[实用新型]一种冻结管特殊注浆装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及采矿工程设备技术领域，具体涉及一种用于冻结孔环形空间封堵的注浆装置。

背景技术

我国的能源需求大幅增加，煤矿开采的区域转移到中西部。目前以内蒙、宁夏、陕西彬长矿区和甘肃新疆为代表的井筒，穿过的地层以白垩系、侏罗系和石炭二叠系岩石为主。经过近十年的建井摸索，我国的科技工作者逐渐从普通法凿井到注浆法凿井遇到的困难，认识到岩石冻结法特殊凿井才是目前最优的施工方法。采用全深冻结方案，如不封堵冻结孔环形空间，冻结壁自然解冻后环形空间形成导水通道，岩石冻融强度会降低（约降10%），对矿井建设二期工程支护有很大影响，直接影响到矿井的安全和矿井建设工期；若非全深冻结，普通法施工的层段含水不确定性对建井工期和投资影响很大。

国内井筒建设业界的专家学者逐渐意识到岩石冻结施工技术是新世纪遇到的又一难题，尤其是内蒙、宁夏、陕西彬长矿区和甘肃新疆等地区的白垩系和侏罗系岩层的特殊性，甚至成为世界上未曾遇到过的建井技术难题。

鉴于以上原因，对冻结孔环形空间解冻后的导水封堵技术需要急迫解决。

针对井筒全深冻结冻结方案中孔环形空间的导水问题，前期施工的矿井中未考虑水压对井底车场及相关硐室的影响，在施工时遇到了多起淹井事故，像母杜柴登、纳林河2号等矿井。随后处理过程中遇到了很大的困难并付出了巨大的工期和投资代价。综合各个事故井筒的处理方法，大体有以下几种：强制解冻后爆破射孔注浆技术，该技术的缺点是处理冻结孔环形空间的造价费用高，约占整个冻结费用的五分之一；冻结孔缓凝泥浆置换处理技术，该技术处理冻结孔环形空间的造价费用不高，但是化学水泥浆形成固管后，对冻结管运转时产生的温度应力释放具有约束作用，而且在冻结管安装下放的过程中对化学泥浆的凝固时间要求很高，容易出现冻结管安装下放不到设计深度等问题；硐室开拓施工后的充填注浆处理技术，该技术的缺点是一般情况下施工的高度受限，且为事后补充处理措施，对于超过400m以上的井筒要与其他方式综合处理。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种结构简单、使用方便、成本低、效果好的冻结管特殊注浆装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种冻结管特殊注浆装置，其特征在于：包括内部均设有浆液通道的注浆件、导浆件、导浆管、引浆件及进浆头，用于固定在冷结管内的注浆件与导浆件连接，导浆件与导浆管连接，导浆管与引浆件连接，引浆件与用于连接钻杆的进浆头相连；注浆件和引浆件的底端均设有封盖，封盖上固定有弹簧，弹簧顶端放置有一弹珠；弹珠与位于其上方的浆液通道相对齐，弹珠的直径大于该浆液通道的直径；注浆件和引浆件的侧壁上设有出浆孔；注浆件的侧壁外沿设有一圆盘状外凸的翼缘，此翼缘通过焊接与冻结管固定在一起，组成装置整体随冻结管的底锥一起下放，进浆头与钻杆直接焊接在一起。

优选地，所述注浆件与导浆件之间采用螺纹连接；所述导浆件与导浆管之间、导浆管与引浆件之间及引浆件与进浆头之间采用和导浆件上方向相反的螺纹连接，如注浆件与导浆件之间采用正向螺纹连接，导浆件与导浆管之间、导浆管与引浆件之间及引浆件与进浆头之间则采用反向螺纹连接。

本装置连接后把钻杆侵入冻结管内部，进行冻结管整体水压试验，若水压试验不成功，则进行冻结管拔管重新下放安装；若水压试验成功，则通过钻杆把水泥化学浆液注入进浆头，当压力超过引浆件中弹簧设计的压力时，弹簧被压缩，弹珠下降，浆液通过引浆件的出浆孔经导浆管往下部进入导浆件。同样，注浆压力超过注浆件中弹簧设计的压力时，弹簧被压缩，弹珠下降，水泥化学浆液通过注浆件的出浆孔进入地层冻结孔环形空间，完成注浆工艺。

达到设计的注浆量后，停止注浆。此时，钻杆内和冻结孔环形空间的一定高度内均为同一密度液体，冻结管内的压力要大于环形空间的压力。根据压力平衡条件可以得出环形空间内的浆液不会反进入钻杆。启动钻杆电动机旋转，注浆件和导浆件自动分离，由于冻结管内的压力小于环形空间的压力，注浆件内的弹簧将伸长，带动弹珠上行，把注浆件内的浆液通道与环形空间隔离封堵。之后，水泥环形浆液被压入环形空间内，随着时间的延迟凝固成具有强度的水泥浆块，冻结孔环形空间被封堵密实，隔绝地下水的通道。

本实用新型通过进浆头、引浆件、导浆管、导浆件及注浆件配合注浆，通过弹簧和弹珠隔离封堵，使化学水泥浆初凝后冻结管正常使用开始冻结，从而解决了注浆环形空间封堵地下水的问题，注浆和冻结完美结合形成临时支护结构，不仅封堵效果好，而且使用成本低。

附图说明