專利名稱：一種變形止水器及采用該變形止水器的注漿封堵工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變形止水器及采用該變形止水器的注漿封堵工藝，屬于礦山、交通隧道、水利水電等水害防治領域。
背景技術：
煤礦井下水文觀測鉆孔、井下水源井或井下注漿鉆孔，一般都位于井下巷道或者專門的硐室內，由于沖擊地壓作用造成地層錯動，使止水套管斷裂，或套管絲扣加工質量差，套管連接不牢造成扣脫現象，斷裂或脫扣的套管被涌水壓力拔出鉆孔，引起鉆孔涌水。 鉆孔涌水由于處于高壓狀態(tài)，呈現壓力高、流量大特征。鉆孔涌水后往往難以治理，并給礦井造成一定威脅，不僅增加了礦井排水壓力，還影響到礦井的安全生產。對上述涌水鉆孔的注漿封堵，是根治鉆孔涌水威脅的必要手段。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種變形止水器及采用該變形止水器的注漿封堵工藝，是井下水文、水井或者注漿鉆孔因止水套管斷裂、脫扣等原因，被鉆孔內高壓涌水拔出后失效，形成鉆孔高壓大流量涌水。為通過采取注漿工藝對高壓大流量涌水鉆孔進行注漿封堵的工藝。以解決上述鉆孔涌水的威脅。該工藝主要包括變形止水器在涌水鉆孔內的止水工藝和止水后對涌水鉆孔的注漿封堵工藝。為實現上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現的一種變形止水器，包括一個內管，該內管與注漿管固定在一起；一個止水袋套在內管和注漿管的外面；注漿管通過注漿閥門與注漿膠管連接；內管的一頭與注漿鉆桿連接； 在注漿鉆桿上設置有鉆桿閥門及三通閥門；注漿鉆桿的另一頭設置有水接頭，水接頭上套有高壓膠管；該變形止水器工作時位于涌水鉆孔內，變形止水器的下端出口位于鉆孔止水
套管內。所述止水袋兩端封口，并通過鐵絲及止水膠條固定在內管和注漿管上。所述注漿鉆桿固定在鉆機液壓卡盤及給進器上。一種采用該變形止水器的注漿封堵工藝，該工藝包括以下步驟Stepl 在涌水鉆孔的巷道或者硐室內安裝鉆機；St印2 確定鉆孔內止水套管上口的位置；Step3 通過注漿管向止水袋內充氣，檢查止水袋是否由漏氣現象，充氣壓力達到 1. OMI^a無泄漏時，止水器質量合格；把質量合格的止水袋固定在內管上；乂印4:把變形止水器的內管連接在注漿鉆桿的底端，用鉆機液壓卡盤夾持注漿鉆桿，并用給進器把注漿鉆桿慢慢下入到涌水鉆孔內，直到變形止水器的下端出口進入到涌水鉆孔內的鉆孔止水套管內；保持三通閥門、鉆桿閥門和注漿閥門均處于完全打開狀態(tài)；St印6 用注水泵通過注漿膠管、注漿閥門及注漿管將速凝漿液灌注到止水袋內；St印7 觀察涌水鉆孔內和注漿鉆桿之間、鉆孔硐室?guī)r壁內是否有涌水出現，當不出現涌水且向止水袋內的注漿壓力達到0. 5MPa時，表明變形止水器在涌水鉆孔內止水合格，此時關閉變形止水器注漿閥門；若止水不合格，則要重新進行止水操作；StepS 變形止水器止水合格后，繼續(xù)用鉆機卡盤夾持注漿鉆桿不動，以保持變形止水器在涌水鉆孔內不動，候凝至少M小時，待其完全固結并具備一定強度后，進行下一步操作；乂印9:變形止水器候凝結束后，保持打開注漿鉆桿三通閥門泄水，在注漿鉆桿頂端連接水接頭和高壓膠管，高壓膠管和注漿泵連接；關閉注漿鉆桿上的三通閥門，由注漿泵通過高壓膠管、水接頭、注漿鉆桿、變形止水器內管向鉆孔止水套管內持續(xù)注入水泥漿液， 水泥漿液通過鉆孔止水套管進入到含水層中；SteplO 