[发明专利]在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆工艺及注浆装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井筒突水涌砂治理的技术领域，尤其涉及一种在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆工艺及注浆装置。

背景技术

煤矿井筒(立井或斜井)在穿越深厚饱水砂层时，为了提高井筒掘进效率并防止水砂涌入井筒掘进作业面，冻结法是较为常用的地层处理方法之一。利用冻结法将井筒穿越的地层一定范围内的饱水砂层进行冻结，将可流动的水和松散的砂固化为一个类结石体，然后在该类结石体中进行井筒掘进作业，由此井筒掘进作业面会保持一个相对稳定的少水环境。在完成井筒砂层段施工并进入基岩后，会停止地层冻结，饱水砂层将逐渐解冻。冻结壁的逐渐消失，将沟通井筒与冻结壁外围的饱水砂层间的水力联系，井筒由少水冻结环境转入饱水环境。

理想的井筒结构为一个对周围地层高度封闭的隔水受压构造，一般由多层钢筋混凝土浇筑而成，但由于井筒实际的施工工艺原因，会在井筒全长产生较多的施工缝隙和接茬。另外，由于施工质量或工序问题，也可能在井筒上出现薄弱部位。在砂层仍处于冻结状态时，较厚的冻结壁能够承受较大的水压力，将井筒包围在一个压力均衡的空间中。但当冻结地层解冻后，井筒直接承受较大的地层水压力，井筒接茬部位由于密封性较差，可能发生渗水灾害，而井筒较薄弱的部位可能受压破坏，发生渗水、突水、溃砂等灾害，现已有多个矿井发生过多次影响工作面作业或淹井灾害。针对上述灾害，若仅有渗水或突水的情况下，可通过高强度排水，同时在井筒中对井筒壁进行相应处理，可达到治理渗水或突水的目的。但若在出水过程中伴随溃砂，高强度排水将会对大范围的砂层形成扰动，导致砂层液化，大量砂涌入井筒中。井筒周围的饱和砂大量涌入井筒，掏空了井筒周围地层，会改变井筒的局部受力状态，对井筒结构的稳定性和完整性造成威胁。

当前对于冻结法施工井筒涌水溃砂灾害的预防治理仍然是一个技术难题，当井筒已经被淹没，且井筒壁多个部位发生涌砂，如何成功将井筒周围的砂层固结，阻止砂层向井筒内溃涌是治理技术的关键。在利用注浆固砂的技术中，由地面钻孔向深厚饱水砂层中注浆时，采用常规的注浆装置和工艺，往往在较大的水力压力下，浆液会回流入注浆管，并带入泥砂堵塞注浆管，导致二次注浆不能实施。另外，由于浆液离析原因，在孔底或注浆管底容易堆积较稠浆液，使注浆孔和注浆管的有效层段缩短，注浆效果不佳。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆工艺及注浆装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在在于提供一种在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆工艺及注浆装置，其工序简单，操作便利，将利用地面钻孔准确地对深厚的饱水解冻砂层进行注浆，可以实现可选注浆压力，且在停止注浆后浆液不会倒吸入注浆管。另外，也可有效防止注浆管管底沉浆，堵塞有效注浆层段或者注浆管上的出浆孔，并且注浆结束后对注浆管进行清水清洗，可重复利用注浆孔和注浆管，实现对地层的间歇多次注浆。

为解决上述问题，本发明公开了一种在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆装置，包括注浆外管和注浆芯管，其特征在于：

所述注浆外管的一端封闭，另一端开口并套接于所述注浆芯管，所述注浆芯管的中部通过一螺纹套管套入所述注浆外管，

所述注浆外管的周缘开凿有多组出浆孔，在同一径向的一组出浆孔布置有两个或四个，且在轴向上多组出浆孔等距间隔或不等距间隔，在注浆外管上设有多个橡胶套，各橡胶套分别覆盖于一组出浆孔，且各橡胶套的下端与注浆外管紧密绑扎或粘结，上端依靠弹性贴靠于注浆外管。

其中：所述注浆芯管的另一端套接有另一螺纹套管。

其中：所述注浆外管上的各组出浆孔在轴向上的间距为500mm，各组出浆孔等距间隔设置为4个。

其中：所述注浆外管上的出浆孔孔径为8mm。

还公开了一种在深厚饱水砂层中防倒吸防沉淀的注浆工艺，至少包含如下步骤：

A)制作注浆装置，在地面利用较细的注浆芯管插入较粗注浆外管一定长度，注浆外管与注浆芯管利用螺纹套管固定，注浆外管的底端封闭，在注浆外管的轴向上等距或不等距开凿多组出浆孔，在注浆外管上用橡胶套将出浆孔覆盖，橡胶套下端与注浆外管紧密绑扎或粘结；

B)形成注浆孔，在地面向砂层中钻取注浆孔，注浆孔无需设置孔口管，注浆孔的终孔位置应超出注浆目标层底界一定长度，以便容纳孔壁落砂；

C)向注浆孔中下设注浆装置，向孔中下设注浆装置，注浆装置底端下入注浆目标层底界深度；