一種采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種透孔裝置及方法，尤其是一種煤礦井下使用的采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，采動(dòng)覆巖隔離注漿充填(專利ZL201210164929.9)在建筑物下采煤中得到了廣泛應(yīng)用，該方法涉及從地表向煤層方向垂直施工多組鉆孔，利用鉆孔向采動(dòng)離層空間高壓注漿(粉煤灰漿體)，從而控制上覆巖層變形、減少地表沉陷。專利ZL201210164928.4進(jìn)一步公開(kāi)了一種與采動(dòng)覆巖分區(qū)隔離注漿充填相匹配的采煤速度控制方法，通過(guò)對(duì)注漿充填量和工作面推進(jìn)速度的匹配控制，從而保證地表沉陷控制效果。保證注漿鉆孔持續(xù)、穩(wěn)定地對(duì)采動(dòng)離層實(shí)施注漿充填，是實(shí)現(xiàn)注、采匹配的關(guān)鍵，因而對(duì)最終沉陷控制效果極為重要。然而，在工程實(shí)踐中，因意外停電、注漿管路爆裂、漿體濃度過(guò)高等因素極易造成堵孔，導(dǎo)致注漿充填的中斷、乃至失敗，直接影響工作面生產(chǎn)、地表建筑物保護(hù)。目前的工程實(shí)踐中，處理注漿鉆孔堵孔事故的方法主要有高壓注清水透孔或利用鉆桿進(jìn)行透孔。前者方法操作雖然簡(jiǎn)單，但透孔效果較差，往往不能完全將孔內(nèi)堵塞物清理掉，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)實(shí)施注漿充填；后者在工程中使用相對(duì)較多，其具體過(guò)程是，先是將注漿鉆桿提至地面，然后下放帶有鉆頭的鉆桿對(duì)堵孔段進(jìn)行鉆進(jìn)以實(shí)現(xiàn)透孔，然而該方法工程量大、耗時(shí)、占用大量人力資源，更為嚴(yán)重的是，實(shí)踐中注漿鉆桿常常被下部沉淀的粉煤灰“抱死”，導(dǎo)致注漿鉆桿需要用反絲鉆桿進(jìn)行上提，工作量極大、難度極高，且一旦處理不當(dāng)，注漿鉆桿將滯留在鉆孔內(nèi)，造成鉆孔報(bào)廢，導(dǎo)致整個(gè)工程失敗。綜上，形成一種方便、快捷、費(fèi)用低、可靠的透孔裝置及方法十分必要，它將更加可靠地保障注漿充填的連續(xù)性，以實(shí)現(xiàn)所需要的注采比，從而提高采動(dòng)覆巖隔離注漿充填沉陷控制效果，更加安全有效的實(shí)現(xiàn)建筑物下采煤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，使用方便，可以有效透孔的采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置及方法。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置，它包括安裝在注漿充填鉆孔孔底的孔底固定裝置和設(shè)置在注漿充填鉆孔兩側(cè)采煤工作面地表上的兩座絞車，孔底固定裝置與兩座絞車之間設(shè)有鋼纜；
所述孔底固定裝置包括鋼制圓柱形底座，底座頂部中間橫向開(kāi)有滑輪凹槽，滑輪凹槽內(nèi)通過(guò)軸承設(shè)有定滑輪，定滑輪上設(shè)有鋼纜線槽，底座頂部通過(guò)四周的四根螺栓設(shè)有圓柱形橡膠膠塞，膠塞中部開(kāi)2個(gè)鋼纜線孔，底座下方兩側(cè)反方向開(kāi)有圓柱形兩道頂桿槽，兩道頂桿槽內(nèi)分別橫向設(shè)有彈簧頂桿，所述彈簧頂桿包括彈簧和與彈簧焊接的頂桿，頂桿槽出口處分別設(shè)有防止彈簧頂桿彈出頂桿槽的擋塊，底座外部在頂桿槽出口處設(shè)有擠壓彈簧頂桿使其壓縮在頂桿槽內(nèi)的環(huán)形鋼片，環(huán)形鋼片下方設(shè)有支架，所述支架高度大于頂桿槽出口距離底座底部的高度； 孔底固定裝置中的定滑輪通過(guò)鋼纜線槽纏繞有鋼纜，鋼纜的兩端分別穿過(guò)膠塞預(yù)留的兩個(gè)鋼纜線孔延伸到注漿充填鉆孔兩側(cè)采煤工作面地表上設(shè)置的兩座絞車中；
鋼纜上設(shè)有多個(gè)開(kāi)口向下的儲(chǔ)灰器，所述儲(chǔ)灰器為肚大口小的梭形鋼質(zhì)容器。