水泥漿液充填封閉含水層內的含導水裂隙，最終把鉆孔止水套管封堵住， 從而達到成功封堵涌水鉆孔的目的；待注漿壓力達到含水層水頭壓力的1.5倍時，停止注漿，關閉注漿鉆桿閥門；Stepll 打開注漿鉆桿三通閥門，用注漿泵通過高壓膠管、水接頭、注漿鉆桿和注漿鉆桿三通閥門內灌注清水，由注漿鉆桿三通閥門泄水，沖洗由上述部件組成的管路，沖洗干凈后停泵；Stepl2 注漿結束72小時后，把注漿鉆桿在鉆桿閥門以上部位卸開，鉆桿閥門及以下部分留在鉆孔內不再回收，整個涌水鉆孔注漿工藝操作完成。所述中，在涌水鉆孔的巷道或者硐室內采用埋設地錨或者液壓支柱固定的方式安裝帶有液壓卡盤和液壓給進器的坑道鉆機，使鉆機液壓卡盤及液壓給進器的軸線與鉆孔軸線位于同一條直線上。所述乂印2中，把與鉆孔孔徑匹配的硬質合金三翼無芯鉆頭接在鉆桿的下端，把硬質合金三翼無心鉆頭通過鉆桿下入涌水鉆孔內；當硬質合金三翼無芯鉆頭被阻擋不能繼續(xù)下探時，判斷是什么原因阻擋，若是孔內掉渣掉塊阻擋，則開動鉆機用硬質合金三翼無芯鉆頭掃孔，直到鉆頭接觸到孔內止水套管為止；若是孔內止水套管阻擋，則丈量自鉆頭底部到孔口之間鉆桿的長度，該長度就是涌水鉆孔內止水套管上口的位置深度。本發(fā)明技術要注意以下幾點(1)止水袋要使用密實不漏漿的布料制作，要求止水袋膨脹后，其直徑略大于涌水鉆孔直徑，止水袋長度在1. 5-2. Om之間。(2)變形止水器注漿管用6分的鋼管制作。(3)要求止水袋制作完后必須進行質量檢查，確保無泄漏。(4)變形止水器內管要用單根注漿鉆桿制作，與注漿鉆桿連接的一段的扣型與注漿鉆桿一致。(5)各絲扣連接處要求纏繞面紗，上絲扣油，并旋緊，不得出現絲扣連接處出現泄漏現象。(6)變形止水器在涌水鉆孔內止水后，必須保證涌水鉆孔內或者周圍巖壁不出現涌水現象，否則說明變形止水器止水效果不合格，要重新止水。(7)注入到止水袋內的速凝材料，要求其初凝到終凝時間控制在1-4小時之間，以保證止水操作的安全進行。保證變形，止水器止水失敗后能及時被提出涌水鉆孔，并再次進行止水操作。
(8) 一旦出現止水失敗現象，要及時打開變形止水器注漿閥門，把止水袋內的速凝漿液排出，同時慢慢回轉提升注漿鉆桿，把變形止水器提出鉆孔。分析止水失敗原因后再次進行止水操作。(9)速凝止水材料一般選用凝結后體積微膨脹的硫鋁酸鹽水泥，其漿液濃度一般控制在1.3-1.4kg/cm3左右。注漿前要做水泥配比和凝固實驗，選取適合止水需要的凝固時間段的配比參數。本發(fā)明的有益效果是較好地解決了井下高壓大流量涌水鉆孔因止水套管斷裂、 脫扣被鉆孔內高壓涌水拔出后，對涌水鉆孔進行封堵的難題，消除了因鉆孔涌水給礦井帶來的各種不利影響。


附圖1為本發(fā)明的變形止水器下入到涌水鉆孔內的操作工藝示意圖；附圖2為本發(fā)明的變形止水器止水成功后，通過鉆桿向鉆孔和含水層內注漿的原理示意圖；附圖3為鉆孔止水套管被拔出后，鉆孔涌水的示意圖。其中，1、鉆孔硐室，2、水接頭，3、高壓膠管，4、注漿鉆桿，5、鉆機液壓卡盤及給進器，6、注漿膠管，7、鉆桿閥門，8、注漿閥門，9、涌水鉆孔，10、鉆孔止水套管，11、含水層，12、 三通閥門，13、注漿管，14、內管，15、止水袋，16、速凝漿液，17、鉆孔涌水。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖3為鉆孔止水套管被拔出后，鉆孔涌水的示意圖。