CN113236117A - 一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,包括地面注浆孔布设及钻探作业;地面注浆,采用小段高、大泵量高压注浆泵注颗粒性浆液;井下注浆孔布设及钻探作业;井下注浆,采用小泵量高压注浆泵注化学浆。本发明所提供的地面与井下联合注浆方法可有效封堵西南地区竖井溶蚀地层中地下水,加固破碎地层,提高围岩完整性和整体承载能力。该技术适用于我国西南地区溶蚀地层矿井建设中竖井井筒防治水问题,可实现复杂工程与水文地质条件下,高水压‑复合导水通道的注浆堵水和围岩加固,具有重大工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及矿井建设竖井井筒防治水技术领域。具体地说是一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法。
背景技术
注浆防治水技术通过人工高压注浆,向地层导水通道中注入浆液,浆液沉积凝固后,充填封堵导水通道,达到堵水和围岩加固的目的。我国西南地区广泛分布溶蚀型含水层,由于断层、破碎带等地质构造发育,西南溶蚀含水层中的导水通道为复合型导水通道,既包括断层、破碎带、裂隙带等大型导水通道,也包括溶蚀裂隙、溶孔型细微导水通道。由于西南溶蚀含水层导水通道结构复杂,常规注浆技术难以有效封堵井筒涌水。
近年来,西南地区矿井建设过程中,竖井井筒受溶蚀含水层水害的威胁十分严重,因此开发适用于西南地区复合导水通道的含水层注浆堵水技术十分重要。目前,常规地面预注浆技术能够有效封堵裂隙带、断层带等裂隙型导水通道的地层,对于溶蚀孔隙型地层,普通颗粒性注浆材料难以有效注入,因此基于颗粒性注浆材料的地面预注浆技术难以完全满足溶蚀孔隙型地层防治水需要。井下普通工作面注浆技术效率低,不能满足大厚度含水层快速封堵的要求。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以对我国西南地区溶蚀含水层的地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,该技术结合地面与井下注浆技术的优点,可实现安全快速封堵井筒涌水,同时避免注浆材料浪费。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,包括如下步骤:
(A)地面注浆孔布设及钻探作业;
(B)地面注浆,采用小段高、大泵量高压注浆泵注颗粒性浆液;
(C)井下注浆孔布设及钻探作业;
(D)井下注浆,采用小泵量高压注浆泵注化学浆。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(A)中,地面注浆孔布设:沿竖井井筒布置一圈地面注浆孔,地面注浆孔围成的圆周与竖井井筒同心,且地面注浆孔布孔圈径比竖井井筒的荒径大2~4米。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(A)中,地面钻探作业:钻孔结构分为套管段和裸孔注浆段;
(A-1)套管段钻进与套管下放及固管:所述套管段的底部进入稳定基岩、且位于待封堵含水层顶界上方;所述套管段为直孔或S型定向孔;套管段钻探完毕后,换小一级钻头继续钻进1~2m,循环泥浆,排出孔内岩粉;然后下入Φ168~Φ194mm地质套管至预定深度;所述套管段采用单液水泥浆固管,凝固时间大于等于48h;套管段的孔径为Φ200~Φ260mm;
(A-2)所述裸孔注浆段的底部超出溶蚀含水层底板的距离为大于等于10米;裸孔注浆段的孔径为Φ100~Φ140mm;裸孔注浆段采用清水钻进,通过正常地层时采用普通膨润土泥浆护壁,通过断层破碎带地层采用PAA泥浆护壁;钻进过程中观测钻进速度和泥浆消耗量,分析地层岩性和透水性能。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(B)中:裸孔注浆段根据地质情况划分为若干注浆小段,每一注浆小段的段高为30m~50m;钻探与注浆交替进行,钻机采用TSJ-2000水源钻机,注浆设备采用BQ-350大泵量高压注浆泵。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(B)中,具体包括如下步骤:
