本發(fā)明涉及一種立井凍結(jié)法施工中的凍結(jié)孔側(cè)壁含導(dǎo)水通道的探查與注漿封堵方法，屬于礦山安全建設(shè)及井筒壁后含導(dǎo)水通道注漿治理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

西部地區(qū)礦井井筒建設(shè)具有直徑大、沖積層淺、含水層多等特性，且含水層多為孔隙裂隙含水層，漿液擴(kuò)散難，預(yù)注漿效果差，因此多采用凍結(jié)法對(duì)井筒進(jìn)行施工。凍結(jié)法鑿井是在井筒開(kāi)挖之前，首先在欲開(kāi)挖井筒的周?chē)蛞欢〝?shù)量的凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器，低溫鹽水在凍結(jié)器中流動(dòng)，吸收其周?chē)貙拥臒崃浚谒缮?、含水不穩(wěn)定地層中形成凍結(jié)圓柱，凍結(jié)圓柱逐漸擴(kuò)大并連接成封閉的、滿足設(shè)計(jì)厚度和強(qiáng)度的圓筒凍結(jié)壁，以抵抗土、水壓力，隔絕地下水和井筒的聯(lián)系，并在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行井筒掘砌，以便安全穿過(guò)含水地層，是一種特殊的鑿井方法。礦井井筒凍結(jié)施工完成凍結(jié)壁解凍后，由于凍結(jié)深度大，凍結(jié)管不易拔出，現(xiàn)場(chǎng)施工中凍結(jié)管往往留存在凍結(jié)孔中，且部分凍結(jié)孔與凍結(jié)管之間的“環(huán)形空間”封閉不良。然而，凍結(jié)地層中富水性一般較好，如我國(guó)西部地區(qū)侏羅紀(jì)礦區(qū)主采煤層上部發(fā)育有厚層富水的直羅組含水層及志丹群含水層組，若含水層之間的“環(huán)形空間”封閉不良，將成為含水層地下水相互連通的通道，多個(gè)含水層將連為一體，原來(lái)的隔水層失去隔水作用。在工作面回采期間，凍結(jié)孔的垂向?qū)饔茫菇咏乇?、易受地表水補(bǔ)給的含水層成為礦井水害主要水源，原本補(bǔ)給條件很差的深部煤系地層含水層得到一個(gè)較為充分的補(bǔ)給源，極易造成井筒出水、井壁和井下構(gòu)筑物破壞，將長(zhǎng)期威脅凍結(jié)法施工礦井的安全。

實(shí)踐表明，注漿封堵是預(yù)防凍結(jié)孔“環(huán)形空間”發(fā)生水力傳導(dǎo)作用的有效且重要的技術(shù)方法，注漿可以在地下有效地封堵凍結(jié)孔與凍結(jié)管之間的導(dǎo)水通道，阻斷含水層之間的水力聯(lián)系。然而，目前井筒注漿技術(shù)主要是針對(duì)井筒壁后注漿，注漿目的是為了封堵井壁與圍巖之間的通道，防治地下水滲入到井筒內(nèi)，腐蝕井筒結(jié)構(gòu)，造成井筒淋水及涌水，注漿方法和注漿工藝比較成熟。然而，凍結(jié)孔和凍結(jié)管之間的環(huán)形空間的注漿封堵要復(fù)雜得多，涉及到鉆孔的精細(xì)探查和精確定位、注漿施工平臺(tái)的構(gòu)建、注漿安全控制及注漿效果評(píng)判等系統(tǒng)工藝工法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是立井井筒凍結(jié)法施工過(guò)程中凍結(jié)孔中孔壁與凍結(jié)管間的“環(huán)形空間”可能導(dǎo)通地層含水層對(duì)煤礦安全開(kāi)采帶來(lái)危險(xiǎn)的問(wèn)題，提供一種礦山立井井筒凍結(jié)孔隱伏突水通道綜合注漿治理方法，采用該工法實(shí)施后，通過(guò)對(duì)礦山井筒凍結(jié)孔中的“環(huán)形空間”有效封堵，解決了不同含水層間地下水以“環(huán)形空間”為通道發(fā)生水力聯(lián)系、進(jìn)而增大工作面涌水量，增大煤炭資源開(kāi)采安全隱患及排水費(fèi)用的難題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