在圖1和圖2中，一種變形止水器，包括一個內管14，該內管14與注漿管13固定在一起；一個止水袋15套在內管14和注漿管13的外面；注漿管13通過注漿閥門8與注漿膠管6連接；內管14的一頭與注漿鉆桿4連接；在注漿鉆桿4上設置有鉆桿閥門7及三通閥門12 ；注漿鉆桿4的另一頭設置有水接頭2，水接頭2上套有高壓膠管3。止水袋15兩端封口，并通過鐵絲及止水膠條固定在內管14和注漿管13上。注漿鉆桿4固定在鉆機液壓卡盤及給進器上。該變形止水器工作時位于涌水鉆孔9內，變形止水器的下端出口位于鉆孔止水套管10內。其工藝步驟為(1)、鉆機安裝。首先在涌水鉆孔的巷道或者硐室內，安裝帶有液壓卡盤和液壓給進器的坑道鉆機，使鉆機液壓卡盤及液壓給進器的軸線與鉆孔軸線位于同一條直線上。鉆機采用埋設地錨或者液壓支柱固定，要求固定牢靠?，F場供電、供水必須滿足鉆探施工要求。并保持供應正常。(2)、鉆孔內止水套管上口位置的探查。把與鉆孔孔徑匹配的硬質合金三翼無芯鉆頭接在鉆桿的下端，把硬質合金三翼無心鉆頭通過鉆桿下入涌水鉆孔內。當硬質合金三翼無芯鉆頭被阻擋不能繼續(xù)下探時，判斷是什么原因阻擋，若是孔內掉渣掉塊阻擋，則開動鉆機用硬質合金三翼無芯鉆頭掃孔，直到鉆頭接觸到孔內止水套管為止。若是孔內止水套管阻擋，則丈量自鉆頭底部到孔口之間鉆桿的長度，該長度就是涌水鉆孔內止水套管上口的位置深度。(3)、制作變形式止水器。變形式止水器由變形止水器內管14、止水袋15 (由密實無泄漏的布料制作)、變形止水器注漿管13、變形止水器注漿閥門8等組成。首先把變形止水器注漿管13和變形止水器內管14用鐵絲捆綁在一起，然后把止水袋15套在變形止水器注漿管13和變形止水器內管14上，止水袋15兩端鎖口后用鐵絲和止水膠條捆綁在變形止水器注漿管13和變形止水器內管14上。要求止水袋15兩端捆綁處密封性好。變形止水器內管14兩端各預留約300mm長度。變形止水器制作完畢。(4)、變形止水器質量檢驗。變形止水器制作完后，通過變形止水器注漿管13向止水袋內充氣，檢查止水袋是否由漏氣現象，只有充氣充氣壓力達到1. OMI^a無泄漏時，止水器制作質量方為合格。檢驗合格后，把止水袋用棉線纏繞在變形止水器內管上，并能順利進入到涌水鉆孔9內。(5)、涌水鉆孔內下入變形止水器操作。把變形式止水器連接在注漿鉆桿4的底端，用鉆機液壓卡盤夾持注漿鉆桿4，并用鉆機給進器把注漿鉆桿4慢慢下入到涌水鉆孔9 內，直到變形式止水器的下端到達涌水鉆孔9內的鉆孔止水套管10的上管口處，并使變形止水器的下端出口進入到鉆孔止水套管10內。在涌水鉆孔孔口位置，分別在注漿鉆桿4上安裝注漿鉆桿三通閥門12和鉆桿閥門7，在變形止水器注漿管13和變形止水器注漿膠管6 之間連接變形止水器注漿閥門8。注漿鉆桿三通閥門12、鉆桿閥門7和變形止水器注漿閥門8均處于完全打開狀態(tài)。在把變形止水器下入到涌水鉆孔時，要保持注漿鉆桿4的暢通， 此時涌水鉆孔內有一部分涌水由注漿鉆桿4內排出，另一部分涌水從變形止水器和涌水鉆孔9之間的間隙排出。(6)、變形止水器的止水操作。用鉆機卡盤固定好注漿鉆桿4，把變形止水器堵在涌水鉆孔內9內的鉆孔止水套管10的上口處。用注漿泵分別通過變形止水器注漿膠管6、 變形止水器注漿閥門8和變形止水器注漿管13把速凝漿液灌注到止水袋15內。隨著速凝漿液的注入量的增加，止水袋15體積不斷增大，止水袋15注漿和涌水鉆孔9孔壁接觸，直到緊緊地壓在涌水鉆孔9的孔壁上。由于止水袋15由密實的布料制作，止水袋15會適應涌水鉆孔9內壁的形狀并緊緊地與涌水鉆孔9內壁結合，達到完全止水的目的。另外止水袋15下端進入到鉆孔止水套管10內的目的也是在鉆孔止水套管10的上口處止水。