巷道頂板富水破碎條件下引流慢滲注漿控制工藝的制作方法
本發明屬于礦井及地下工程災害治理領域，尤其是一種煤礦巷道頂板富水破碎條件下的引流慢滲注漿控制工藝。
背景技術：
隨著淺部資源日益枯竭，我國煤炭開采逐步轉向深部，煤炭開采深度和強度不斷增大，致使水文地質條件日趨復雜，水壓、地應力等不利因素愈加凸顯。尤其再遇到斷層破碎帶等特殊地質時，造成深部開采的水害問題更加突出。涌水是造成巷道圍巖破壞失穩的主要誘因，尤其是在軟弱和松散破碎圍巖內出現涌水時，危害性更大。
目前，淺層注漿加固是治理軟弱破碎帶突涌水的有效手段，通過注漿封閉圍巖表層，提高圍巖抗滲性能，改善巖石的宏觀力學性質，有效提高破碎圍巖整體性和承載能力。由于巷道開挖頂板直接揭露了富水破碎巖體，注漿堵水中常因頂板破碎難以直接作為止漿巖盤，且鉆探和注漿壓力的擾動易對其穩定性造成破壞，出現膨出甚至垮塌現象。此外，在高壓涌水影響下的淺層破碎圍巖內施工鉆孔經常遇到孔壁坍塌引發的鉆孔事故，且動水作用下注入的漿液瞬間被沖刷稀釋攜帶流失。因此，在巷道頂板松軟破碎圍巖內封堵高壓涌水是長期難以解決技術難題。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術的不足，提供一種針對巷道頂板富水破碎圍巖的引流慢滲注漿加固方法及控制工藝。
為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
一種巷道頂板富水破碎條件下的引流慢滲注漿控制工藝，包括以下步驟：
a.致災水源及含導水通道綜合探查：綜合利用地質分析方法和地球物理探查手段判識致災水源及含導水通道，確定注漿治理靶區空間位置；
b.深部引流泄壓：在導水通道上游富水區域施工鉆孔，把涌向淺部破碎圍巖的高壓涌水提前引出，減少涌水對破碎圍巖的影響；
c.頂板淺部破碎圍巖低壓慢滲注漿加固：通過改進中空注漿錨桿，對頂板破碎區進行低壓慢滲注漿，對破碎圍巖內的空洞或裂隙進行充填，達到封堵涌水及提高圍巖整體強度的目的；
d.引流泄壓鉆孔封堵：淺部圍巖注漿結束且圍巖變形穩定后，最終封堵引流泄壓鉆孔；
e.注漿效果綜合檢查：通過檢查孔和地球物理手段對注漿區段進行注漿效果檢驗，圈定注漿薄弱區空間范圍并補充注漿。
進一步的，所述步驟a中地球物理探查手段具體包括：
利用地質雷達與高密度電法相結合的物探方法對成災區域進行探查，確定致災通道空間范圍及特征，為注漿治理靶區圈定和治理方案設計提供決策依據。
進一步的，所述步驟b中的深部引流泄壓具體包括：
1)根據致災水源及含導水通道探查結果，優化設計關鍵引流孔的數量及終孔位置，避免對本已破碎的淺層圍巖造成進一步破壞；設計鉆孔位置在巖性較好并有足夠巖帽的位置；對鉆孔設計合理的傾角，保證引流泄壓效果的同時減少對中淺層圍巖的破壞；
2)引流鉆孔采用跟管鉆進工藝，下入護壁管，長度大于淺部破碎圍巖厚度，起到隔水隔壓的作用；
3)引流管使用無縫鋼管，止水塞為模袋；止水合格后，通過引流管把裂隙內的高壓涌水引出。
進一步的，所述步驟c中中空注漿錨桿，包括：螺母、托盤、密封套和焊管；所述焊管前端的管壁周圍均勻布設溢漿孔，后端管壁焊接三角絲呈螺旋絲杠結構，尾部焊接在無縫鋼管上，無縫鋼管的端部作為注漿口；在所述的無縫鋼管上加工有與螺母配合的管螺紋；注漿錨桿通過螺母旋進，且在無縫鋼管的外圈設有托盤和密封套，通過托盤壓緊密封套進行止漿止水。