立井井筒凍結(jié)孔內(nèi)隱蔽導(dǎo)水通道綜合處治方法，包括以下步驟：

a.開(kāi)展凍結(jié)孔封閉質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，分析凍結(jié)孔“環(huán)形空間”隱伏致災(zāi)通道范圍及其危險(xiǎn)程度：系統(tǒng)搜集凍結(jié)孔基本信息及“環(huán)形空間”封閉資料，確定每個(gè)鉆孔凍結(jié)孔“環(huán)形空間”未封閉段范圍。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》計(jì)算煤層開(kāi)采頂板冒裂帶高度，對(duì)比頂板冒裂帶范圍、凍結(jié)孔“環(huán)形空間”未封閉段與開(kāi)采煤層頂板第一個(gè)穩(wěn)定含水層(組)空間位置關(guān)系，評(píng)價(jià)“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道危險(xiǎn)性。

b.系統(tǒng)研究“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道區(qū)段內(nèi)巖性組合特征，確定注漿治理區(qū)間：利用沉積學(xué)方法，結(jié)合鉆孔巖心資料和物探資料，分析“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道區(qū)段內(nèi)含水層與隔水層組合關(guān)系及組合特征，確定合理的注漿封堵施工區(qū)段。

c.凍結(jié)孔“環(huán)形空間”的探查與注漿治理區(qū)域精確定位：利用孔斜資料，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)等物探手段，確定治理區(qū)段內(nèi)鉆孔垂向上延伸方向變化，精確控制鉆孔在深度上的形態(tài)變化，確定注漿實(shí)施空間內(nèi)“環(huán)形空間”未封閉段位置。

d.工程方案設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)優(yōu)化：制定詳細(xì)的工程治理方案，工程方案主要針對(duì)以下三個(gè)方面：一是注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)和施工；二是要制定詳細(xì)可靠的注漿方案；三是注漿效果檢驗(yàn)級(jí)補(bǔ)充注漿方法。

e.注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及構(gòu)筑：為便利施工和運(yùn)輸，注漿施工平臺(tái)可在井筒現(xiàn)有提升裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改造得到。

f.隱蔽導(dǎo)水通道綜合處治方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化及全過(guò)程控制施工：根據(jù)前述的精細(xì)化探查結(jié)果，確定了注漿治理區(qū)間，據(jù)此設(shè)計(jì)隱蔽導(dǎo)水通道綜合處治方案。綜合處治方案包括注漿鉆孔設(shè)計(jì)與施工、注漿實(shí)施方案兩部分。

g.注漿效果綜合評(píng)判：綜合運(yùn)用注漿過(guò)程綜合分析法及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法開(kāi)展注漿效果評(píng)價(jià)工作。

h.局部補(bǔ)充注漿實(shí)施：緊跟注漿效果檢查進(jìn)程，針對(duì)涌水量大或者含水性較大的區(qū)域在靠近原來(lái)注漿孔的附近鉆設(shè)新注漿孔實(shí)施補(bǔ)充注漿工程。

上述治理方法具體包括內(nèi)容：

a.開(kāi)展凍結(jié)孔封閉質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，分析凍結(jié)孔“環(huán)形空間”隱伏致災(zāi)通道范圍及其危險(xiǎn)程度

統(tǒng)計(jì)凍結(jié)鉆孔基本信息及凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉資料。所述的凍結(jié)孔基本信息包括孔號(hào)、孔口坐標(biāo)、鉆孔深度、終孔層位及鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)。所述的凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉資料包括鉆孔封閉段的起始深度、終止深度、封閉材料及其用量。根據(jù)凍結(jié)孔基本信息及“環(huán)形空間”封閉資料，分析各凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉情況，確定未封閉范圍。所述的未封閉范圍指沒(méi)有封閉材料充填的區(qū)段。統(tǒng)計(jì)井田內(nèi)地質(zhì)鉆孔揭露的預(yù)開(kāi)采煤層厚度并計(jì)算其平均厚度，根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》中的計(jì)算公式計(jì)算煤層開(kāi)采頂板冒裂帶高度及范圍。對(duì)比頂板冒裂帶范圍、凍結(jié)孔“環(huán)形空間”未封閉段與開(kāi)采煤層頂板第一個(gè)穩(wěn)定含水層（組）空間位置關(guān)系，評(píng)價(jià)“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道危險(xiǎn)性。所述的第一個(gè)穩(wěn)定含水層（組）是指預(yù)開(kāi)采煤層上部第一個(gè)發(fā)育范圍完全覆蓋了煤層開(kāi)采區(qū)域，且富水性中等~好的含水層（組）。若頂板冒裂帶范圍和“環(huán)形空間”未封閉段空間上無(wú)疊合區(qū)，則未封閉段不具有導(dǎo)水危險(xiǎn)性；若兩者有空間疊合，且第一個(gè)穩(wěn)定含水層（組）部分或全部處在疊合區(qū)內(nèi)，則“環(huán)形空間”未封閉段具有導(dǎo)水危險(xiǎn)性，威脅到煤層的安全開(kāi)采。匯總所有凍結(jié)孔封閉資料，確定凍結(jié)孔“環(huán)形空間”隱伏致災(zāi)通道范圍。

b.系統(tǒng)研究“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道區(qū)段內(nèi)巖性組合特征，確定注漿治理區(qū)間