觀察涌水鉆孔9內和注漿鉆桿4之間、鉆孔硐室?guī)r壁內是否還有涌水出現，當不出現涌水且向止水袋15內的注漿壓力達到0. 5-1. OMPa時，表明變形止水器在涌水鉆孔9內止水合格，此時關閉變形止水器注漿閥門8。若止水不合格，則要重新進行止水操作。(7)、速凝止水材料的候凝。變形止水器止水合格后，要繼續(xù)用鉆機卡盤夾持注漿鉆桿4不動，以保持變形止水器在涌水鉆孔9內不動，候凝至少M小時，待其完全固結并具備一定強度后，方可進行下一步操作。(8)、涌水鉆孔內的注漿操作。變形止水器候凝結束后，保持打開注漿鉆桿三通閥門12泄水，在注漿鉆桿4頂端連接水接頭2和高壓膠管3，高壓膠管3和注漿泵連接。連接好后，關閉注漿鉆桿三通閥門12。由注漿泵分別通過高壓膠管3、水接頭2、注漿鉆桿4、變形止水器內管14向鉆孔止水套管10內持續(xù)注入水泥漿液，水泥漿液通過鉆孔止水套管10 進入到含水層11中，充填封閉含水層11內的含導水裂隙，最終把鉆孔止水套管10封堵住， 從而達到成功封堵涌水鉆孔9的目的。待注漿壓力達到含水層11水頭壓力的1. 5倍時，停止注漿，關閉注漿鉆桿閥門7。(9)、關閉注漿鉆桿閥門7后，打開注漿鉆桿三通閥門12，用注漿泵向高壓膠管3、 水接頭2、注漿鉆桿4和注漿鉆桿三通閥門12內灌注清水，由注漿鉆桿三通閥門12泄水，沖洗由上述部件組成的管路，沖洗干凈后停泵。(10)、注漿結束72小時后，把注漿鉆桿4在注漿鉆桿閥門7以上部位卸開，注漿鉆桿閥門7及以下部分留在鉆孔內不再回收。整個涌水鉆孔注漿工藝操作完成。2009年8月21日，查莊煤礦井下奧陶系灰?guī)r水文觀測孔(奧幻發(fā)生套管脫落，鉆孔涌水現象，鉆孔涌水量為76m3/h。情況為該孔位于8505面，因為套管絲扣被腐蝕，而且上部止水套管封固不牢，造成距奧陶系灰?guī)r觀測孔孔口 7m處出現脫扣現象，在水頭壓力為 3. OMPa的奧陶系灰?guī)r水的作用下，脫扣部位以上套管被水頂出，形成鉆孔涌水，鉆孔硐室內巖壁也有淋水現象，鉆孔涌水量為76m3/h。涌水沿巷道蔓延，嚴重影響了行人運輸，并給工作面的排水增加了壓力。經研究決定注漿封閉該鉆孔。封閉時，采用了變形止水器在涌水鉆孔內止水套管上口處止水，然后經過鉆桿向鉆孔內注漿，達到了注漿封堵該鉆孔的目的。
權利要求
1.一種變形止水器，其特征在于包括一個內管，該內管與注漿管固定在一起；一個止水袋套在內管和注漿管的外面；注漿管通過注漿閥門與注漿膠管連接；內管的一頭與注漿鉆桿連接；在注漿鉆桿上設置有鉆桿閥門及三通閥門；注漿鉆桿的另一頭設置有水接頭， 水接頭上套有高壓膠管；該變形止水器工作時位于涌水鉆孔內，變形止水器的下端出口位于鉆孔止水套管內。
2.根據權利要求1所述的一種變形止水器，其特征在于所述止水袋兩端封口，并通過鐵絲及止水膠條固定在內管和注漿管上。
3.根據權利要求1所述的一種變形止水器，其特征在于所述注漿鉆桿固定在鉆機液壓卡盤及給進器上。
4.一種采用該變形止水器的注漿封堵工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟 Stepl 在涌水鉆孔的巷道或者硐室內安裝鉆機；St印2 確定鉆孔內止水套管上口的位置；從印3:通過注漿管向止水袋內充氣，檢查止水袋是否由漏氣現象，充氣壓力達到 1. OMPa無泄漏時，止水器質量合格；把質量合格的止水袋固定在內管上；把變形止水器的內管連接在注漿鉆桿的底端，用鉆機液壓卡盤夾持注漿鉆桿， 并用給進器把注漿鉆桿慢慢下入到涌水鉆孔內，直到變形止水器的下端出口進入到涌水鉆孔內的鉆孔止水套管內；保持三通閥門、鉆桿閥門和注漿閥門均處于完全打開狀態(tài)； St印6 用注水泵通過注漿膠管、注漿閥門及注漿管將速凝漿液灌注到止水袋內； St印7 觀察涌水鉆孔內和注漿鉆桿之間、鉆孔硐室?guī)r壁內是否有涌水出現，當不出現涌水且向止水袋內的注漿壓力達到0. 