(B-1)压水试验:注浆小段成孔后,采用清水冲洗钻孔,然后进行止浆,止浆完成后进行压水试验,获取地层初始透水性能;
(B-2)压水试验完成后,转入注浆作业,注浆材料选用颗粒性浆液;
(B-3)注浆过程中,监测注浆泵量和注浆压力,根据压力变化情况调整浆液类型、浆液配比参数和注浆次数;采用注浆压力结束标准,注浆终压为静水压力的2~2.5倍。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,所述颗粒性浆液为单液水泥浆、黏土综合浆和复合改性水泥浆;
单液水泥浆:水灰比为0.75~1.25;可根据压力变化情况添加复合添加剂提高悬浮稳定性,复合添加剂采用丙烯酰胺,复合添加剂的用量为水泥质量的0.3%-0.5%;
黏土综合浆:采用黏土原浆、水泥和结构添加剂配制;黏土原浆中的黏土黏粒含量应大于30%,含砂率小于5%;黏土原浆为黏土加水制成,黏土原浆比重为1.10~1.25,漏斗黏度18~26s,1L黏土原浆添加水泥的质量为100~300g、1L黏土原浆添加结构添加剂的体积为10~30mL;结构添加剂为水玻璃,波美度为35~42;
复合改性水泥浆:采用单液水泥浆添加改性外加剂和速凝剂配置而成;单液水泥浆基浆的水灰比为1:1,改性外加剂为粉煤灰,速凝剂为水玻璃;改性外加剂和速凝剂的用量为水泥质量的0.3%~0.5%。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(C)中,根据溶蚀地层中残余的溶蚀孔隙型导水通道情况,在井下补充注浆;井下注浆孔根据需要设置为多个注浆段;
井下注浆孔布设:井下注浆孔沿凿井开挖荒径单圈或双圈布置,双圈布置时内外圈注浆孔交错设置;井下注浆孔布孔圈径比井筒开挖荒径小2~3m;井下注浆孔为直孔且向远离竖井井筒的径向方向偏斜,井下注浆孔与竖直方向的偏斜角为3°~5°;
井下注浆孔钻探作业:井下注浆孔的孔深为50~70m,其中止浆岩帽段为20~30m,有效注浆段为20~40m;井下注浆孔兼做探水孔时,井下注浆孔的孔深为70~100m。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(C)中:
(C-1)井下注浆孔采用坑道钻机钻探,在止浆岩帽段钻孔,孔深为3~5m,然后下入孔口管并采用单液水泥浆固管,在孔口管上安装孔口防喷装置,在后续钻机前,先进行孔口管和孔口管防喷装置耐压试验,孔口防喷装置的耐压等级为注浆压力的2倍;
(C-2)探水孔钻进:先进行探水孔钻探,采用清水钻进,钻探过程中严密观测清水消耗量或钻孔涌水量;若4个探水孔均无水,则该段无需进行井下注浆;若探水孔出现涌水则进行井下注浆;
(C-3)井下注浆孔钻进:井下工作面可同时进行多个井下注浆孔的钻探,跳孔施工,钻孔过程中严密监测钻孔涌水量,若单个钻孔涌水量超过2m3/h,需进行该钻孔注浆堵水;后续井下注浆孔兼做前序注浆效果检查孔;某个井下注浆孔注浆过程中,其他钻孔需停止钻进,提出钻具并关闭防喷装置阀门。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,在步骤(D)中:井下注浆采用小泵量高压注浆泵注化学浆;化学浆材料采用改性脲醛树脂制备;包括如下步骤:
(D-1)在地面配置井下注浆用改性脲醛树脂浆浆液,改性脲醛树脂浆的浆液黏度控制为30~50cP,胶凝时间10min到120min;地面浆液配制完成后,通过输浆管输送至井下;
(D-2)井下注浆泵量为8~19L/min,当注浆压力大于等于3倍静水压力,且同时稳定时间大于5min时,可结束当次注浆;
(D-3)井下注浆孔(4)全部钻孔和注浆完成后,撤出钻孔和注浆设备,等待凿井至下一止浆岩帽位置,进行下一井下注浆循环。
