)的间距为塞体直径的0.5～1.3倍。
7.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述转换管(2)的管壁上开设有卸压口(21)，且转换管(2)的管壁上还设置有压力表(12)。
8.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述塞体(62)外壁与储存管(1)内壁的间距为5mm～10mm。
9.一种钻孔高压注浆顶替方法，其特征在于，所述方法通过如权利要求1至权利要求8任一所述的钻孔高压注浆顶替用系统实现，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的钻孔高压注浆顶替方法，其特征在于，步骤5中所述的按照设定的时间间隔推送扰流封隔塞经转换管进入注浆钻孔具体包括：当水泥浆密度为1.2g/cm3时，时间间隔为6小时；密度为1.3g/cm3时，时间间隔为5.5小时；密度为1.4g/cm3时，时间间隔为5小时；密度为1.5g/cm3时，时间间隔为4.5小时。
...【技术特征摘要】
1.一种钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，包括由上至下顺序同轴连通设置的储存管(1)、转换管(2)和固井套管(3)，所述储存管(1)和转换管(2)之间设置有第一闸阀(4)，所述转换管(2)和固井套管(3)之间设置有第二闸阀(5)，所述固井套管(3)下端伸入注浆钻孔内；
2.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述第二注浆软管(8)上还设置有第三闸阀(10)，所述第三注浆软管(9)上还设置有第四闸阀(11)。
3.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6)由添加了聚丙烯纤维的混凝土制成，所述聚丙烯纤维以扰流封隔塞体积计，掺量为0.5-0.6kg/m3；所述聚丙烯纤维的外形为圆柱或者片状，长度为6mm～50mm。
4.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6)包括一体化连接设置的半球体状塞头(61)和圆柱体状塞体(62)，所述塞体(62)外表面沿周向设置多个梯形凹槽(621)。
5.如权利要求1所述的钻孔高压注浆顶替用系统，其特征在于，所述扰流封隔塞(6)的长度为0.4～0.7米，且扰流封隔塞(6)的长度大于5.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜志强，王世东，刘英峰，田干，郭国强，胡宝玉，王红梅，李佩，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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