“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道無(wú)需全部注漿封堵，只需要選擇合適位置實(shí)施注漿封堵工程，通過(guò)充填在通道內(nèi)的漿液阻隔不同含水層間的水力聯(lián)系通道即可。根據(jù)井筒附近地質(zhì)勘探鉆孔資料，分析開(kāi)采煤層上覆巖層的巖性組合特征。所述的巖性組合關(guān)系指含水層（細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖及石灰?guī)r）與隔水層（泥巖、頁(yè)巖）之間的交替發(fā)育特征及巖層厚度分布規(guī)律。重點(diǎn)分析“環(huán)形空間”隱蔽導(dǎo)水通道區(qū)段內(nèi)的煤層上部第一個(gè)穩(wěn)定含水層（組）與第二個(gè)穩(wěn)定含水層（組）之間的隔水層巖性、厚度及空間位置。所述的隔水層巖性一般為泥巖或頁(yè)巖，即為注漿封堵工程施工區(qū)段。注漿期間，所有的注漿鉆孔均在該隔水層內(nèi)部施工。

c.凍結(jié)孔“環(huán)形空間”的探查與注漿治理區(qū)域精確定位

統(tǒng)計(jì)每個(gè)鉆孔在深度上的測(cè)斜資料，分析鉆孔隨深度變化過(guò)程中的頂角和方位角變化情況，掌握每個(gè)鉆孔沿深度上的軌跡形態(tài)，繪制鉆孔軌跡平面圖及剖面圖。特別是繪制注漿區(qū)段內(nèi)鉆孔軌跡圖。必要時(shí)綜合運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)等地球物理探查手段，精確定位凍結(jié)孔“環(huán)形空間”位置，為下一步注漿鉆孔設(shè)計(jì)與施工奠定基礎(chǔ)。

d.工程方案設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)優(yōu)化

根據(jù)前期探查結(jié)果，制定詳細(xì)的注漿方案。針對(duì)井筒內(nèi)施工空間條件限制，工程方案重點(diǎn)包括以下三個(gè)方面：一是注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)和施工，保障施工的安全進(jìn)行。二是要制定詳細(xì)可靠的注漿方案，所述的注漿方案由注漿鉆孔參數(shù)及注漿關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)組成；所述的注漿鉆孔參數(shù)包括鉆孔布置方式、鉆孔深度、鉆孔數(shù)量、鉆孔施工序列；所述的注漿關(guān)鍵參數(shù)包括注漿段長(zhǎng)、注漿材料、漿液配比、注漿量及注漿壓力以及注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。三是注漿效果檢驗(yàn)級(jí)補(bǔ)充注漿方法，所述的注漿效果檢驗(yàn)方法是指利用壓水試驗(yàn)或地球物理探查的方法進(jìn)行注漿效果檢驗(yàn)，若注漿效果不好，則需要進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

e.注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及構(gòu)筑

為便利施工和運(yùn)輸，注漿施工平臺(tái)可在井筒現(xiàn)有提升裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。以箕斗為固定平臺(tái)，通過(guò)連接扣和連接銷(xiāo)與翻折平臺(tái)相連。所述的翻折平臺(tái)由槽鋼和網(wǎng)紋花板組成，其中槽鋼通過(guò)焊接成為平臺(tái)骨架，網(wǎng)紋花板平鋪在槽鋼上面。所述的連接扣由鋼板制成。箕斗兩側(cè)副盤(pán)及翻折平臺(tái)底部分別焊接無(wú)縫鋼管1，所述的無(wú)縫鋼管1內(nèi)穿一根直徑更小的無(wú)縫鋼管2并延伸至井壁作為副盤(pán)骨架，骨架上固定厚木板條作為延伸平臺(tái)。安裝結(jié)束后，拆除防墜安全繩，將平臺(tái)收起固定牢固，進(jìn)行提升試驗(yàn)，看平臺(tái)是否滿足施工要求，運(yùn)行是否通暢。若通暢，完成施工平臺(tái)的安裝并進(jìn)行下一步工序；否則對(duì)施工平臺(tái)作進(jìn)一步調(diào)整。

f.隱蔽導(dǎo)水通道綜合處治方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化及全過(guò)程控制施工