上述一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,所述改性脲醛树脂浆浆液包括主剂脲醛树脂和固化剂酸性溶液;配制方法为:先配制主剂:将300kg尿素与660kg质量分数为35~40%的甲醛水溶液混合,充分搅拌;然后加入等体积的固化剂酸性溶液,所述酸溶液为质量分数3%-10%的草酸水溶液。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果:
本申请首先在地面采用颗粒性注浆材料快速封堵溶蚀地层中的大型导水通道(如断层破碎带、裂隙带等)。然后,在凿井过程中,采用井下注浆技术补充注浆,封堵溶蚀地层中残余的溶蚀孔隙型导水通道。通过地面和井下联合注浆,封堵溶蚀地层中复合导水通道,解决常规注浆技术难以形成有效堵水帷幕问题,结合地面与井下注浆技术的优点,可实现安全快速封堵井筒涌水,同时避免注浆材料浪费。
本发明采用地面与井下联合注浆技术防治我国西南溶蚀型含水层。其中,地面注浆采用大型成套钻注设备,可实现大泵量高压注浆,充填封堵地层中大型导水通道,施工工期短,注浆效率高。井下注浆可实现探水与注浆相结合,主要针对地层残余溶蚀孔隙水进行,堵水效果可靠。本发明可杜绝井筒水害事故,实现溶蚀含水层中安全快速凿井作业,具有重要的应用价值和推广价值。
本申请首先用地面注浆封堵溶蚀地层中大型主导水通道,然后采用井下注浆封堵溶孔型细微导水通道。
本发明所提供的地面与井下联合注浆方法可有效封堵西南地区竖井溶蚀地层中地下水,加固破碎地层,提高围岩完整性和整体承载能力。该技术适用于我国西南地区溶蚀地层矿井建设中竖井井筒防治水问题,可实现复杂工程与水文地质条件下,高水压-复合导水通道的注浆堵水和围岩加固,具有重大工程应用价值。
附图说明
图1本发明地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法的结构示意图;
图2地面注浆剖面示意图;
图3地面注浆钻孔平面布置图;
图4井下注浆剖面示意图;
图5井下注浆钻孔平面布置示意图。
图中附图标记表示为:1-竖井井筒;2-地面注浆孔;3-地面注浆孔布孔圈径;4-井下注浆孔;5-止浆岩帽段;6-1-套管段;6-2-裸孔注浆段;6-3-注浆小段;8-井下注浆孔布孔圈径;9-井筒开挖荒径;10-溶蚀含水层,11-探水兼井下注浆孔。
具体实施方式
如图1所示的本实施例的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,地面注浆设置单圈注浆孔,共设置8个地面注浆钻孔2,分两序进行施工,地面注浆孔布孔圈径3大于竖直井筒的荒径3.0m。井下注浆孔4设置20个,井下注浆孔4也兼作探水孔。
具体包括如下步骤:
(A)地面注浆孔布设及钻探作业;
如图2所示,在地面沿竖直井筒1四周均布8个地面注浆钻孔2,地面注浆孔布孔圈径3大于竖直井筒的荒径3.0m。
地面钻探作业:钻孔结构分为套管段6-1和裸孔注浆段6-2;
注浆孔套管段6-1底部进入稳定基岩、且位于含水层顶板上方;
注浆裸孔注浆段6-2底部超出溶蚀含水层10底板10米。地面注浆孔钻探采用水源钻机,钻进过程中采用陀螺测斜仪测斜,螺杆钻具纠偏,控制钻孔偏斜控制在0.5%以内。每一注浆段测斜一次,每10~20m为一个测斜点。
套管段孔径为Φ200~Φ260mm,裸孔注浆段孔径为Φ100~Φ140mm。
钻机采用TSJ-2000水源钻机,注浆设备采用BQ-350大泵量高压注浆泵。
地面注浆孔钻探包括如下步骤:
(A-1)套管段6-1钻进与套管下放及固管:套管段6-1钻探完毕后,换小一级钻头继续钻进1~2m,循环泥浆,排出孔内岩粉。
下入Φ168~Φ194mm地质套管至预定深度,采用水灰比0.75:1单液水泥浆固定套管,凝固时间不少于78h;
单液水泥浆为水灰比为0.75~1.25;可根据压力变化情况添加复合添加剂提高悬浮稳定性,复合添加剂采用丙烯酰胺,复合添加剂的用量为水泥质量的0.3%-0.5%。
(A-2)裸孔注浆段6-2钻探:裸孔注浆段6-2根据地质情况划分为若干注浆小段6-3,每一注浆小段6-3的段高为30m~50m;钻探与注浆交替进行。裸孔注浆段6-2采用清水钻进,特殊地层采用PAA泥浆护壁,钻进过程中观测钻进速度和泥浆消耗量,分析地层强度和透水性能。
(B)地面注浆作业;
