[發明專利]一種深井井壁壓裂釋能與高壓注漿聯合施工方法

在審

• 申請號: 202210598441.0
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114922628A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 侯奎奎;母永燁;劉再濤;劉煥新;石磊;彭超;劉洋;張希巍;劉興全;陳科旭
• 申請（專利權）人: 山東黃金礦業科技有限公司深井開采實驗室分公司;東北大學
• 主分類號: E21D1/10
• 分類號: E21D1/10;E21D1/00;E21D5/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種深井井壁壓裂釋能與高壓注漿聯合施工方法，步驟為：錨網臨時支護井壁圍巖；施工卸壓孔和注漿孔；清理鉆孔；超聲波測量確定應力降低區、應力增高區及原始地應力區；在卸壓孔內封隔壓裂段；恒壓注水后脈動水力壓裂；圍巖被壓裂后解除壓裂段封隔；完成其余卸壓孔內水力壓裂；超聲波測量確定應力重新達到平衡；清理注漿孔后進行注漿施工；清理卸壓孔后進行注漿施工；完全其余卸壓孔和注漿孔的注漿施工；超聲波測量確定井壁圍巖是否達到設計要求；若未達到設計要求則補充鉆孔，對補充鉆孔進行壓裂釋能和高壓注漿，直到井壁圍巖達到設計要求；井壁圍巖內側施工混凝土襯砌。本發明可有效釋放井壁圍巖高彈性應變能以控制圍巖破裂深度，降低施工成本。

技術領域

本發明屬于深部豎井工程掘進與支護技術領域，特別是涉及一種深井井壁壓裂釋能與高壓注漿聯合施工方法。

背景技術

深部豎井是礦山生產的咽喉通道，在深部豎井掘進過程中，由于地應力增加，井壁圍巖存在應力集中，而能量釋放過程經常導致巖爆、大體積片幫等應力型地質災害，嚴重影響了深部豎井的掘井施工進度，同時嚴重威脅井內施工人員的生命安全。

由于深部豎井施工過程中的井壁圍巖極容易發生高應力巖爆地質災害，因此從設計和施工角度來看，必須對深井井壁進行加強支護。但是，傳統的加強支護工藝會帶來施工成本的顯著提升，例如采用錨桿和超厚高強混凝土襯砌聯合支護方法，同時還存在豎井井筒運營期損壞的風險，這不僅對后期采礦生產帶來了潛在的威脅，而且維修維護工藝也異常復雜。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種深井井壁壓裂釋能與高壓注漿聯合施工方法，能夠有效釋放井壁圍巖的高彈性應變能，控制圍巖的破裂深度；通過合理安排作業循環節拍，可有效避免施工過程中出現的巖爆等應力型地質災害；通過合理設計支護參數，有效降低施工成本，同時降低豎井運營過程中井筒發生破壞的幾率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種深井井壁壓裂釋能與高壓注漿聯合施工方法，包括如下步驟：

步驟一：對井壁圍巖進行錨網臨時支護；

步驟二：采用導軌式鑿巖機在井壁圍巖的四周施工卸壓孔和注漿孔；

步驟三：利用風壓機對施工好的卸壓孔和注漿孔進行清理；

步驟四：利用超聲波測量儀對卸壓孔進行測量，在井筒徑向方向分別確定井壁圍巖的應力降低區、應力增高區及原始地應力區；

步驟五：利用鉆桿將兩個橡膠封隔器送至卸壓孔內的應力增高區，兩個橡膠封隔器分別位于應力增高區的井筒徑向方向起始端和終末端，然后利用水壓泵向這兩個橡膠封隔器內充壓使其膨脹，通過膨脹的兩個橡膠封隔器將二者之間的孔內區域封閉為壓裂段；

步驟六：利用水壓泵向壓裂段內恒壓注水，恒壓注水完成后，再將水壓泵更換為脈動注水器，利用脈動注水器向壓裂段內施加脈動壓力，通過脈動壓力對應力增高區的圍巖進行脈動水力壓裂；

步驟七：比較每次施加脈動壓力的時間，當相鄰兩次施加脈動壓力的時間相差超過1倍時，或者脈動壓力施加不上時，說明卸壓孔內應力增高區的圍巖被壓裂，圍巖的應變能完成釋放；

步驟八：卸載壓裂段內的壓力至大氣壓，然后對兩個橡膠封隔器進行卸壓，之后將卸壓后的橡膠封隔器從卸壓孔內移除；

步驟九：重復步驟三至步驟九，在其余的卸壓孔內完成壓力增高區圍巖的脈動水力壓裂；

步驟十：利用超聲波測量儀對完成了壓力增高區圍巖脈動水力壓裂的卸壓孔進行測量，直至確定井壁圍巖的應力重新達到平衡；

步驟十一：利用高壓風管對注漿孔進行清理，然后在注漿孔內安裝注漿管，之后對注漿孔進行封孔，最后在注漿管上安裝止漿閥；

步驟十二：通過注漿管將高水材料以高壓間隔注漿方式注入注漿孔內，注漿結束后通過止漿閥對注漿管進行封堵；