[發明專利]一種微裂隙圍巖預切槽高壓氣體擴縫注漿堵水方法

有效

• 申請號: 201510368674.1
• 申請日: 2015-06-30
• 公開（公告）號: CN105041344B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 陸銀龍;王連國;蔣邦友;孫小康;肖天博
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D11/38
• 分類號: E21D11/38;E21D11/10
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種井下微裂隙圍巖注漿堵水的新方法，具體涉及一種微裂隙圍巖預切槽高壓氣體擴縫注漿堵水方法。

背景技術

煤礦井筒、巷道等井巷工程穿過開度較小的微裂隙砂巖含水層時，圍巖滲水量大，微裂隙滲水通道封堵困難，往往給井巷掘進和維護帶來嚴重的影響。煤礦井巷圍巖支護材料大多為金屬，高強的汗滲裂隙水增加了支護材料的銹蝕速度，大大降低了支護體的強度，不利于圍巖的穩定控制，且圍巖裂隙水滲出后多積聚在巷道底板，底板巖層在水的長期浸泡中強度損失嚴重，容易產生嚴重的底鼓破壞。

圍巖微裂隙滲流通道封堵技術缺乏一直以來困擾著煤礦的安全高效生產。目前最常用的封堵圍巖微裂隙滲流通道的方式是注漿封堵。有學者提出采用化學漿液進行圍巖微裂隙滲水通道的注漿封堵，化學漿液顆粒較小，能夠進入微裂隙滲水通道，實現封堵，但是化學漿液往往毒性非常大，會對地下水環境造成嚴重的污染，且化學漿液費用較高。與化學漿液相比，普通水泥漿無毒，對地下水資源沒有污染，且注漿結石率高、強度大、費用低，堵水效果明顯，然而對于微裂隙滲水通道，普通水泥漿顆粒太大，沒有可注性，難以封堵滲流通道。

中國專利CN201210380499.4公開了一種深孔預裂爆破注漿方法，通過在巖體上打深度超過8m的鉆孔，在鉆孔中放入炸藥卷，起爆鉆孔中的炸藥進行巖體的預裂爆破，使鉆孔周邊的巖體產生大量的裂隙，然后向鉆孔中注入水泥和水玻璃等混合漿液，封閉巖體裂隙起到堵水的作用。然而對于圍巖微裂隙滲水通道而言，采用此方法堵水效果不佳。分析原因，是由于深孔炸藥爆破產生的是球形的破裂面，爆破使破裂面周圍巖體產生大量的裂隙，而這些裂隙具有明顯的隨機性，相鄰爆破孔之間圍巖裂隙貫通程度難以準確控制，且在強大的爆炸沖擊擾動下，相鄰爆破孔之間巖體還會產生大量新的微裂隙，因而無法在微裂隙圍巖外形成完整的注漿堵水帷幕，堵水效果不佳。

發明內容

為了解決上述不足，本發明設計一種微裂隙圍巖預切槽高壓氣體擴縫注漿堵水方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種微裂隙圍巖預切槽高壓氣體擴縫注漿堵水方法，步驟如下：

步驟1）按照梅花形的鉆孔布置方式，在圍巖微裂隙汗滲區域打注漿孔，保證每個注漿孔的深度相同，誤差小于1cm，并在每個注漿孔底部相同位置進行環向切槽預處理，使注漿孔底部圍巖產生環向切槽，將注漿套管置于注漿孔中，注漿套管頂部距注漿孔底的距離為10cm，并采用高強速凝混凝土將注漿套管外壁完全固定于孔壁上；

步驟2）將耐高壓金屬管沿中空的注漿套管內部置于注漿孔中，耐高壓金屬管頂部距注漿孔底部的距離為5cm，啟動高壓空氣壓縮機，高壓空氣壓縮機產生的高壓氣體通過耐高壓輸氣管和耐高壓金屬管輸送到注漿孔中，使注漿孔中的氣體壓力達到設定的擴縫壓力值，并維持此壓力值15~20分鐘，在高壓氣體的推力作用下注漿孔底部圍巖沿環向切槽發生劈裂破壞，產生近似垂直于注漿孔的人工裂隙面，在高壓氣體的持續作用下，注漿孔底部的裂隙面不斷向四周擴張，最終與相鄰注漿孔產生的裂隙面貫通；

步驟3）通過每個注漿孔向貫通的裂隙面注入預制好的水泥漿，水泥漿凝固后在圍巖微裂隙外形成一層完整的注漿堵水帷幕，從而實現對圍巖微裂隙涌水通道進行有效的封堵。

確定氣體擴縫壓力值的方法為：在兩注漿孔中間位置打深度深于注漿孔0.5m左右的觀測孔，應用智能鉆孔電視成像儀實時觀測孔底端處裂縫擴展情況，開啟高壓空氣壓縮機的閥門，將高壓氣體輸入到注漿孔中，逐步增大注漿孔中氣體壓力值，當能夠從觀測孔中觀測到擴展的裂縫時，此時的壓力值即為該條巷道圍巖的高壓氣體擴縫壓力值。

一種微裂隙圍巖預切槽高壓氣體擴縫注漿堵水裝置，包括注漿套管、耐高壓金屬管、耐高壓輸氣管和高壓氣體輸入裝置；所述注漿套管為中空結構，安裝在注漿孔中，其里端的管體上設置固定擋板，外端設置絲口；所述耐高壓金屬管軸向穿過注漿套管，其里端位于注漿孔中，外端通過耐高壓輸氣管與高壓氣體輸入裝置連接，且高壓金屬管上固連有能夠與注漿套管的絲口螺紋連接的密封螺母；所述耐高壓輸氣管上設有壓力表和閥門。

所述密封螺母中設置密封墊圈。

本發明是通過對注漿孔底部進行環向切槽預處理，并采用高壓氣體擴縫的方式使注漿孔底部圍巖沿環向切槽發生定向的劈裂破壞，與相鄰鉆孔之間產生貫通的人工裂隙面，然后向貫通的裂隙面注入水泥漿進行封堵，形成完整有效的堵水帷幕，達到微裂隙圍巖滲水通道封堵的目的。