地面注浆采用BQ-350大泵量高压注浆泵,注浆材料以黏土综合浆为主,特殊情况采用复合改性水泥浆,复合改性水泥浆通过添加速凝剂和惰性充填材料控制浆液扩散范围。
地面注浆包括如下步骤:
(B-1)注浆小段6-3钻探过程中,通过正常地层时采用普通膨润土泥浆,通过断层破碎带地层采用PAA泥浆;
(B-2)注浆小段6-3成孔后,采用清水冲洗钻孔,然后进行压水试验,获取地层初始透水性能;止浆与压水试验,采用机械式卡瓦止浆塞止浆,止浆完成进行压水试验,进行3个不同流量的压水试验,记录对应的压水压力,计算地层初始透水率;
(B-3)压水试验完成后,转入注浆作业,注浆材料选用颗粒性浆液;以黏土综合浆为主进行注浆,
黏土综合浆:采用黏土原浆、水泥和结构添加剂配制;黏土原浆中的黏土黏粒含量应大于30%,含砂率小于5%;黏土原浆为黏土加水制成,黏土原浆比重为1.10~1.25,漏斗黏度18~26s,1L黏土原浆添加水泥的质量为100~300g、1L黏土原浆添加结构添加剂的体积为10~30mL;结构添加剂为水玻璃,波美度为35~42;
根据压水试验结果确定黏土综合浆水泥和结构添加剂用量,浆液制备采用两级搅拌配置,一级搅拌添加水泥,二级搅拌添加结构添加剂,注浆过程中观测注浆压力和泵量变化,动态调整浆液配比;
复合改性水泥浆注浆,采用单液水泥浆添加改性外加剂、速凝剂配置而成;单液水泥浆基浆的水灰比为1:1,改性外加剂为粉煤灰,速凝剂为水玻璃,惰性充填材料为稻壳、锯末或人工纤维材料;改性外加剂、速凝剂为水泥质量的0.3%~0.5%;
为解决黏土综合浆在断层带、裂隙带等连通性好的大型导水通道中的超距扩散现象,若单段注浆量超过300m3且注浆压力极低时,采用复合改性水泥浆注浆封堵大开度导水通道,通过调整向单液水泥浆中添加惰性充填材料和速凝剂的质量控制钻孔附近地层连通性,惰性充填材料的总用量为水泥质量的1.0%~3.0%。
(B-4)注浆过程中,监测注浆泵量和注浆压力,根据压力变化情况调整浆液类型、浆液配比参数和注浆次数;采用注浆压力结束标准,注浆终压为静水压力的2~2.5倍。
(C)井下注浆孔布设及钻探作业;
井下注浆孔4采用单圈布设,井下注浆孔布孔圈径8比井筒开挖荒径9小2m。井下注浆孔4兼做探水孔,井下注浆孔4的钻孔深度为70m,其中止浆岩帽段5为30m,有效注浆段30m。井下注浆孔钻探采用坑道钻机,钻探前需安装防喷装置,并耐压测试合格。包括如下步骤:
(C-1)孔口管设置并安装防喷装置,在止浆岩帽段5钻孔,孔深3~5m,然后下入孔口管并采用水灰比为0.75:1的单液水泥浆固管。在孔口管上安装防喷装置,在后续钻机前,进行孔口管和孔口管防喷装置耐压试验,试验压力为注浆压力2倍;
(C-2)探水孔钻进:先进行探水孔钻探,采用清水钻进,钻探过程中观测清水消耗量或钻孔涌水量。若4个探水孔均无水,则该段无需进行井下注浆。若探孔出现涌水则进行井下注浆。
(C-3)注浆孔钻进。井下工作面可同时进行多个井下注浆孔4的钻探,井下注浆孔4采用跳孔施工,后续注浆孔兼做前序注浆效果检查孔,井下注浆孔4钻探过程中观测钻孔涌水量。单孔涌水量超过2m3/h,及停钻注浆。某个井下注浆孔(4)注浆过程中,其他钻孔需停止钻进,提出钻具并关闭防喷装置阀门。
(D)井下注浆作业;
井下注浆采用小泵量高压注浆泵注化学浆。化学浆材料采用改性脲醛树脂制备,化学浆在地面配制,通过输浆管输送至井下,包括如下步骤:
(D-1)在地面配置井下注浆用改性脲醛树脂浆浆液,改性脲醛树脂浆的浆液黏度控制为30~50cP,胶凝时间10min到120min;地面浆液配制完成后,通过输浆管输送至井下;
所述改性脲醛树脂浆浆液包括主剂脲醛树脂和固化剂酸性溶液;配制方法为:先配制主剂:将300g尿素与660g质量分数为35~40%的甲醛水溶液混合,充分搅拌;然后加入等体积的固化剂酸性溶液,所述酸溶液为质量分数3%-10%的草酸水溶液。所制备的改性脲醛树脂浆浆液形成凝胶的时间可控,抗压强度可以到达2.0~5.0MPa。
(D-2)井下注浆采用小泵量注浆,井下注浆泵量为8~19L/min,注浆过程中观测注浆压力情况,当注浆压力为3倍地下水压力并稳定5min以上时,可结束该孔注浆。