[0005]底座的直徑小于注漿鉆孔孔底直徑20?30mm ;鋼纜的長(zhǎng)度為注漿鉆孔深度的3?4倍長(zhǎng)；頂桿槽內(nèi)的頂桿為實(shí)心圓柱體，并分為前后兩部分，前半部分的柱體直徑小于后半部分直徑4?5_，頂桿的頂部為橢圓形斜切面，斜切面朝下，傾角為45?60° ;頂桿槽外口處的擋塊為邊長(zhǎng)2mm方鐵塊，能夠防止頂桿全部彈出頂桿槽；環(huán)形鋼片的高度約8mm，內(nèi)徑大于鋼質(zhì)底座直徑約3?5mm，環(huán)形鋼片底部的支架的長(zhǎng)度大于頂桿槽與底座底部的距離約30?40mm ;儲(chǔ)灰器的開(kāi)口直徑為8?12mm，中段直徑18?26mm，底部直徑為4?8mm ;所述儲(chǔ)灰器通過(guò)繩卡或鋁扣固定在鋼纜上；所述膠塞為實(shí)體柱狀橡膠，直徑小于鉆孔6?10mm，能夠自由下放至孔底即可。
[0006]—種采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置的透孔方法，其步驟如下:
a、在采煤工作面回采前，施工注漿鉆孔至松散層以下60m，下放套管，并在套管頂部設(shè)置掛鉤，然后繼續(xù)向下施工至終孔后，利用變徑擴(kuò)孔鉆頭在注漿鉆孔底進(jìn)行擴(kuò)孔，將注漿鉆孔底部擴(kuò)孔形成圓柱形凹槽，圓柱形凹槽的直徑為150mm和高度為200mm ；
b、利用設(shè)置在采煤工作面上的兩座絞車將纏繞在鋼纜上的孔底固定裝置緩慢放入注漿鉆孔，下放過(guò)程中，頂桿受環(huán)形鋼片擠壓縮入頂桿槽內(nèi)，環(huán)形鋼片底部的支架先接觸孔底，隨著底座靠近孔底，環(huán)形鋼片向底座上方滑動(dòng)，直至離開(kāi)彈簧頂桿的出口，此時(shí)頂桿從頂桿槽中彈出，從而將孔底固定裝置卡在注漿鉆孔底部凹槽內(nèi)，然后將鋼纜的兩端從兩座絞車取下，一端固定在預(yù)先設(shè)置在注漿鉆孔套管內(nèi)壁頂部的掛鉤上；
C、在注漿充填鉆孔內(nèi)下放注漿鉆桿，并將鋼纜的另一端從注漿鉆桿內(nèi)穿過(guò)，注漿鉆桿下放完畢后，在注漿鉆桿內(nèi)壁頂部設(shè)置掛鉤，并將鋼纜固定在注漿鉆桿內(nèi)壁頂部的掛鉤上，通過(guò)法蘭盤將注漿鉆桿與注漿栗連接；當(dāng)采煤工作面推過(guò)注漿鉆孔后，開(kāi)啟注漿栗，利用注漿鉆孔對(duì)覆巖充填粉煤灰漿液，并形成注漿充填層；
d、當(dāng)發(fā)生意外停電、地面注漿管路爆裂、漿液濃度過(guò)高等情況時(shí)，注漿鉆孔內(nèi)粉煤灰漿液中的顆粒物開(kāi)始沉淀，在注漿充填層上形成高濃度灰漿，阻止上部粉煤灰漿液向下流動(dòng)，導(dǎo)致注漿栗的注漿壓力迅速升高，當(dāng)超過(guò)注漿栗的最大壓力時(shí)無(wú)法繼續(xù)注漿，此時(shí)停止注漿并拆除注漿栗，打開(kāi)法蘭盤，將鋼纜的兩端從套管及注漿鉆桿內(nèi)壁頂部的掛鉤上取下，并分別連接到位于采煤工作面地表的兩座絞車上，在一座絞車的鋼纜上順序安裝多個(gè)儲(chǔ)灰器，啟動(dòng)鋼纜另一端連接的絞車，將儲(chǔ)灰器勻速送入注漿充填層后，儲(chǔ)灰器內(nèi)儲(chǔ)滿高濃度灰漿，關(guān)閉當(dāng)前工作的絞車后啟動(dòng)另一座絞車，將儲(chǔ)灰器提升至地表后關(guān)閉絞車，清理儲(chǔ)灰器內(nèi)的高濃度灰漿，交替重復(fù)開(kāi)啟關(guān)閉兩座絞車?yán)脙?chǔ)灰器將注漿孔內(nèi)的高濃度灰漿提出注漿鉆孔，直至注漿鉆孔孔口返出粉煤灰漿；
e、當(dāng)注漿鉆孔孔口返出漿液后，取下鋼纜上的儲(chǔ)灰器，關(guān)閉絞車，并將鋼纜重新固定至套管及注漿鉆桿內(nèi)壁頂端的掛鉤上，利用法蘭盤將注漿鉆桿與注漿栗相連，并繼續(xù)開(kāi)啟注漿栗，恢復(fù)對(duì)注漿鉆孔的注漿充填。
[0007]當(dāng)充填過(guò)程中鉆孔再次被堵塞時(shí)，重復(fù)步驟d、e再次進(jìn)行透孔。
