高压注浆封堵裂隙技术研究

２０１６年第４ｌ卷第１期　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．１　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ　ｉｓｓｎ　１６７２—９９４３．２０１６．Ｏ１．０２９　能源技术与管理　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　７５　高压注浆封堵裂隙技市研穷　石建丽　，李鹏２，３　（１．新密市煤炭学校，河南郑，Ｊｉ、　ｌ４５２３７０；２．煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁沈阳１１００１６；３．煤矿安全技术国家重点　实验室，辽宁沈阳１１００１６）　［摘要］　阐述了高压注浆封堵钻孔围岩裂隙的技术，以隔绝钻孔的封孔段与围岩裂隙的连　通，准确测定瓦斯压力的作用。着重分析了钻孔围岩裂隙性质、常用注浆材料的性　能、浆液渗透和流动规律，结合现场实际情况，分别施工两组对８个钻孔进行测试，　分别采用普通和高压注浆方法封堵钻孔，发现高压注浆钻孔测得的瓦斯压力更加　准确，证明了高压注浆对准确测定瓦斯压力效果良好。　［关键词］封堵裂隙；高压注浆；瓦斯压力　［中图分类号］ＴＤ７１２．６２［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２Ｏ１６）０１－００７５－０２　１　高压注浆封堵裂隙理论研究　１．１　注浆封孔的理论研究　顿流体在流动过程中能产生拉伸应力，而产生的　拉伸应力对流体流动过程却有非常重要的影响。　②介质在非稳定渗流过程中的贮浆系数与非牛顿　流体特性有关。　考虑一维平板非稳定渗流，根据质量守恒定　律有：　Ｏｏｃ　注浆就是在一定压力下，将一定的材料配　制成浆液，利用泵压将浆液充满岩石中的裂隙、孔　隙和空洞中去，浆液扩散、凝固、硬化以后，使岩石　＝５　Ｏｔ　（２）　的致密性增加，抗渗性提高，可以阻止裂隙水通过　裂隙，涌入瓦斯室内，提高瓦斯压力测定的准确　性。　式中：　为裂隙　点的流速，ｒｒｄｓ；ｐ为注浆渗　透压力，ＭＰａ；Ｘ为渗流中的某点位置，ｍ；　为时　间，ｓ。　岩石中的空隙以裂隙为主，这些裂隙也是在　瓦斯压力测定钻孑Ｌ中经常遇到的。岩石裂隙是一　由于岩体裂隙的张开度较小，而且一般水泥　浆的粘度较大。因此岩体注浆时，浆液在裂隙中的　渗流速度较小，所以可不考虑紊流的效果。　测压过程中，影响到测压结果的空隙主要是　个复杂的＿二维立体机构，他对注浆的难易和岩石　的裂面强度有很大影响。真实裂隙的隙壁时合时　分，有两个不可忽视的因素：一个是裂隙面的起　伏，即粗糙度；另一个是裂隙张开度。但天然裂隙　大多是不规则的，它的不规则特征对流体的渗流　位于煤层和封孔材料前端之间的岩层空隙，如图　１所示。若这一段得不到有效封堵，瓦斯室就会与　过程有着重要的影响。在牛顿流体渗流过程中，对　于不规则的裂隙影响，处理方法一般是把其不规　则的粗糙度对渗流过程的影响作为一个整体的修　正系数，代人平板光滑裂隙的渗透定律中修正原　有公式。　其形成连通，造成瓦斯的逸散，或者在很大程度上　增加瓦斯室的体积。大部分测压孑Ｌ由于钻孔较长，　穿过岩层距离较大，钻孔中的空隙要比短距离钻　孔多得多，这大大增加了瓦斯泄露的可能性或者　根据牛顿流体渗流过程的研究结果，在稳定　层流条件下可定义粗糙度的修正系数为：　瓦斯室的体积，所以能否有效封堵这些空隙，是孔　成功测压的关键。　＾一　：—．　