進一步的，所述步驟c中的注漿治理方案設計中注漿孔序列具體包括：
1)由于破碎圍巖較厚，采用由淺入深逐層注漿加固的方式，注漿鉆孔使用
2)確定注漿孔序列，根據現場條件將每個深度鉆孔又分3個序次施工，根據序次遞增鉆孔間距分別控制為1.5、1.0、0.5m，鉆孔呈梅花形布置。后序鉆孔作為前序次鉆孔注漿效果的檢查孔使用。
所述注漿材料采用單液水泥濃漿和c-s雙液漿，材料參數如下：水泥漿水灰比(水與42.5r普通水泥質量比)為1:1；水玻璃濃度在35～42be之間，模數為2.3～3.0，42.5r普通水泥單液漿和水玻璃體積比為2:1，注漿終止壓力取2～3mpa。上述漿液配比及注漿參數是申請人經過長期工程實踐及經驗總結所得到的，保證了注漿效果。
進一步的，在注漿過程頂板圍巖變形控制：頂板淺部圍巖注漿加固及引流孔封堵過程中，對頂板圍巖變形位移進行監控量測，并根據信息反饋實時調整注漿參數，確保圍巖安全及注漿效果；
所述頂板圍巖變形控制包括：在治理區域均勻布設監測斷面，注漿過程中采用激光測距儀對每個斷面巷道頂底板垂直位移進行監控量測，監控頻率為2次/h，若淺部圍巖單孔注漿或引流孔封堵過程中，頂底板垂直收斂超過1cm，則需要控制注漿壓力，調整注漿參數，確保注漿安全。申請人經過長期工程實踐及大量監測數據分析總結得到，低壓慢滲注漿有利于保證淺部破碎圍巖的注漿加固效果。
進一步的，所述步驟e薄弱區補充注漿包括：采用
本發明的有益效果是：
1、引流鉆孔穿過淺部破碎圍巖，揭露深部完整巖層內的涌水通道或富水區，將承壓水引排，減小了涌水在鉆孔外淺層圍巖上的壓力及水量，為淺部慢滲注漿期間漿液的留存及凝固提供了有利條件。
2、淺部圍巖錨注，既可以起到初期的快速支護作用，讓圍巖的變形得到很好的控制，漿液溢出進入到錨孔中又可起到加固圍巖的作用。
3、巷道頂板變形監測與引流慢滲注漿控制工藝是相輔相成的，在監測數據中分析圍巖變形規律并動態指導施工，既能取得良好的堵水效果，又能保證頂板圍巖的穩定性和安全性。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。
圖1是引流慢滲注漿工藝原理圖；
圖2是引流鉆孔結構示意圖；
圖3是中空注漿錨桿結構示意圖；
圖中，1.引流泄壓鉆孔；2.導水裂隙；3.富水區域；4.淺部破碎圍巖；5.改進中空注漿錨桿；6.護壁管；7.裸孔段；8.引流管；9.注漿膜袋；10.注漿口；11.螺母；12.托盤；13.密封套；14.無縫鋼管；15.焊管；16.三角絲；17.管箍；18.溢漿孔。
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
正如背景技術部分所述的，目前，淺層注漿加固是治理軟弱破碎帶突涌水的有效手段，通過注漿封閉圍巖表層，提高圍巖抗滲性能，改善巖石的宏觀力學性質，有效提高破碎圍巖整體性和承載能力。由于巷道開挖頂板直接揭露了富水破碎巖體，注漿堵水中常因頂板破碎難以直接作為止漿巖盤，且鉆探和注漿壓力的擾動易對其穩定性造成破壞，出現膨出甚至垮塌現象。此外，在高壓涌水影響下的淺層破碎圍巖內施工鉆孔經常遇到孔壁坍塌引發的鉆孔事故，且動水作用下注入的漿液瞬間被沖刷稀釋攜帶流失。因此，在巷道頂板松軟破碎圍巖內封堵高壓涌水是長期難以解決技術難題。本發明提供一種針對巷道頂板富水破碎圍巖的引流慢滲注漿加固方法及控制工藝。
