[發(fā)明專利]利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112855072B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏建平;劉勇;宋晨鵬;張宏圖;徐向宇;溫志輝;姚邦華;王登科;司磊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué);重慶交通大學(xué)
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B33/03;C09K8/506;E21D20/00;E21D20/02;E21D9/00
• 代理公司: 鄭州立格知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41126
• 代理人: 張妍

1.一種利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：包括設(shè)置于關(guān)鍵注漿孔內(nèi)的封堵組件一和分別設(shè)置于環(huán)形止水帷幕鉆孔內(nèi)的封堵組件二，所述環(huán)形止水帷幕包括以關(guān)鍵注漿孔為圓心、以0.8—1.5m距離為半徑呈均勻輻射狀設(shè)置的六個環(huán)形止水鉆孔，所述封堵組件一包括位于關(guān)鍵注漿孔中心的錨桿，位于錨桿端部關(guān)鍵注漿孔孔口處的第一鉆孔封堵塞，所述鉆孔封堵塞上設(shè)有注漿管道一通道和注菌液管道三通道，所述注漿管道一和注菌液管道三分別通過通道向里延伸至關(guān)鍵注漿孔底部，所述封堵組件二包括位于每個止水鉆孔端部的第二鉆孔封堵塞，第二鉆孔封堵塞上設(shè)有注漿管道二，注漿管道二通過注漿管道二向內(nèi)延伸至止水鉆孔底部；利用該裝置進行封堵的方法，包括以下步驟：

（1）通過泥漿泵將水泥和水玻璃的混合物通過注漿管道二注入環(huán)形止水帷幕止水鉆孔內(nèi)進行封堵，將厘米級圍巖裂隙進行初級封堵；

（2）采用粗骨料+微生物誘導(dǎo)的碳酸鈣沉淀對圍巖裂隙中的毫米級裂隙實施二級封堵；

（3）采用經(jīng)活化后的微生物干粉進行碳酸鈣的誘導(dǎo)沉淀，以封堵圍巖中的微米級裂隙進而實施三級封堵，具體操作包括以下步驟：

a.使用鉆機進行關(guān)鍵注漿孔鉆孔，孔徑為110mm，鉆至圍巖塑性區(qū)以內(nèi)，進行停鉆、退鉆操作，在關(guān)鍵注漿孔內(nèi)設(shè)置錨桿；

b.采用第一鉆孔封堵塞封堵注漿孔鉆孔，并在封孔時預(yù)設(shè)一條注漿管道一和一條注菌液管道三；

c.將微生物巴氏生孢八疊球菌干粉兌水進行活化制成濃度OD₆₀₀為2.0的菌液，并在30℃的溫室內(nèi)放置12小時；

d.向菌液及粗骨料的固液兩相混合物中加入煤粉，使其混合至懸浮液通過泥漿泵注入至關(guān)鍵注漿孔內(nèi)，其容積比為菌液：粗骨料：煤粉為10：1：2；

e.開啟液壓式雙聯(lián)泵，通過控制支路一閘閥通入固定液CaCl₂溶液，5—10小時后，關(guān)閉泥漿泵，控制閘閥通過支路二通入尿素溶液5小時，使尿素與CaCl2溶液混合成為膠凝液進行封堵；

f.開啟返漿管閘閥，使廢液流出，重復(fù)步驟e—f，直至關(guān)鍵注漿孔注漿壓力達到3MPa，或溢流閥出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，停止注漿即可。

2.如權(quán)利要求1所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述第一鉆孔封堵塞上還設(shè)有一個返漿管，返漿管底部穿透第一鉆孔封堵塞本體。

3.如權(quán)利要求2所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述注漿管道一伸出第一鉆孔封堵塞的端部設(shè)有兩個分支管道，分別為支路一和支路二，所述支路一和支路二端部分別與液壓式雙聯(lián)泵固定連接，所述支路一和支路二上分別設(shè)有流量計和閘閥。

4.如權(quán)利要求3所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述注菌液管道三伸出第一鉆孔封堵塞的端部管道上設(shè)有泥漿泵和溢流閥。

5.如權(quán)利要求4所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述注漿管道二伸出第二鉆孔封堵塞的端部管道上也設(shè)有泥漿泵和溢流閥。

6.如權(quán)利要求5所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于，所述步驟（1）的具體操作包括以下步驟：

a.使用鉆機進行鉆孔，孔徑為90mm，鉆至圍巖塑性區(qū)以內(nèi)，進行停鉆、退鉆，在鉆孔內(nèi)設(shè)置錨桿；

b.采用第二鉆孔封堵塞封堵止水鉆孔，封孔時預(yù)設(shè)一條注漿管道二；

c.開啟泥漿泵，進行注漿操作，向止水鉆孔內(nèi)注入水泥—水玻璃漿液；

d.設(shè)置注漿終壓為3MPa，當(dāng)注漿壓力達到3MPa，或溢流閥出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，停止注漿；

e.重復(fù)以上操作步驟，使其共實現(xiàn)六次鉆孔，并使鉆孔的孔間距為1.0m，呈圓形均勻分布在關(guān)鍵注漿孔的四周。

7.如權(quán)利要求6所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述水泥與水玻璃體積比1：0.5；水泥水灰比1：1；水玻璃濃度Be'為35；水玻璃模數(shù)M為2.8。

8.如權(quán)利要求7所述的利用漿液及微生物礦化多級封堵圍巖裂隙水的裝置，其特征在于：所述粗骨料為石英砂或河沙，巖體裂隙開度為1—3mm時，粗骨料粒徑為14目占16%—20%，18目占25%—30%，20目占40%—60%；巖體裂隙開度大于3mm時，粗骨料粒徑為12目占10%—15%，14目占20%—25%，18目占25%—30%，20目占35%—40%，所述固定液CaCl₂溶液的濃度為0.3mol/L；所述膠凝液為CaCl₂和尿素的混合液，所述CaCl₂溶液與尿素溶液濃度均為0.3mol/L，體積比為1:1；所述菌液、CaCl₂、尿素溶液的流量為1—25L/min。