(D-2)井下注浆孔4全部钻注完成后,撤出钻注设备,等待凿井至下一止浆岩帽位置,进行下一井下注浆循环。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,包括如下步骤:
(A)地面注浆孔布设及钻探作业;
(B)地面注浆,采用小段高、大泵量高压注浆泵注颗粒性浆液;
(C)井下注浆孔布设及钻探作业;
(D)井下注浆,采用小泵量高压注浆泵注化学浆。
2.根据权利要求1所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(A)中,地面注浆孔布设:沿竖井井筒(1)布置一圈地面注浆孔(2),地面注浆孔(2)围成的圆周与竖井井筒(1)同心,且地面注浆孔布孔圈径(3)比竖井井筒(1)的荒径大2~4米。
3.根据权利要求1所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(A)中,地面钻探作业:钻孔结构分为套管段(6-1)和裸孔注浆段(6-2);
(A-1)套管段(6-1)钻进与套管下放及固管:所述套管段(6-1)的底部进入稳定基岩、且位于待封堵含水层顶界上方;所述套管段(6-1)为直孔或S型定向孔;套管段(6-1)钻探完毕后,换小一级钻头继续钻进1~2m,循环泥浆,排出孔内岩粉;然后下入Φ168~Φ194mm地质套管至预定深度;所述套管段(6-1)采用单液水泥浆固管,凝固时间大于等于48h;套管段(6-1)的孔径为Φ200~Φ260mm;
(A-2)所述裸孔注浆段(6-2)的底部超出溶蚀含水层(10)底板的距离为大于等于10米;裸孔注浆段(6-2)的孔径为Φ100~Φ140mm;裸孔注浆段(6-2)采用清水钻进,通过正常地层时采用普通膨润土泥浆护壁,通过断层破碎带地层采用PAA泥浆护壁;钻进过程中观测钻进速度和泥浆消耗量,分析地层岩性和透水性能。
4.根据权利要求3所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(B)中:裸孔注浆段(6-2)根据地质情况划分为若干注浆小段(6-3),每一注浆小段(6-3)的段高为30m~50m;钻探与注浆交替进行,钻机采用TSJ-2000水源钻机,注浆设备采用BQ-350大泵量高压注浆泵。
5.根据权利要求1所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(B)中,具体包括如下步骤:
(B-1)压水试验:注浆小段(6-3)成孔后,采用清水冲洗钻孔,然后进行止浆,止浆完成后进行压水试验,获取地层初始透水性能;
(B-2)压水试验完成后,转入注浆作业,注浆材料选用颗粒性浆液;
(B-3)注浆过程中,监测注浆泵量和注浆压力,根据压力变化情况调整浆液类型、浆液配比参数和注浆次数;采用注浆压力结束标准,注浆终压为静水压力的2~2.5倍。
6.根据权利要求5所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,所述颗粒性浆液为单液水泥浆、黏土综合浆和复合改性水泥浆;
单液水泥浆:水灰比为0.75~1.25;可根据压力变化情况添加复合添加剂提高悬浮稳定性,复合添加剂采用丙烯酰胺,复合添加剂的用量为水泥质量的0.3%-0.5%;
黏土综合浆:采用黏土原浆、水泥和结构添加剂配制;黏土原浆中的黏土黏粒含量应大于30%,含砂率小于5%;黏土原浆为黏土加水制成,黏土原浆比重为1.10~1.25,漏斗黏度18~26s,1L黏土原浆添加水泥的质量为100~300g、1L黏土原浆添加结构添加剂的体积为10~30mL;结构添加剂为水玻璃,波美度为35~42;
复合改性水泥浆:采用单液水泥浆添加改性外加剂和速凝剂配置而成;单液水泥浆基浆的水灰比为1:1,改性外加剂为粉煤灰,速凝剂为水玻璃;改性外加剂和速凝剂的用量为水泥质量的0.3%~0.5%。
7.根据权利要求1所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(C)中,根据溶蚀地层中残余的溶蚀孔隙型导水通道情况,在井下补充注浆;井下注浆孔根据需要设置为多个注浆段;