本發明中的關鍵引流孔是指：根據探查結果，在某一位置處施作的引流孔相比其他位置起到引流的作用要大，即此鉆孔能起到關鍵作用；一般，關鍵鉆孔往往揭露主干裂隙。
本發明中鉆孔設計合理的傾角，是指鉆孔的軸線相對于垂直面設置一定的傾角。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
a.致災水源及含導水通道綜合探查
綜合分析礦井、隧道及地下工程勘探時期及施工過程水文地質資料，從構造環境、地層巖性和地下水多方面對致災水源進行綜合分析；利用地質雷達等物探方法對成災區域進行探查，確定致災通道空間范圍及特征，為注漿治理靶區圈定和治理方案設計提供決策依據。
b.深部引流泄壓
1)根據致災水源及含導水通道探查結果，進行關鍵引流孔數量、開孔位置、終孔位置及鉆孔傾角的設計，避免對本已破碎的淺層圍巖造成進一步破壞且保證引流泄壓效果；
2)引流泄壓鉆孔1采用跟管鉆進工藝，終孔位置揭露導水裂隙2上游富水區域3，下入
3)引流管8使用
c.頂板淺部破碎圍巖低壓慢滲注漿加固
1)由于頂板破碎圍巖4較厚，采用由淺入深逐層注漿加固的方式，注漿加固鉆孔使用
2)根據現場條件將每個深度鉆孔分3個序次施工，其中ⅰ序孔間距為2m，ⅱ序孔間距為1.5m，ⅲ序孔間距為1m，各序次鉆孔呈梅花形布置，施工過程中按照ⅰ～ⅲ的順序依次對各序孔實施注漿。后序鉆孔作為前序次鉆孔注漿效果的檢查孔使用。
3)淺部圍巖注漿材料采用單液水泥濃漿和c-s雙液漿，材料參數如下：水泥漿水灰比(水與42.5r普通水泥質量比)為1:1；水玻璃濃度在35～42be之間，模數為2.3～3.0，42.5r普通水泥單液漿和水玻璃體積比為2:1，注漿終止壓力取2～3mpa。
d.引流泄壓鉆孔封堵
巷道頂板淺部破碎圍巖4注漿加固結束后，最后封堵引流泄壓鉆孔1。注漿材料及注漿參數參考步驟c。
e.注漿過程中頂板圍巖變形控制
在集中涌水點及外延淋水段均勻布設監測斷面，斷面間距均勻且布置在能測到最大位移處。將礦用錨桿分別植入巷道頂底板中，以錨桿外露端頭作為固定基點，用激光測距儀測量兩基點間距，完成對每個斷面巷道頂底板垂直位移的監控量測。監控頻率為2次/h，若淺部圍巖單孔注漿或引流泄壓鉆孔1封堵過程中，頂底板垂直收斂超過1cm，則需要控制注漿壓力，調整注漿參數，確保注漿安全。
f.注漿效果綜合檢查
通過檢查孔和地球物理手段對注漿區段進行注漿效果檢驗，圈定注漿薄弱區空間范圍，確定薄弱帶補充注漿方案：采用
本發明的有益效果是：
1、引流鉆孔穿過淺部破碎圍巖，揭露深部完整巖層內的涌水通道或富水區，將承壓水引排，減小了涌水在鉆孔外淺層圍巖上的壓力及水量，為淺部慢滲注漿期間漿液的留存及凝固提供了有利條件。
2、淺部圍巖錨注，既可以起到初期的快速支護作用，讓圍巖的變形得到很好的控制，漿液溢出進入到錨孔中又可起到加固圍巖的作用。
3、巷道頂板變形監測與引流慢滲注漿控制工藝是相輔相成的，在監測數據中分析圍巖變形規律并動態指導施工，既能取得良好的堵水效果，又能保證頂板圍巖的穩定性和安全性。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
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