[发明专利]一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井下微裂隙围岩注浆堵水的新方法，具体涉及一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水方法。

背景技术

煤矿井筒、巷道等井巷工程穿过开度较小的微裂隙砂岩含水层时，围岩渗水量大，微裂隙渗水通道封堵困难，往往给井巷掘进和维护带来严重的影响。煤矿井巷围岩支护材料大多为金属，高强的汗渗裂隙水增加了支护材料的锈蚀速度，大大降低了支护体的强度，不利于围岩的稳定控制，且围岩裂隙水渗出后多积聚在巷道底板，底板岩层在水的长期浸泡中强度损失严重，容易产生严重的底鼓破坏。

围岩微裂隙渗流通道封堵技术缺乏一直以来困扰着煤矿的安全高效生产。目前最常用的封堵围岩微裂隙渗流通道的方式是注浆封堵。有学者提出采用化学浆液进行围岩微裂隙渗水通道的注浆封堵，化学浆液颗粒较小，能够进入微裂隙渗水通道，实现封堵，但是化学浆液往往毒性非常大，会对地下水环境造成严重的污染，且化学浆液费用较高。与化学浆液相比，普通水泥浆无毒，对地下水资源没有污染，且注浆结石率高、强度大、费用低，堵水效果明显，然而对于微裂隙渗水通道，普通水泥浆颗粒太大，没有可注性，难以封堵渗流通道。

中国专利CN201210380499.4公开了一种深孔预裂爆破注浆方法，通过在岩体上打深度超过8m的钻孔，在钻孔中放入炸药卷，起爆钻孔中的炸药进行岩体的预裂爆破，使钻孔周边的岩体产生大量的裂隙，然后向钻孔中注入水泥和水玻璃等混合浆液，封闭岩体裂隙起到堵水的作用。然而对于围岩微裂隙渗水通道而言，采用此方法堵水效果不佳。分析原因，是由于深孔炸药爆破产生的是球形的破裂面，爆破使破裂面周围岩体产生大量的裂隙，而这些裂隙具有明显的随机性，相邻爆破孔之间围岩裂隙贯通程度难以准确控制，且在强大的爆炸冲击扰动下，相邻爆破孔之间岩体还会产生大量新的微裂隙，因而无法在微裂隙围岩外形成完整的注浆堵水帷幕，堵水效果不佳。

发明内容

为了解决上述不足，本发明设计一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水方法，步骤如下：

步骤1）按照梅花形的钻孔布置方式，在围岩微裂隙汗渗区域打注浆孔，保证每个注浆孔的深度相同，误差小于1cm，并在每个注浆孔底部相同位置进行环向切槽预处理，使注浆孔底部围岩产生环向切槽，将注浆套管置于注浆孔中，注浆套管顶部距注浆孔底的距离为10cm，并采用高强速凝混凝土将注浆套管外壁完全固定于孔壁上；

步骤2）将耐高压金属管沿中空的注浆套管内部置于注浆孔中，耐高压金属管顶部距注浆孔底部的距离为5cm，启动高压空气压缩机，高压空气压缩机产生的高压气体通过耐高压输气管和耐高压金属管输送到注浆孔中，使注浆孔中的气体压力达到设定的扩缝压力值，并维持此压力值15~20分钟，在高压气体的推力作用下注浆孔底部围岩沿环向切槽发生劈裂破坏，产生近似垂直于注浆孔的人工裂隙面，在高压气体的持续作用下，注浆孔底部的裂隙面不断向四周扩张，最终与相邻注浆孔产生的裂隙面贯通；

步骤3）通过每个注浆孔向贯通的裂隙面注入预制好的水泥浆，水泥浆凝固后在围岩微裂隙外形成一层完整的注浆堵水帷幕，从而实现对围岩微裂隙涌水通道进行有效的封堵。

确定气体扩缝压力值的方法为：在两注浆孔中间位置打深度深于注浆孔0.5m左右的观测孔，应用智能钻孔电视成像仪实时观测孔底端处裂缝扩展情况，开启高压空气压缩机的阀门，将高压气体输入到注浆孔中，逐步增大注浆孔中气体压力值，当能够从观测孔中观测到扩展的裂缝时，此时的压力值即为该条巷道围岩的高压气体扩缝压力值。

一种微裂隙围岩预切槽高压气体扩缝注浆堵水装置，包括注浆套管、耐高压金属管、耐高压输气管和高压气体输入装置；所述注浆套管为中空结构，安装在注浆孔中，其里端的管体上设置固定挡板，外端设置丝口；所述耐高压金属管轴向穿过注浆套管，其里端位于注浆孔中，外端通过耐高压输气管与高压气体输入装置连接，且高压金属管上固连有能够与注浆套管的丝口螺纹连接的密封螺母；所述耐高压输气管上设有压力表和阀门。

所述密封螺母中设置密封垫圈。

本发明是通过对注浆孔底部进行环向切槽预处理，并采用高压气体扩缝的方式使注浆孔底部围岩沿环向切槽发生定向的劈裂破坏，与相邻钻孔之间产生贯通的人工裂隙面，然后向贯通的裂隙面注入水泥浆进行封堵，形成完整有效的堵水帷幕，达到微裂隙围岩渗水通道封堵的目的。