井下注浆孔布设:井下注浆孔(4)沿凿井开挖荒径单圈或双圈布置,双圈布置时内外圈注浆孔交错设置;井下注浆孔布孔圈径(8)比井筒开挖荒径(9)小2~3m;井下注浆孔(4)为直孔且向远离竖井井筒(1)的径向方向偏斜,井下注浆孔(4)与竖直方向的偏斜角为3°~5°;
井下注浆孔钻探作业:井下注浆孔(4)的孔深为50~70m,其中止浆岩帽段(5)为20~30m,有效注浆段为20~40m;井下注浆孔(4)兼做探水孔时,井下注浆孔(4)的孔深为70~100m。
8.根据权利要求7所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(C)中:
(C-1)井下注浆孔(4)采用坑道钻机钻探,在止浆岩帽段(5)钻孔,孔深为3~5m,然后下入孔口管并采用单液水泥浆固管,在孔口管上安装孔口防喷装置,在后续钻机前,先进行孔口管和孔口管防喷装置耐压试验,孔口防喷装置的耐压等级为注浆压力的2倍;
(C-2)探水孔钻进:先进行探水孔钻探,采用清水钻进,钻探过程中严密观测清水消耗量或钻孔涌水量;若4个探水孔均无水,则该段无需进行井下注浆;若探水孔出现涌水则进行井下注浆;
(C-3)井下注浆孔钻进:井下工作面可同时进行多个井下注浆孔(4)的钻探,跳孔施工,钻孔过程中严密监测钻孔涌水量,若单个钻孔涌水量超过2m3/h,需进行该钻孔注浆堵水;后续井下注浆孔(4)兼做前序注浆效果检查孔;某个井下注浆孔(4)注浆过程中,其他钻孔需停止钻进,提出钻具并关闭防喷装置阀门。
9.根据权利要求1所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,在步骤(D)中:井下注浆采用小泵量高压注浆泵注化学浆;化学浆材料采用改性脲醛树脂制备;包括如下步骤:
(D-1)在地面配置井下注浆用改性脲醛树脂浆浆液,改性脲醛树脂浆的浆液黏度控制为30~50cP,胶凝时间10min到120min;地面浆液配制完成后,通过输浆管输送至井下;
(D-2)井下注浆泵量为8~19L/min,当注浆压力大于等于3倍静水压力,且同时稳定时间大于5min时,可结束当次注浆;
(D-3)井下注浆孔(4)全部钻孔和注浆完成后,撤出钻孔和注浆设备,等待凿井至下一止浆岩帽位置,进行下一井下注浆循环。
10.根据权利要求9所述的一种地面与井下联合注浆的西南溶蚀地层井筒防治水方法,其特征在于,所述改性脲醛树脂浆浆液包括主剂脲醛树脂和固化剂酸性溶液;配制方法为:先配制主剂:将300kg尿素与660kg质量分数为35~40%的甲醛水溶液混合,充分搅拌;然后加入等体积的固化剂酸性溶液,所述酸溶液为质量分数3%-10%的草酸水溶液。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113236115A (zh) * | 2021-06-27 | 2021-08-10 | 邯郸市伟业地热开发有限公司 | 贯通式空气反循环潜孔锤钻进中通过破碎带的方法 |
CN114017056A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-08 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 一种公路隧道横穿倾斜煤层采空区地面预治理方法 |
CN115288632A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-11-04 | 巩建雨 | 一种防止离层注浆首排钻孔破坏的设计方法 |
CN114017056B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-07-02 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 一种公路隧道横穿倾斜煤层采空区地面预治理方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104453913A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 玉溪大红山矿业有限公司 | 一种竖井工作面超前预注浆方法 |
