[發明專利]一種復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置及其方法

有效

• 申請號: 201911035977.6
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110984904B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 李連崇;牟文強;楊天鴻;朱萬成;于慶磊;程關文;劉洪磊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，其特征在于，所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置為內外雙層的分段式注液導管，包括內管(3)和外管(4)，內管(3)和外管(4)均包括至少兩段，至少兩段內管(3)相互拼接，至少兩段外管(4)相互拼接，內管(3)設置于外管(4)的內部；其中，

在每段內管(3)的管壁端面上沿軸向方向留設有至少1個螺栓孔(8)，每段內管(3)的螺栓孔(8)留設在相同位置，且尺寸相同，螺栓孔(8)沿軸向方向貫穿內管(3)的管壁，通過與各段內管(3)的螺栓孔(8)匹配的螺栓A(8-1)將各段內管(3)連接；在每段內管(3)的管壁上，沿徑向方向開設有多個內注液孔(7)，多個內注液孔(7)沿內管(3)的周向方向均勻分布；每段內管(3)的管壁中部外側沿周向設置T形凸起(12-2)；

在每段內管(3)的一端端面上設置有凹槽(11-1)，另一端端面上設置與凹槽(11-1)相匹配的凸起(11-2)，凹槽(11-1)和/或凸起(11-2)表面設置有密封墊圈(11-3)，在各段內管(3)銜接時，起到阻隔密封的作用；

所述的外管(4)設置有至少兩段，至少兩段外管(4)之間的連接方式與至少兩段內管(3)之間的連接方式相同；各段外管(4)的兩端面與內管(3)的端面相同，設置有凹槽和凸起，但在壁面內布置螺栓B固定，使得各段外管(4)之間不能旋轉；

所述的外管(4)的管內徑與內管(3)的管外徑相匹配，且長度相同，使得每段內管(3)套于每段外管(4)內部，內管(3)的外壁與外管(4)的內壁相貼合，且可在外管(4)中轉動；所述的外管(4)的內壁沿周向設置有與內管(3)的T形凸起(12-2)相匹配的T形凹槽(12-1)，T形凸起(12-2)容納于T形凹槽(12-1)中，T形凹槽(12-1)的開口處設置有密封橡膠(12-3)；

在所述的外管(4)的管壁上，沿徑向方向開設有多個外注液孔(6)，多個外注液孔(6)沿外管(4)的周向方向均勻分布，且外注液孔(6)在外管(4)的徑向截面位置、角度與內注液孔(7)在內管(3)的徑向截面位置、角度相同，相對于外管(4)轉動內管(3)使得各外注液孔(6)與各內注液孔(7)位置相對應時，外注液孔(6)與內注液孔(7)連通，實現輸液；或位置相交錯時，外注液孔(6)與內注液孔(7)不連通，進而實現分段注液；

每段所述的外管(4)沿軸向貫穿其管壁設置有通孔，且外管(4)的管壁沿徑向方向開設有與該通孔連通的至少一個導通孔，在外管的外壁設置導通孔處設置有導氣接頭(9-1)，各段外管(4)的通孔位置相對應，且拼接后該通孔內部用于布置導氣管(9)；

氣囊(5)包括氣囊外壁(5-1)和氣囊內壁(5-2)，每個氣囊(5)的兩端端部粘接與外管(4)的外壁上，中部不粘接，導氣接頭(9-1)遠離外管(4)的一端位于氣囊外壁(5-1)和氣囊內壁(5-2)之間；氣體依次通過導氣管(9)、導氣管(9)上的開孔、外管(4)的導通孔及導氣接頭(9-1)，進入外管(4)的外部的氣囊(5)中，使氣囊(5)充氣，以阻塞鉆孔(2)的壁面。

2.根據權利要求1所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，其特征在于，每段所述的內管(3)軸向方向設置3組內注液孔，每組在壁面周向上布置3-4個內注液孔(7)，相應地，每段外管(4)軸向方向設置3組外注液孔，每組在壁面周向上布置3-4個外注液孔(6)。

3.根據權利要求1或2所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，其特征在于，所述的導氣接頭(9-1)的長度為1cm～2cm，導氣接頭(9-1)材質為塑料軟體；所述的導氣管(9)的管直徑為1mm-5mm。

4.根據權利要求1或2所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，其特征在于，所述的氣囊(5)的壁的強度滿足充氣氣壓1MPa-3MPa，且在內注液孔(7)、外注液孔(6)的灌輸漿液達到設計壓力后，粘接處與外管(4)剝離，從而實現液體流動。

5.根據權利要求3所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，其特征在于，所述的氣囊(5)的壁的強度滿足充氣氣壓1MPa-3MPa，且在內注液孔(7)、外注液孔(6)的灌輸漿液達到設計壓力后，粘接處與外管(4)剝離，從而實現液體流動。

6.一種復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液方法，其特征在于，所述的方法采用如權利要求1至5中任一項所述的復雜裂隙巖體氣壓式分隔高壓注液裝置，所述的方法包括步驟：

步驟1)根據裂隙巖體(1)測定的裂隙幾何參數、分布狀態，布置注液鉆孔(2)，設計注液導管長度、孔徑，包括內管(3)和外管(4)，確定內管(3)分段的標準；

步驟2)嵌套各段內管(3)的凹槽(11-1)、凸起(11-2)，同時插入螺栓A(8-1)將各段內管(3)組裝連接，各段外管(4)采用相同方式組裝連接，將內管(3)套入外管(4)中，同時使得底端部位的內注液孔(7)與外注液孔(6)相互對齊，且其他內管(3)和外管(4)的注液孔相互交錯，記錄各段注液孔相對位置；

步驟3)將氣囊(5)利用氣囊粘接片(10)粘接在除底端外的外管(4)壁面，并保持松弛狀態，將整個注液導管插入鉆孔(2)內，并安裝輸液系統(13)，利用連通管(14)與注液導管連接，隨后利用導氣管(9)向距離底端導管最近的氣囊(5)內充入氣體，保持特定壓力緊貼于鉆孔(2)內壁；

步驟4)向注液導管內注入液體，通過內注液孔(7)和外注液孔(6)擴散至特定位置的裂縫內，達到指定的注液參數后，停止注液，上移螺栓A(8-1)以剝離底端內管(3)，在外部轉動內管(3)，內管(3)、外管(4)的T形槽(12-1)、T形凸起(12-2)、密封橡膠(12-3)實現旋轉內管(3)并密閉，使得階段內的注液孔一致，并充入速凝劑封堵底端注液導管；

步驟5)排除氣囊(5)氣體后，同時封堵此時的最下端的導氣管(9)并向其上階段內的氣囊(5)充入氣體，保持一定壓力緊貼于鉆孔(2)內壁，并重復步驟4)；

步驟6)直至全部導管、巖體裂縫注液完畢，回收最后一段內管，其余導管澆筑于巖體內部，拆除導氣管(9)、輸液系統(13)及連通管(14)，清洗設備。