根據(jù)前述的精細(xì)化探查結(jié)果，確定了注漿治理區(qū)間，據(jù)此設(shè)計(jì)隱蔽導(dǎo)水通道綜合處治方案。所述的綜合處治方案包括注漿鉆孔設(shè)計(jì)與施工以及注漿施工方案。所述的注漿鉆孔設(shè)計(jì)與施工包括注漿鉆孔布置方式、注漿鉆孔方位與注漿孔深控制以及鉆孔施工及注漿順序。所述的注漿孔布置方式要綜合考慮凍結(jié)孔方位以及井筒內(nèi)電纜及管路的位置，根據(jù)鉆孔的精確定位，確定布孔形式，鉆孔參數(shù)以施工順序。所述的布孔形式為梅花狀布孔。所述的鉆孔參數(shù)包括鉆孔方位和孔深。所述的鉆孔方位角需要根據(jù)不同深度的凍結(jié)孔測(cè)斜資料計(jì)算。所述的注漿孔深度設(shè)計(jì)值需保證孔深達(dá)到凍結(jié)孔中心點(diǎn)。

所述的鉆孔施工順序采用分序次方式交錯(cuò)施工，按照序次依次施工和注漿，充分利用任意相鄰的兩個(gè)鉆孔注漿有效擴(kuò)散范圍產(chǎn)生的重疊以確保注漿效果，同時(shí)可以避免同一斷面鉆孔布置太密，造成后續(xù)施工困難及井壁破壞

所述的注漿實(shí)施方案包括注漿材料選擇及其配比、注漿壓力、注漿過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)、注漿方法及注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。所述的注漿材料為兩種注漿材料，其中以p.042.5普通硅酸鹽水泥單液漿為主，水泥—水玻璃雙液漿為輔。其中單液水泥漿水灰比（水與p.042.5普通硅酸鹽水泥質(zhì)量比）為1：1，調(diào)節(jié)范圍0.7:1～1.3:1；水玻璃采用模數(shù)m=3.0，濃度在40be液體水玻璃；水泥—水玻璃雙液漿漿體積配比為1:1。所述的注漿壓力設(shè)計(jì)為靜水壓力+0.8~1.5mpa。所述的注漿過(guò)程控制主要是指對(duì)注漿壓力的控制和注漿材料配比的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，具體標(biāo)準(zhǔn)為：注漿初壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+0.8mpa，注漿正常壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+1.2mpa，注漿終壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+1.5mpa。所述的注漿材料配比動(dòng)態(tài)控制過(guò)程是指漿液濃度的調(diào)控；濃度變更原則為：注漿過(guò)程中，水泥單液漿濃度首先控制在初始設(shè)計(jì)濃度（即水灰比為1:1），然后根據(jù)注漿過(guò)程動(dòng)態(tài)調(diào)整漿液濃度。所述的注漿過(guò)程包括四種工況。工況a：采用某一濃度漿液注漿時(shí)，吸漿量隨注漿過(guò)程的延續(xù)而逐漸變小，壓力逐漸升高，表明注漿過(guò)程正常，不需要改變漿液濃度；工況b：采用某一濃度注漿持續(xù)了20min-30min或注入300l-600l漿液之后，注漿壓力和吸漿量均無(wú)變化，或變化很小時(shí)，漿液應(yīng)加濃一級(jí)（水灰比提高0.1）；工況c：改變水泥單液漿濃度后，若注漿壓力突然升高或注漿量突然減小，應(yīng)將水泥單液漿濃度調(diào)節(jié)回原來(lái)值；工況d：遇到冒漿或大的含導(dǎo)水通道時(shí)，越級(jí)加濃漿液（水灰比一次性提高0.2），或在水泥單液漿中添加速凝劑。

所述的注漿方法為單雙液交替注漿，同一注漿段采用間歇式注漿工藝。所述間歇式注漿法工藝是：第一次注入漿液凝固24h后，掃孔至上一次注漿層位孔底0.5m后再次注漿，如此反復(fù)注漿不少于三次，直到注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。所述的注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：水泥漿達(dá)到設(shè)計(jì)終壓以后，吸漿量降低到50-60l/min，需穩(wěn)定30min；水泥—水玻璃雙液注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，雙液漿的總吸漿量降低到100l-200l/min，需穩(wěn)定30min；至孔口管內(nèi)漿液凝固。

g.注漿效果綜合評(píng)判

綜合運(yùn)用注漿過(guò)程綜合分析法及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法評(píng)價(jià)注漿效果。所述的注漿過(guò)程綜合分析法是分析每個(gè)注漿孔的注漿量分布特征，結(jié)合注漿孔揭露的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)可能存在的注漿薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析評(píng)判，定性評(píng)價(jià)注漿效果。所述的注漿量分布特依據(jù)注漿過(guò)程的p-q-t曲線確定，為熟知工藝，不再贅述。

