一种应用于保水采煤的注浆封堵方法、注浆站及注浆系统与流程

本发明涉及保水采煤，尤其涉及一种应用于保水采煤的注浆封堵方法、注浆站及注浆系统。

背景技术：

1、现如今，在采煤过程中，普遍发现土层隔水层分布不是很稳定，局部很薄甚至缺失，即使在限高开采条件下，在土层很薄及缺失区，在高水头差作用下，第四系孔隙水仍可能发生较大漏失，造成局部第四系孔隙水水位的大幅下降。

2、因此，为了进一步保护具有供水意义的第四系孔隙水，亟需一种合理的保水采煤方案。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种应用于保水采煤的注浆封堵方法、注浆站及注浆系统，其解决了因采煤过程中保水层过薄或者局部缺失而造成局部第四系孔隙水水位的大幅下降的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种应用于保水采煤的注浆封堵方法，包括：

6、通过对采煤区域进行勘测，确定位于风化带内部的注浆封堵区域；

7、从地表朝向注浆封堵区域施工形成呈梅花式分布的多个注浆孔；

8、采用孔口封闭下行间歇式注浆工艺向注浆孔内注入注浆液，并实时调节包含注浆压力、注浆量以及浆液浓度的注浆参数以控制浆液扩散范围的大小，直至满足注浆结束标准停止注浆；

9、在所述注浆液凝固后，形成用于填补第四系孔隙水和风化裂隙水的垂向补给通道的人工隔水层。

10、可选地，从地表朝向注浆封堵区域施工形成呈梅花式分布的多个注浆孔包括：

11、从注浆封堵区的地表钻进至松散砂层和土层时，若钻孔不漏失，则利用钻孔本身造浆机能造浆钻进，若钻孔漏失，则利用泥浆充填护壁；

12、在钻进至风化带的顶层即风化基岩层时，采用低固相泥浆或清水进行钻进；

13、通过钻进作业形成呈梅花式分布的彼此间隔预设距离的多个注浆孔，相邻注浆孔形成止水帷幕；

14、对钻进作业得到的多个注浆孔冲洗，同时在钻进作业暂时中止之后和注浆孔未注浆之前对注浆孔均盖设有孔口盖。

15、可选地，从注浆封堵区的地表钻进至松散砂层和土层包括：

16、采用预先设置的钻头从地表开始进行钻进工作，在钻头钻进到下管深度后下入套管；

17、待套管下入到预定深度后，采用孔口加盖、带尾杆以及下入对应口径的止浆塞之中的任意一种方式进行固管；

18、对此时的钻孔压入清水置换出孔内泥浆，再进行压入单液水泥浆的操作，最后压入定量清水待套管外壁返出单液水泥浆，即可结束固管工作，养护设定时间之后转入下一工序。

19、可选地，采用孔口封闭下行间歇式注浆工艺向注浆孔内注入注浆液，并实时调节包含注浆压力、注浆量以及浆液浓度的注浆参数以控制浆液扩散范围的大小，直至满足注浆结束标准停止注浆包括：

20、采用预先配置的浆液和孔口封闭下行间歇式注浆工艺进行注浆工作；其中，浆液为单液水泥浆或包括粘土、水泥以及水玻璃的粘土水泥浆；

21、根据钻孔吸水量确定浆液的起始浓度和单液水泥浆的使用界限；

22、注入粘土水泥浆时，若注浆压力不升高且注浆量不减时，在浆液的起始浓度的基础上由稀到浓逐级调节注入浓度，变换浓度优先调高黏土浆浓度，其次调高水玻璃加量，再调高水泥加量；若注浆压力升高且注浆量减少时，在浆液的起始浓度的基础上由浓到稀逐级调节注入浓度，变换浓度优先调低黏土浆浓度，其次调低水玻璃加量，再调低水泥加量；

23、达到单液水泥浆的使用界限，注入单液水泥浆时，若注浆压力不升高且注浆量不减时，在浆液的起始浓度的基础上由稀到浓逐级调节注入浓度；若注浆压力升高且注浆量减少时，在浆液的起始浓度的基础上由浓到稀逐级调节注入浓度；

