[发明专利]一种对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺及喷射钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺及喷射钻头，属于矿山、交通隧道、水利水电等地质勘探、水害防治、基本建设等领域。

背景技术

目前，矿山水害事故尤其是煤矿水害事故是影响职工安全和矿井经济效益的主要事故之一，每年煤矿透水事故不断发生。在受煤层底板奥陶系灰岩水威胁比较严重的老矿区，尤其是开采下组煤，在上组煤已形成煤层采空区的老矿区，因防治水需要进行煤层底板含水层水文观测、矿井涌突水后对充水含水层进行注浆堵水，受水威胁的煤层开采前需要进行底板注浆加固和改造，井下防排水需要施工排水钻孔或电缆钻孔时，往往地面钻孔要穿过上组煤采空区，采空区的存在给钻孔施工带来很大难度；在喀斯特岩溶发育的南部地区，地质勘探钻孔往往遇到较大的岩溶空洞。在这些采空区和空洞中钻进往往出现钻孔偏斜事故、空洞内坍塌掉块引起埋钻事故、钻孔在空洞顶底板错位引发被卡事故、找不到原来钻孔事故、钻孔在空洞顶板拉槽夹钻事故、钻杆在空洞内被甩脱掉钻事故或者出现隔离套管在空洞内钻头扫脱破坏事故以及冲洗液完全漏失施工等。为减少和杜绝上述事故，有时需要在空洞内填充满骨料并对骨料堆积体注浆固结，人为制造假地层，以保证钻孔的安全顺利施工。另外在某些注浆堵水工程中，需要通过地面钻孔向过水巷道内填充骨料并对骨料堆积体进行注浆固结，以拦截阻挡巷道过水，保证注浆堵水的成功。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺，以及所用的喷射钻头。

本发明是通过以下技术方案实现的(以煤矿采空区内对充填的骨料堆积体注浆固结工艺为例，其它对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺相同)：

一种对地层空洞内填充的骨料进行注浆固结的工艺，步骤如下：

(1)首先，根据采空区的下界面深度以及骨料堆积体上表面的深度，计算出所需钻杆(由单根钻杆连接而成的钻杆柱)的总长度，并计算出所需单根钻杆的根数，选取能够匹配的单根钻杆，排好次序，备用；然后，在预定位于最底端的单根钻杆的下端连接喷射钻头，并根据选配好的单根钻杆次序，用提引器和钢丝绳依次悬挂连接下入到钻孔内，钻杆要插入到钻机回转器内，由钻机提供钻杆的回转扭矩；

(2)当喷射钻头距离骨料堆积体上表面1～1.5m处时，停止下放钻杆，钻杆上端连接水接头及高压胶管，再与注浆泵连接，此时钻杆仍由提引器和钢丝绳悬挂；

(3)给注浆泵开关送电，使注浆泵运转，注浆泵向由水接头及高压胶管、钻杆和喷射钻头形成的注浆管路内注水，检查注浆管路是否畅通；

(4)经注水检验注浆管路畅通后，用注浆泵通过注浆管路灌注液态水泥，水泥从喷射钻头喷出，然后开动钻机，通过钻机回转器带动钻杆和喷射钻头回转，并用提引器及钢丝绳起吊装置下放钻杆，喷射钻头在钻杆重力作用下慢慢进入到骨料堆积体内，液态水泥在骨料颗粒空隙内向周围扩散；

(5)保持钻杆和喷射钻头的不断回转和上下串动，从骨料堆积体上表面逐步向下移动延伸，直到采空区底板深度(采空区落矸底部)，然后再慢慢上提回转的钻杆带动喷射钻头向上移动；此步骤反复进行，当感觉到喷射钻头在骨料堆积体及采空区落矸内上下顺畅没有阻力后，注浆固结操作结束，被水泥固结的骨料称为素砼；

(6)注浆固结操作结束后，把喷射钻头提升到被水泥固结后的素砼上表面以上1～1.5m处，停止提升钻杆，保持钻杆不动，用注浆泵向注浆管路里泵入一定量的清水，冲洗注浆管路里残留的水泥；

(7)打开钻机回转器，提升钻杆，逐根拆卸组成钻杆的单根钻杆，最后把所有的单根钻杆和喷射钻头提出钻孔。

上述工艺的技术要点有以下几点：

①所有丝扣连接部位要求缠绕面纱，上丝扣油，并旋紧，不应出现钻杆丝扣处漏水现象。

②第一次下放钻杆和喷射钻头时，快到骨料堆积体上表面5m处左右时，要放慢下放速度，到距离骨料堆积体上表面1～1.5m处时，必须停止下放钻杆，防止出现下钻过快把喷射钻头插入骨料堆积体中，使骨料颗粒堵塞喷射钻头。

③钻机回转器不得停止回转，钻杆和喷射钻头不得在骨料堆积体内停留，严禁钻杆不回转而直接向上强力提升钻杆的操作，以防止出现卡埋钻事故。

④根据水泥浆的凝固时间，可以下钻头试试素砼的固结强度，当素砼的固结强度和稳定性能满足在其内施工钻孔而不坍塌掉块时，可以继续向下钻进，否则重新进行注浆固结操作。

⑤施工中每个台班都要通过提引器及钢丝绳把钻杆和喷射钻头提出钻孔外进行检查，检查其磨碎情况，对磨损严重的钻杆和喷射钻头要及时更换或维修。