所述的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法是針對(duì)每個(gè)凍結(jié)孔環(huán)形空間縱向上每隔一定距離施工一個(gè)檢查孔，所述的檢查孔施工深度達(dá)到環(huán)形空間位置。通過(guò)檢查孔觀察孔內(nèi)涌水情況，并進(jìn)行涌水量換算，根據(jù)涌水量大小確定是否需要進(jìn)行補(bǔ)充注漿。對(duì)于確定的之間薄弱環(huán)節(jié)，必須施工檢查孔驗(yàn)證注漿效果，并開(kāi)展補(bǔ)充注漿工作。注漿效果檢查孔的施工要求與注漿鉆孔一致。

h.局部補(bǔ)充注漿實(shí)施

緊跟注漿效果檢查進(jìn)程，針對(duì)涌水量大或者含水性較大的區(qū)域在緊隨原來(lái)注漿孔的附近鉆設(shè)新注漿孔實(shí)施補(bǔ)充注漿工程。利用已施工的檢查孔開(kāi)展補(bǔ)充注漿工程。注漿材料與注漿工藝與聯(lián)合注漿階段相同，注漿終壓調(diào)整為聯(lián)合注漿工程注漿終壓的1.5倍。

本發(fā)明的有益效果是：采用該工法，基于凍結(jié)孔測(cè)斜資料的全面分析，可以掌握每一個(gè)凍結(jié)孔施工跡線，結(jié)合相關(guān)地球物理探測(cè)方法，能夠精確定位凍結(jié)孔的空間位置，為下一步注漿方案的編制和施工作業(yè)提供依據(jù)；本工法提出的注漿過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)和安全控制標(biāo)準(zhǔn)，提高了注漿作業(yè)的全程質(zhì)量保證，節(jié)省工程成本的同時(shí)提高了凍結(jié)孔“環(huán)形空間”的封堵效率，確保了井筒圍巖穩(wěn)定；在該工法的指導(dǎo)下，能夠?qū)ΦV山立井井筒外圍凍結(jié)孔內(nèi)的“環(huán)形空間”進(jìn)行有效的探查、定位和封堵，能夠杜絕不同含水層的地下水以“環(huán)形空間”為通道發(fā)生水力聯(lián)系、增大掘進(jìn)工作面涌水量等煤炭資源開(kāi)采的安全隱患。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的施工工藝流程方框圖；

圖2凍結(jié)孔“環(huán)形空間”注漿區(qū)間選擇示意圖；

圖3注漿施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；

圖4實(shí)施例凍結(jié)孔分布和注漿鉆孔設(shè)計(jì)平面圖；

圖5實(shí)施例注漿鉆孔布置展開(kāi)圖；

圖中，1凍結(jié)孔、2凍結(jié)管、3未封閉段、4止水封閉段、5預(yù)開(kāi)采煤層、6第一個(gè)穩(wěn)定含水層(組)、7第二個(gè)穩(wěn)定含水層(組)、8隔水層、9工作面、10冒裂帶范圍、11井筒、12箕斗、13連接扣、14連接銷(xiāo)、15翻折平臺(tái)、16工字鋼、17網(wǎng)紋花板、18第一無(wú)縫鋼管、19第二無(wú)縫鋼管、20厚木板條、20-1ⅰ序注漿孔、20-2ⅱ序注漿孔、20-3ⅲ序注漿孔、21凍結(jié)孔、22注漿孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本說(shuō)明書(shū)所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田某煤礦主井采用凍結(jié)法施工，施工完成后凍結(jié)孔2與孔壁1之間空間未完全充填，為防止環(huán)形空間形成導(dǎo)水通道，增大煤炭資源開(kāi)采時(shí)工作面涌水量，針對(duì)環(huán)形空間未封閉段進(jìn)行了注漿封堵。在本發(fā)明的技術(shù)方法指導(dǎo)下，取得了良好的封堵效果。具體技術(shù)方案如下所示。

a.開(kāi)展凍結(jié)孔封閉質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，分析凍結(jié)孔“環(huán)形空間”隱伏致災(zāi)通道范圍及其危險(xiǎn)程度