CN106246188A (zh) * | 2016-10-18 | 2016-12-21 | 中国矿业大学 | 地层沉降变形协调的防治煤矿立井井筒变形破坏的***及方法 |
CN107060767A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-08-18 | 安徽理工大学 | 既有井筒条件下深立井地层加固注浆***及其注浆方法 |
CN108952727A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-12-07 | 淮矿西部煤矿投资管理有限公司 | 一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法 |
CN111365002A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-03 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 复杂地层中小段高井筒地面预注浆方法 |
-
2021
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104453913A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 玉溪大红山矿业有限公司 | 一种竖井工作面超前预注浆方法 |
CN106246188A (zh) * | 2016-10-18 | 2016-12-21 | 中国矿业大学 | 地层沉降变形协调的防治煤矿立井井筒变形破坏的***及方法 |
CN107060767A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-08-18 | 安徽理工大学 | 既有井筒条件下深立井地层加固注浆***及其注浆方法 |
CN108952727A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-12-07 | 淮矿西部煤矿投资管理有限公司 | 一种大倾角竖直裂隙地层的注浆堵水方法 |
CN111365002A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-03 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 复杂地层中小段高井筒地面预注浆方法 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113236115A (zh) * | 2021-06-27 | 2021-08-10 | 邯郸市伟业地热开发有限公司 | 贯通式空气反循环潜孔锤钻进中通过破碎带的方法 |
CN114017056A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-08 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 一种公路隧道横穿倾斜煤层采空区地面预治理方法 |
CN114017056B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-07-02 | 北京中煤矿山工程有限公司 | 一种公路隧道横穿倾斜煤层采空区地面预治理方法 |
CN115288632A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-11-04 | 巩建雨 | 一种防止离层注浆首排钻孔破坏的设计方法 |
CN115288632B (zh) * | 2022-07-07 | 2024-05-10 | 巩建雨 | 一种防止离层注浆首排钻孔破坏的设计方法 |
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