24、每变换一次浆液浓度，在该浆液浓度下维持60～120min的注入时间；

25、注浆起压等凝后，进行扫孔再注浆，若能吃浆还需继续注浆，然后再扫孔，如此反复，直至扫孔后不吃浆停止注浆；

26、测算注浆过程中包含注浆压力、注浆量以及浆液浓度的注浆参数，并实时调节注浆参数以控制浆液扩散范围的大小满足在30m以内，直至满足注浆结束标准停止注浆。

27、可选地，在进行注浆工作之前，还包括：

28、在注浆封堵区的预设范围内配置注浆站以及在注浆孔中埋设注浆管路；

29、对注浆管路进行超过设计最大压力1.5倍且至少维持15min的打压试验；

30、每次注浆前对注浆管路进行10～20min压水试验，获得包含含水层的渗透性、连通性以及裂隙的发育程度的水文地质参数，依据水文地质参数调整每一次的注浆参数，同时把裂隙中的松散充填物推到注浆范围之外。

31、可选地，在进行注浆工作之后，还包括：

32、每个注浆孔注浆完毕后，再次对注浆管路压入一定量的清水，把注浆管路中的浆液全部压入裂隙中；

33、在注浆站停泵后，关闭注浆孔对应的注浆管路的输浆阀门，让孔内浆液消散后，再开启注浆站的止浆装置。

34、可选地，注浆结束标准包括：

35、注浆终压需满足4.5～6.0mpa的设定终压值；

36、粘土水泥浆的注浆终量需满足q≤200l/min，单液水泥浆的注浆终量需满足q≤100l/min；

37、每一次注浆压力在设定范围内的持续时间不小于20min。

38、可选地，粘土水泥浆为cl-c型黏土水泥浆，cl-c型黏土水泥浆是以黏土浆为主要组分，掺加水泥和水玻璃配制而成的多相悬浮体，cl-c型黏土水泥浆中各种成分的体积百分比为：黏土浆90％～96％、水泥3％～6％，水玻璃1.5％～3％；

39、黏土为含高岭石、伊利石和蒙脱石的黏土矿物，黏土的塑性指数不小于10，粒径小于0.005mm的黏粒含量不低于25％，含砂量不大于3％，有机物含量不大于3％；

40、水泥为强度等级为42.5r的普通硅酸盐水泥，水泥细度不小于80μm，筛余量不大于5％；

41、水玻璃为以碳酸钠为原料生产的水玻璃，模数2.8～3.4，密度1.40kg/m3左右，浓度38～42°bé。

42、第二方面，本发明实施例提供一种注浆站，应用于如上所述的应用于保水采煤的注浆封堵方法，所述注浆站包括：水泥储存罐、螺旋输送上料设备、水箱、一次搅拌池、清水池、水玻璃计量池、二次搅拌池、吸浆管路、注浆泵以及输浆管路；

43、一次搅拌池用于接收来自水泥储存罐的水泥、来自螺旋输送上料设备的黏土浆以及来自水箱的水，并进行搅拌得到一次原浆；

44、二次搅拌池用于接收来自一次搅拌池的一次原浆、来自清水池的水以及来自水玻璃计量池从外置的水玻璃池调取并经计量的水玻璃，并进行搅拌得到粘土水泥浆；

45、注浆泵至少配置有三台，每一台注浆泵通过吸浆管路接收来自二次搅拌池的粘土水泥浆，并通过输浆管路将粘土水泥浆或将来自预设储浆池的单液水泥浆输送至相应的注浆孔。

46、第三方面，本发明实施例提供一种注浆系统，包括：制浆站、原浆池、储浆池、清水池、水玻璃池以及如上所述的注浆站；

47、制浆站设置在土场预设范围，制浆站包括黏土制浆机，黏土制浆机用于生产黏土原浆并存储至原浆池；

48、储浆池用于存储通过原浆池所储存的黏土原浆和清水池混合调配而成的黏土浆，并通过螺旋输送上料设备输送至一次搅拌池。

49、(三)有益效果

50、本发明的有益效果是：

51、本发明在采煤前，在土层很薄甚至缺失区通过钻孔注浆构建人工隔水层以减弱第四系孔隙水与下部风化裂隙水之间的水力联系，抑制第四系孔隙水向下的越流量，避免对地下水位造成太大影响。

52、同时，钻孔布置方式为梅花式，保障浆液覆盖范围的均匀性，结合不同的注浆方法，以及调节注浆压力、浆液的性能和注入量等参数，以便能达到注浆设计扩散半径，进而实现疏钻孔，高扩散的注浆效果。