該礦主井凍結(jié)孔21共計(jì)44個(gè)，統(tǒng)計(jì)44個(gè)凍結(jié)孔基本信息及凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉資料，分別列于表內(nèi)。其中基本信息表包括孔號(hào)、孔口坐標(biāo)、鉆孔深度、終孔層位及鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)；凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉資料包括鉆孔封閉段的起始深度、終止深度、封閉材料及其用量。根據(jù)凍結(jié)孔21基本信息及“環(huán)形空間”封閉資料，分析各凍結(jié)孔“環(huán)形空間”封閉情況，發(fā)現(xiàn)各凍結(jié)孔僅封閉了自孔底以上200m的“環(huán)形空間”，主采煤層2煤頂板直羅組含水層及其以上地層均未封閉。2煤層5平均厚度為6.29m，與上覆第一個(gè)穩(wěn)定含水層（組）6直羅組砂巖含水層距離平均為18.09m。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》中的計(jì)算公式計(jì)算2煤層開(kāi)采頂板冒裂帶高度為50.71m。由于2煤層5與上部直羅組含水層6間距平均為30.52m，因此2煤層5開(kāi)采時(shí)形成的導(dǎo)水裂縫帶已發(fā)展到直羅組砂巖含水層中，成為含水層中地下水滲入到工作面的通道，增大工作面涌水量。通過(guò)對(duì)比2煤5開(kāi)采時(shí)頂板冒裂帶10范圍、主井凍結(jié)孔“環(huán)形空間”未封閉段與直羅組含水層空間位置關(guān)系，認(rèn)為頂板冒裂帶10和“環(huán)形空間”未封閉段空間上有疊合，且第一穩(wěn)定含水層6（直羅組含水層）部分處在疊合區(qū)內(nèi)。因此，凍結(jié)孔“環(huán)形空間”3未封閉段具有導(dǎo)水危險(xiǎn)性，威脅到煤層的安全開(kāi)采。匯總所有凍結(jié)孔封閉資料，確定凍結(jié)孔“環(huán)形空間”3隱伏致災(zāi)通道范圍。

b.系統(tǒng)研究“環(huán)形空間”隱蔽致災(zāi)通道區(qū)段內(nèi)巖性組合特征，確定注漿治理區(qū)間

“環(huán)形空間”隱蔽致災(zāi)通道無(wú)需全部注漿封堵，只需要選擇合適位置開(kāi)展注漿工程，通過(guò)充填在通道內(nèi)的漿液阻隔含水層間的水力聯(lián)系通道即可。根據(jù)井筒附近地質(zhì)勘探鉆孔資料，“環(huán)形空間”未封閉區(qū)段3內(nèi)除直羅組含水層外，該含水層上部還發(fā)育第二個(gè)穩(wěn)定含水層7，即志丹群含水層。直羅組含水層厚163m，巖性以中粒石英砂巖為主，富水性強(qiáng)；志丹群含水層厚385.42m，巖性以中、粗粒砂巖為主，含水層富水性中等。因此，若“環(huán)形空間”未能有效封堵，志丹群含水層中的地下水將通過(guò)“環(huán)形空間”補(bǔ)給直羅組含水層，造成2煤層開(kāi)采時(shí)工作面內(nèi)涌水量過(guò)大。必須選擇合適的位置開(kāi)展注漿封堵工程，切斷第一6和第二穩(wěn)定含水層7之間的聯(lián)系通道。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，直羅組含水層6與志丹群含水層7間發(fā)育安定組8，厚度約89m，巖性為粉砂巖和泥巖，為良好的隔水層。因此可以將安定組作為注漿封堵工程施工區(qū)段；注漿期間所有的注漿鉆孔均在該隔水層內(nèi)部施工。

c.凍結(jié)孔“環(huán)形空間”的探查與注漿治理區(qū)域精確定位

統(tǒng)計(jì)44個(gè)凍結(jié)孔21在深度上的測(cè)斜資料，分析鉆孔隨深度變化過(guò)程中的頂角和方位角變化情況，掌握每個(gè)鉆孔沿深度上的軌跡形態(tài)，繪制鉆孔軌跡平面圖及剖面圖，對(duì)注漿區(qū)段內(nèi)鉆孔軌跡圖進(jìn)行重點(diǎn)繪制，精準(zhǔn)定位注漿治理區(qū)域。本次注漿施工工作中，對(duì)凍結(jié)孔的軌跡形態(tài)控制程度較高，因此未實(shí)施地質(zhì)雷達(dá)等地球物理探查手段。