[0008]有益效果:儲(chǔ)灰器為開(kāi)口小肚子大的梭型結(jié)構(gòu)有效減少該結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)灰器在高濃度灰漿內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)所遇阻力，在鉆孔注漿時(shí)發(fā)生堵孔后，利用儲(chǔ)灰器能夠及時(shí)實(shí)施透孔，透孔效率高，避免鉆孔報(bào)廢現(xiàn)象，使鉆孔快速恢復(fù)注漿充填，在注漿過(guò)程中多次出現(xiàn)鉆孔再次被堵塞時(shí)，可多次對(duì)鉆孔進(jìn)行透孔，降低對(duì)工作面回采速度的影響，保證鉆孔安全、有效、持續(xù)的注漿充填，從而提高注漿充填工程的沉陷控制效果，有效保護(hù)地面建筑物的安全。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的注漿充填鉆孔平面布置示意圖；
圖2是本發(fā)明的注漿充填鉆孔下放固定裝置示意圖；
圖3是本發(fā)明的注漿充填鉆孔注漿示意圖；
圖4是本發(fā)明的注漿充填鉆孔透孔示意圖；
圖5 (a)是本發(fā)明孔底固定裝置頂桿未彈出時(shí)的俯視圖；
圖5 (b)是本發(fā)明孔底固定裝置頂桿彈出時(shí)的俯視圖；
圖6是本發(fā)明的儲(chǔ)灰器正視圖。
[0010]圖中:1 一孔底固定裝置；2 —鋼纜；3 —儲(chǔ)灰器；4 一絞車；5 —底座；6 —滑輪凹槽；7 —定滑輪；8 —頂桿槽；9 一彈簧；10 —頂桿；11 一擋塊；12 —膠塞；13 —螺栓；14 一鋼纜線孔；15 —鋼纜線槽；16 —套管；17 —掛鉤；18 —注漿鉆孔；19 —工作面；20 —環(huán)形鋼片；21 —支架；22 —注漿鉆桿；23 —法蘭盤；24 —地表；25 —凹槽；26 —高濃度灰漿；27 —注漿充填層。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明:
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的采動(dòng)覆巖隔離注漿充填鉆孔透孔裝置，其特征在于:它包括安裝在注漿充填鉆孔孔底的孔底固定裝置I和設(shè)置在注漿充填鉆孔兩側(cè)采煤工作面地表24上的兩座絞車4，孔底固定裝置I與兩座絞車4之間設(shè)有鋼纜2 ;
所述孔底固定裝置I包括鋼制圓柱形底座5，底座5頂部中間橫向開(kāi)有滑輪凹槽6，滑輪凹槽6內(nèi)通過(guò)軸承設(shè)有定滑輪7，定滑輪7上設(shè)有鋼纜線槽15，底座5頂部通過(guò)四周的四根螺栓13設(shè)有圓柱形橡膠膠塞12，膠塞12中部開(kāi)2個(gè)鋼纜線孔14，底座5下方兩側(cè)反方向開(kāi)有圓柱形兩道頂桿槽8，兩道頂桿槽8內(nèi)分別橫向設(shè)有彈簧頂桿，所述彈簧頂桿包括彈簧9和與彈簧9焊接的頂桿10，頂桿槽8出口處分別設(shè)有防止彈簧頂桿彈出頂桿槽8的擋塊11，底座5外部在頂桿槽8出口處設(shè)有擠壓彈簧頂桿使其壓縮在頂桿槽8內(nèi)的環(huán)形鋼片20，環(huán)形鋼片20下方設(shè)有支架21，所述支架21高度大于頂桿槽8出口距離底座5底部的高度；
孔底固定裝置I中的定滑輪7通過(guò)鋼纜線槽15纏繞有鋼纜2，鋼纜2的兩端分別穿過(guò)膠塞12預(yù)留的兩個(gè)鋼纜線孔14延伸到注漿充填鉆孔兩側(cè)采煤工作面地表24上設(shè)置的兩座絞車4中；
鋼纜2上設(shè)有多個(gè)開(kāi)口向下的儲(chǔ)灰器3，所述儲(chǔ)灰器3為肚大口小的梭形鋼質(zhì)容器，儲(chǔ)灰器3的開(kāi)口直徑為8?12mm，中段直徑18?26mm，底部直徑為4?8mm，沉淀后的灰體密實(shí)程度比較高，類似吸水后的土塊，儲(chǔ)灰器開(kāi)口向下，才能將灰體擠壓進(jìn)儲(chǔ)灰器中，同時(shí)儲(chǔ)灰器開(kāi)口小，中部大，裝滿灰體后不易漏出。
[0012]底座5的直徑小于注漿鉆孔孔底直徑20?30mm。
[0013]鋼纜2的長(zhǎng)度為注漿鉆孔18深度的3?4倍長(zhǎng)。
[0014]頂桿槽8內(nèi)的頂桿10為實(shí)心圓柱體，并分為前后兩部分，前半部分的柱體直徑小于后半部分直徑4?5mm，頂桿10的頂部為橢圓形斜切面，斜切面朝下，傾角為45?60° ；頂桿槽8外口處的擋塊11為邊長(zhǎng)2_方鐵塊，能夠防止頂桿10全部彈出頂桿槽8。
[0015]環(huán)形鋼片20的高度約8mm，內(nèi)徑大于鋼質(zhì)底座5直徑約3?5mm，環(huán)形鋼片20底