[发明专利]利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置及方法

权利要求书

1.一种利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：包括设置于关键注浆孔内的封堵组件一和分别设置于环形止水帷幕钻孔内的封堵组件二，所述环形止水帷幕包括以关键注浆孔为圆心、以0.8—1.5m距离为半径呈均匀辐射状设置的六个环形止水钻孔，所述封堵组件一包括位于关键注浆孔中心的锚杆，位于锚杆端部关键注浆孔孔口处的第一钻孔封堵塞，所述钻孔封堵塞上设有注浆管道一通道和注菌液管道三通道，所述注浆管道一和注菌液管道三分别通过通道向里延伸至关键注浆孔底部，所述封堵组件二包括位于每个止水钻孔端部的第二钻孔封堵塞，第二钻孔封堵塞上设有注浆管道二，注浆管道二通过注浆管道二向内延伸至止水钻孔底部；利用该装置进行封堵的方法，包括以下步骤：

（1）通过泥浆泵将水泥和水玻璃的混合物通过注浆管道二注入环形止水帷幕止水钻孔内进行封堵，将厘米级围岩裂隙进行初级封堵；

（2）采用粗骨料+微生物诱导的碳酸钙沉淀对围岩裂隙中的毫米级裂隙实施二级封堵；

（3）采用经活化后的微生物干粉进行碳酸钙的诱导沉淀，以封堵围岩中的微米级裂隙进而实施三级封堵，具体操作包括以下步骤：

a.使用钻机进行关键注浆孔钻孔，孔径为110mm，钻至围岩塑性区以内，进行停钻、退钻操作，在关键注浆孔内设置锚杆；

b.采用第一钻孔封堵塞封堵注浆孔钻孔，并在封孔时预设一条注浆管道一和一条注菌液管道三；

c.将微生物巴氏生孢八叠球菌干粉兑水进行活化制成浓度OD₆₀₀为2.0的菌液，并在30℃的温室内放置12小时；

d.向菌液及粗骨料的固液两相混合物中加入煤粉，使其混合至悬浮液通过泥浆泵注入至关键注浆孔内，其容积比为菌液：粗骨料：煤粉为10：1：2；

e.开启液压式双联泵，通过控制支路一闸阀通入固定液CaCl₂溶液，5—10小时后，关闭泥浆泵，控制闸阀通过支路二通入尿素溶液5小时，使尿素与CaCl2溶液混合成为胶凝液进行封堵；

f.开启返浆管闸阀，使废液流出，重复步骤e—f，直至关键注浆孔注浆压力达到3MPa，或溢流阀出现跑浆现象时，停止注浆即可。

2.如权利要求1所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述第一钻孔封堵塞上还设有一个返浆管，返浆管底部穿透第一钻孔封堵塞本体。

3.如权利要求2所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述注浆管道一伸出第一钻孔封堵塞的端部设有两个分支管道，分别为支路一和支路二，所述支路一和支路二端部分别与液压式双联泵固定连接，所述支路一和支路二上分别设有流量计和闸阀。

4.如权利要求3所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述注菌液管道三伸出第一钻孔封堵塞的端部管道上设有泥浆泵和溢流阀。

5.如权利要求4所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述注浆管道二伸出第二钻孔封堵塞的端部管道上也设有泥浆泵和溢流阀。

6.如权利要求5所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于，所述步骤（1）的具体操作包括以下步骤：

a.使用钻机进行钻孔，孔径为90mm，钻至围岩塑性区以内，进行停钻、退钻，在钻孔内设置锚杆；

b.采用第二钻孔封堵塞封堵止水钻孔，封孔时预设一条注浆管道二；

c.开启泥浆泵，进行注浆操作，向止水钻孔内注入水泥—水玻璃浆液；

d.设置注浆终压为3MPa，当注浆压力达到3MPa，或溢流阀出现跑浆现象时，停止注浆；

e.重复以上操作步骤，使其共实现六次钻孔，并使钻孔的孔间距为1.0m，呈圆形均匀分布在关键注浆孔的四周。

7.如权利要求6所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述水泥与水玻璃体积比1：0.5；水泥水灰比1：1；水玻璃浓度Be'为35；水玻璃模数M为2.8。

8.如权利要求7所述的利用浆液及微生物矿化多级封堵围岩裂隙水的装置，其特征在于：所述粗骨料为石英砂或河沙，岩体裂隙开度为1—3mm时，粗骨料粒径为14目占16%—20%，18目占25%—30%，20目占40%—60%；岩体裂隙开度大于3mm时，粗骨料粒径为12目占10%—15%，14目占20%—25%，18目占25%—30%，20目占35%—40%，所述固定液CaCl₂溶液的浓度为0.3mol/L；所述胶凝液为CaCl₂和尿素的混合液，所述CaCl₂溶液与尿素溶液浓度均为0.3mol/L，体积比为1:1；所述菌液、CaCl₂、尿素溶液的流量为1—25L/min。