d.工程方案設(shè)計(jì)及其動(dòng)態(tài)優(yōu)化

根據(jù)前期探查結(jié)果，制定詳細(xì)的注漿方案。針對(duì)井筒內(nèi)施工空間條件限制的特殊條件，工程方案重點(diǎn)包括以下三個(gè)方面：一是注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑，保障施工的安全進(jìn)行。二是制定詳細(xì)可靠的注漿方案，注漿方案由注漿鉆孔參數(shù)及注漿關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)組成，注漿鉆孔參數(shù)包括鉆孔布置方式、鉆孔深度、鉆孔數(shù)量、鉆孔施工序列，注漿關(guān)鍵參數(shù)包括注漿段長(zhǎng)、注漿材料、漿液配比、注漿量及注漿壓力以及注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。三是注漿效果檢驗(yàn)級(jí)補(bǔ)充注漿方法，所述的注漿效果檢驗(yàn)方法是指利用壓水試驗(yàn)或地球物理探查的方法進(jìn)行注漿效果檢驗(yàn)，若注漿效果不好，則需要進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

e.注漿施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及構(gòu)筑

為便利施工和運(yùn)輸，對(duì)現(xiàn)有提升裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。以箕斗12為固定平臺(tái)，通過(guò)連接扣13和連接銷(xiāo)14與翻折平臺(tái)15相連。所述的翻折平臺(tái)15由16#槽鋼和4mm網(wǎng)紋花板組成，其中槽鋼17通過(guò)焊接成為平臺(tái)骨架，網(wǎng)紋花板平鋪在槽鋼上面。所述的連接扣13由10mm厚鋼板制成，連接銷(xiāo)14尺寸為φ30mm×400mm?；?2兩側(cè)及翻折平臺(tái)15底部分別焊接2根φ76mm×6mm第一無(wú)縫鋼管18，第一無(wú)縫鋼管18內(nèi)穿一根φ50mm×6mm第二無(wú)縫鋼管19并延伸至井壁作為副盤(pán)骨架，骨架上固定50mm的厚木板條作為延伸平臺(tái)。

安裝結(jié)束后，拆除防墜安全繩，將平臺(tái)收起固定牢固，進(jìn)行提升試驗(yàn)，看平臺(tái)是否滿足施工要求，運(yùn)行是否通暢，若通暢，完成施工平臺(tái)的安裝并進(jìn)行下一步工序；否則對(duì)施工平臺(tái)作進(jìn)一步調(diào)整。

f.隱蔽致災(zāi)通道綜合處治方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化及全過(guò)程控制施工

根據(jù)前述的精細(xì)化探查結(jié)果，確定了注漿治理區(qū)間，據(jù)此設(shè)計(jì)隱蔽致災(zāi)通道綜合處治方案，所述的綜合處治方案包括注漿鉆孔22設(shè)計(jì)與施工以及注漿實(shí)施方案兩部分。所述的注漿鉆孔22設(shè)計(jì)與施工包括注漿鉆孔布置方式、注漿鉆孔方位與注漿孔深控制以及鉆孔施工及注漿順序。

注漿孔布置方式：綜合考慮凍結(jié)孔方位以及井筒內(nèi)電纜及管路的位置，并根據(jù)鉆孔的精確定位，本次施工采用梅花狀布孔；根據(jù)不同深度的凍結(jié)孔測(cè)斜資料，計(jì)算鉆孔方位角；為了保證孔深達(dá)到凍結(jié)孔中心點(diǎn)，根據(jù)不同深度的凍結(jié)孔測(cè)斜資料對(duì)每個(gè)注漿孔的深度進(jìn)行設(shè)計(jì)。施工過(guò)程中，以預(yù)設(shè)方位角鉆孔，若出現(xiàn)“無(wú)回水、掉鉆見(jiàn)空、水量增大、泥漿涌出、孔內(nèi)返出巖粉變色（變質(zhì)）、鉆進(jìn)緩慢（不進(jìn)鉆）、敲擊鐵器聲音”等現(xiàn)象，表明鉆孔已探到凍結(jié)孔環(huán)形空間。

鉆孔施工順序是為了充分利用任意相鄰的兩個(gè)鉆孔注漿有效擴(kuò)散范圍產(chǎn)生的重疊以確保注漿效果，同時(shí)避免同一斷面鉆孔布置太密，造成后續(xù)施工困難及井壁破壞，采用分序次方式交錯(cuò)施工。本工程將鉆孔劃分為ⅰ序孔20-1、ⅱ序孔20-2和ⅲ序孔20-3，鉆孔施工和注漿時(shí)均按照該順序?qū)嵤?/p>