5MPa時，表明變形止水器在涌水鉆孔內止水合格，此時關閉變形止水器注漿閥門；若止水不合格，則要重新進行止水操作；StepS 變形止水器止水合格后，繼續(xù)用鉆機卡盤夾持注漿鉆桿不動，以保持變形止水器在涌水鉆孔內不動，候凝至少M小時，待其完全固結并具備一定強度后，進行下一步操作；Mep9 變形止水器候凝結束后，保持打開注漿鉆桿三通閥門泄水，在注漿鉆桿頂端連接水接頭和高壓膠管，高壓膠管和注漿泵連接；關閉注漿鉆桿上的三通閥門，由注漿泵通過高壓膠管、水接頭、注漿鉆桿、變形止水器內管向鉆孔止水套管內持續(xù)注入水泥漿液，水泥漿液通過鉆孔止水套管進入到含水層中；SteplO 水泥漿液充填封閉含水層內的含導水裂隙，最終把鉆孔止水套管封堵住，從而達到成功封堵涌水鉆孔的目的；待注漿壓力達到含水層水頭壓力的1.5倍時，停止注漿，關閉注漿鉆桿閥門；Stepll 打開注漿鉆桿三通閥門，用注漿泵通過高壓膠管、水接頭、注漿鉆桿和注漿鉆桿三通閥門內灌注清水，由注漿鉆桿三通閥門泄水，沖洗由上述部件組成的管路，沖洗干凈后停泵；St印12:注漿結束72小時后，把注漿鉆桿在鉆桿閥門以上部位卸開，鉆桿閥門及以下部分留在鉆孔內不再回收，整個涌水鉆孔注漿工藝操作完成。
5.根據權利要求4所述的一種采用該變形止水器的注漿封堵工藝，其特征在于 所述中，在涌水鉆孔的巷道或者硐室內采用埋設地錨或者液壓支柱固定的方式安裝帶有液壓卡盤和液壓給進器的坑道鉆機，使鉆機液壓卡盤及液壓給進器的軸線與鉆孔軸線位于同一條直線上。
6.根據權利要求4所述的一種采用該變形止水器的注漿封堵工藝，其特征在于 所述Mep2中，把與鉆孔孔徑匹配的硬質合金三翼無芯鉆頭接在鉆桿的下端，把硬質合金三翼無心鉆頭通過鉆桿下入涌水鉆孔內；當硬質合金三翼無芯鉆頭被阻擋不能繼續(xù)下探時，判斷是什么原因阻擋，若是孔內掉渣掉塊阻擋，則開動鉆機用硬質合金三翼無芯鉆頭掃孔，直到鉆頭接觸到孔內止水套管為止；若是孔內止水套管阻擋，則丈量自鉆頭底部到孔口之間鉆桿的長度，該長度就是涌水鉆孔內止水套管上口的位置深度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變形止水器及采用該變形止水器的注漿封堵工藝，該變形止水器包括-個內管，該內管與注漿管固定在-起；-個止水袋套在內管和注漿管的外面；注漿管通過注漿閥門與注漿膠管連接；內管的-頭與注漿鉆桿連接；在注漿鉆桿上設置有鉆桿閥門及三通閥門；注漿鉆桿的另一頭設置有水接頭，水接頭上套有高壓膠管。該工藝主要包括變形止水器在涌水鉆孔內的止水工藝和止水后對涌水鉆孔的注漿封堵工藝，較好地解決了井下高壓大流量涌水鉆孔因止水套管斷裂、脫扣被鉆孔內高壓涌水拔出后，對涌水鉆孔進行封堵的難題，消除了因鉆孔涌水給礦井帶來的各種不利影響。
文檔編號E21B33/13GK102561992SQ20121002042
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權日2012年1月29日
發(fā)明者張慶松, 張霄, 李術才, 李紅偉, 楊騰, 林春金, 潘光明 申請人:山東大學