——＿Ｉ—　（…　１）　图１　钻孔周围空隙分布　式中：　为粗糙度的修正系数；　为裂隙面突　起高度，ｃｍ；Ｄ　为裂隙张开度，ｃｍ。　由于非牛顿流体自身的特性，非牛顿流体表　１＿２高压注浆的操作流程　高压注浆的详细步骤：①高压注浆时要采用　注浆封孑Ｌ仪来封堵孔口，在第一次开孔完成后，采　现出不同于牛顿流体非稳定渗流的特点：①非牛　７６　石建丽，等高压注浆封堵裂隙技术研究　２０１６年２月　用（ｂ９０ｍｍ的钻头在孔口端扩孔２ｍ左右，用于　将注浆封孔仪放置到钻孔中，完毕后退出钻杆。②　将封孔仪送入孔口，通过手动试压水泵向胶囊注　水，水压一般为５　ＭＰａ（水压表量程为６　ＭＰａ）。③　通过预先做好的接头连接注浆管和封孔仪内的管　道，之后开始向钻孔中注水，至ｌ３～１５　ＭＰａ。其目　的是为了扩大钻孔周围的裂隙，增大后续注浆的　扩散范围。保持水压２～３　ｒａｉｎ，然后依顺序卸掉钻　孔中的水压和胶囊中的水压，并取出封孔仪。④在　封孑Ｌ仪管道的前端安装单项阀，之后重复步骤②，　同时开始拌制水灰质量比为２：１的水泥浆，连接　管路，开始注浆。依次序拌制水灰质量比为１．７５：　１，１．５：１，１．２５：１，１：１，０．７５：１的水泥浆，并分　别注入，直到注浆压力达到１Ｏ～１２　ＭＰａ为止。⑤关　闭连接头处的阀门，卸下注浆管，清洗注浆泵。⑥　在水泥浆未完全凝固前，取出封孔仪，清洗封孔仪　内的管道和单向阀。至此，高压注浆环节完成。高　压注浆示意图如图２所示。　图２高压注浆示意图　２高压注浆封堵裂隙技术现场应用　贵州某矿一采区２１煤需要做煤与瓦斯突出　危险性区域预测工作。２１煤顶板一般为砂质泥　岩、泥岩；底板一般为泥岩。以薄层为主，局部为　薄～厚煤层，该煤层属于较稳定的大部可采煤层。　层位稳定，厚度０．６１～２．８０　ｍ，平均厚度１．４９　ｍ，为　大部可采煤层。煤层结构较简单，有些许小构造，　一般含１层夹石，个别点不含夹石，一般夹矸厚度　在０．４０　ｎ＇ｌ以下。　２．１　高压注浆钻孔与普通注浆钻孑Ｌ布置　本次预测共布置２组８个钻孔，其中一组４　个钻孔布置在１　１５０５运输巷，钻号分别为２１—１、　２１—２、２１—３、２１—４，另外一组钻孔布置在１１５０３运　输巷，钻号分别为２ｌ一５、２１—６、２１—７、２１～８。每组测　压点分别布置２个普通注浆钻孔和２个高压注浆　钻孔进行对比，其中普通注浆封孑Ｌ钻号分别为　２１—１、２１—２、２１—５、２１—６，高压注浆进行封孔钻号　分别为２１—３、２１—４、２１—７、２１—８。具体钻孔布置如　图３所示　Ｆｅｂ．．２０１６　图３钻孔布置　２＿２瓦斯压力测定效果对比分析　钻孔参数与瓦斯压力观测数值如表１所示。　表１　钻孑Ｌ参数与瓦斯压力观测结果　从表１中８个钻孔瓦斯压力情况看，经过高　压注浆封孔的瓦斯压力达到０．３６～０．４１　ＭＰａ，并且　相对稳定，变化范围非常小。说明测得的是准确的　原始瓦斯压力，但是普通注浆封孔钻孔的瓦斯压　力为０．１—０．１８　ＭＰａ，且２ｌ一５钻孑Ｌ瓦斯压力并未变　化，说明了普通注浆不能够完全封堵裂隙，致使瓦　斯压力逸散而无法测到准确的原始瓦斯压力。　３结论　从理论上分析了高压注浆封堵裂隙的作用，　着重介绍了岩石裂隙对测压封孑Ｌ的影响，同时经　过现场实验，对实验数据进行对比得知高压注浆　能够完全封堵裂隙，高压注浆封孑Ｌ能够测出原始　的瓦斯压力，同时能够减少不必要的工作量，对矿　方掌握准确的压力数据有直接重要的作用。　［作者简介］　石建丽（１９８６一），女，硕士研究生，毕业于中国矿业大　学安全工程学院，现工作于新密市煤炭学校，从事煤矿安　全技术及安全教育培训工作。　收稿日期：２０１５－０９一Ｏ１］