注漿實(shí)施方案包括注漿材料選擇及其配比、注漿壓力確定、注漿過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)及注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。所述的注漿材料為兩種注漿材料，其中以p.042.5普通硅酸鹽水泥單液漿為主，水泥—水玻璃雙液漿為輔。其中單液水泥漿水灰比（水與p.042.5普通硅酸鹽水泥質(zhì)量比）為1：1，調(diào)節(jié)范圍0.7:1～1.3:1；水玻璃采用模數(shù)m=3.0，濃度在40be液體水玻璃；水泥—水玻璃雙液漿漿體積配比為1:1。所述的注漿壓力設(shè)計(jì)為靜水壓力+0.8~1.5mpa。所述的注漿過(guò)程控制主要是指對(duì)注漿壓力的控制和注漿材料配比的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，具體標(biāo)準(zhǔn)為注漿初壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+0.8mpa，注漿正常壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+1.2mpa，注漿終壓控制設(shè)計(jì)為靜水壓力+1.5mpa。所述的注漿材料配比動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，主要是指漿液濃度的調(diào)控。濃度變更原則為：注漿過(guò)程中，水泥單液漿濃度首先控制在初始設(shè)計(jì)濃度（即水灰比為1:1），然后根據(jù)注漿過(guò)程動(dòng)態(tài)調(diào)整漿液濃度。所述的注漿過(guò)程包括四種工況。工況a：采用某一濃度漿液注漿時(shí)，注漿壓力保持不變，吸漿量隨注漿過(guò)程的延續(xù)而逐漸變小，或吸漿量不變，壓力逐漸升高，表明注漿過(guò)程正常，不需要改變漿液濃度。工況b：采用某一濃度注漿持續(xù)了20min-30min或注入300l-600l漿液之后，注漿壓力和吸漿量均無(wú)變化，或變化很小時(shí)，漿液應(yīng)加濃一級(jí)（水灰比提高0.1）。工況c：改變水泥單液漿濃度后，若壓力突然升高或注漿量突然減小，應(yīng)將水泥單液漿濃度調(diào)節(jié)回原來(lái)值。工況d：遇到冒漿或大的含導(dǎo)水通道時(shí)，越級(jí)加農(nóng)漿液（水灰比一次性提高0.2），或在水泥單液漿中添加速凝劑。

注漿方法為單雙液交替注漿，同一注漿段采用間歇式注漿工藝。所述間歇式注漿法工藝是：第一次注入漿液凝固24h后，掃孔至上一次注漿層位孔底0.5m后再次注漿，如此反復(fù)注漿不少于3次，直到注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：水泥漿達(dá)到設(shè)計(jì)終壓以后，吸漿量降低到50-60l/min，需穩(wěn)定30min；水泥—水玻璃雙液注漿，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，雙液漿的總吸漿量降低到100l-200l/min，需穩(wěn)定30min；至孔口管內(nèi)漿液凝固。

g.注漿效果綜合評(píng)判

綜合運(yùn)用注漿過(guò)程綜合分析法及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法評(píng)價(jià)注漿效果。所述的注漿過(guò)程綜合分析法是分析每個(gè)注漿孔的注漿量分布特征，結(jié)合注漿孔揭露的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)可能存在的注漿薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析評(píng)判，定性評(píng)價(jià)注漿效果。所述的注漿量分布特依據(jù)注漿過(guò)程的p-q-t曲線確定，為熟知工藝，不再贅述。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法是針對(duì)每個(gè)凍結(jié)孔環(huán)形空間縱向上每隔10m施工一個(gè)檢查孔，所述的檢查孔施工深度達(dá)到環(huán)形空間位置。通過(guò)檢查孔觀察孔內(nèi)涌水情況，并進(jìn)行涌水量換算，當(dāng)涌水量小于0.1m³/h，注漿效果好，若涌水量大于0.1m³/h，則需要進(jìn)行補(bǔ)充注漿。對(duì)于確定的之間薄弱環(huán)節(jié)，必須施工檢查孔驗(yàn)證注漿效果，并開(kāi)展補(bǔ)充注漿工作。

注漿效果檢查孔的施工要求與注漿鉆孔一致。

h.局部補(bǔ)充注漿實(shí)施

緊跟注漿效果檢查進(jìn)程，針對(duì)涌水量大于0.1m³/h或者含水性較大的區(qū)域在緊隨原來(lái)注漿孔的附近鉆設(shè)新注漿孔實(shí)施補(bǔ)充注漿工程。利用已施工的檢查孔開(kāi)展補(bǔ)充注漿工程。注漿材料與注漿工藝與聯(lián)合注漿階段相同，注漿終壓調(diào)整為聯(lián)合注漿工程注漿終壓的1.5倍。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。