申请/专利权人：徐州中矿岩土技术股份有限公司

申请日：2018-10-11

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN109209483B

主分类号：E21F15/00

分类号：E21F15/00;E21F17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.11#著录事项变更;2020.09.04#实质审查的生效;2019.01.15#公开

摘要：本发明公开了一种采空区注浆方法和注浆装置，注浆方法包括,注浆头向注浆区域注浆，当注浆压力达到第一预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第一孔穿过第一渗透内膜流入第一空腔，第一橡胶外膜随着第一空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，当注浆压力达到第二预定注浆压力时，第二橡胶外膜随着第二空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第二止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆,停止注浆后，中空轴内的压力降低到小于第二预定注浆压力时，第二橡胶外膜随着第二空腔收缩直到与钻孔内壁分离，中空轴内的压力降低到小于第一预定注浆压力时，第一橡胶外膜随着第一空腔收缩直到与钻孔内壁分离。

主权项：1.一种采空区注浆方法，其包括以下步骤：第一步骤（S1）中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔，沿着轴线依次布置至少两个止浆塞的中空轴经由接头连接注浆管，所述中空轴插入注浆钻孔使得位于中空轴底端的注浆头到达注浆区域，第二步骤（S2）中，注浆头向注浆区域注浆，当注浆压力达到第一预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第一孔穿过第一渗透内膜流入第一空腔，第一橡胶外膜随着第一空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第一止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，当注浆压力达到第二预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第二孔穿过第二渗透内膜流入第二空腔，第二橡胶外膜随着第二空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第二止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，第三步骤（S3）中，停止注浆后，中空轴内的压力降低到小于第二预定注浆压力时，第二空腔内水分子穿过第二渗透内膜经由第二孔回流到中空轴，第二橡胶外膜随着第二空腔收缩直到与钻孔内壁分离，中空轴内的压力降低到小于第一预定注浆压力时，第一空腔内水分子穿过第一渗透内膜经由第一孔回流到中空轴，第一橡胶外膜随着第一空腔收缩直到与钻孔内壁分离，从完成注浆的注浆钻孔回收中空轴以作下次使用。

全文数据：一种采空区注浆方法和注浆装置技术领域本发明涉及一种采空区注浆技术领域，特别是一种采空区注浆方法和注浆装置。背景技术地下煤矿被开采后形成采空区，围岩失稳发生位移、开裂甚至塌落，导致上覆岩层下沉和弯曲，引起地表沉降，且这种变形在较长时间内是不断发展的，如果不对采空区进行处理，修建的建筑物、水利和交通等工程都将产生变形甚至破坏。随着经济社会的不断发展，采空区灾害问题对工程建设的影响更加突出，如何有效控制地表沉降成为重要的课题之一。目前，采用对采空区进行水泥粉煤灰浆液填充是治理采空区灾害的有效方法之一。在注浆过程中，传统的注浆管结构没有封堵结构，会造成浆液大量从钻孔流出，造成浪费；另外，传统采用的注浆管结构由于注浆停止，可能形成回浆，造成浆液的浪费。目前，对采空区进行注浆处理时，都会遇到止浆回浆问题，现有的止浆塞一般套装在注浆管上，和注浆管一起放入钻好的钻孔中，在实际使用中，常出现在安装过程中，止浆塞体磨损、变形导致破坏，因孔洞内径大小不规则无法填实缝隙等现象，无法持续封浆，导致封堵不严实，钻孔内的浆液回流，严重影响止浆效果及充填治理效果，而现有的一些通过膨胀对钻孔进行填充封堵的止浆塞，膨胀部分需要单接注浆管进行注浆，使用起来非常不便，影响施工进度。另外，由于注浆过程中浆液压力过大，使止浆塞失效的例子也比比皆是,且现有技术中的阀容易损坏，导致注浆成本高，注浆故障率高。在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。发明内容为解决上述现有技术的不足之处，本发明提供一种采空区注浆方法和注浆装置，本发明对注浆浆液分级减压起到止浆防回浆效果，节能环保、操作方便，可重复利用且安全可靠。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。本发明的一个方面,一种采空区注浆方法，其包括以下步骤：第一步骤中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔，沿着轴线依次布置至少两个止浆塞的中空轴经由接头连接注浆管，所述中空轴插入注浆钻孔使得位于中空轴底端的注浆头到达注浆区域，第二步骤中，注浆头向注浆区域注浆，当注浆压力达到第一预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第一孔穿过第一渗透内膜流入第一空腔，第一橡胶外膜4随着第一空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第一止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，当注浆压力达到第二预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第二孔穿过第二渗透内膜流入第二空腔，第二橡胶外膜4随着第二空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第二止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，第三步骤中，停止注浆后，中空轴内的压力降低到小于第二预定注浆压力时，第二空腔内水分子穿过第二渗透内膜经由第二孔回流到中空轴，第二橡胶外膜随着第二空腔收缩直到与钻孔内壁分离，中空轴内的压力降低到小于第一预定注浆压力时，第一空腔内水分子穿过第一渗透内膜经由第一孔回流到中空轴，第一橡胶外膜随着第一空腔收缩直到与钻孔内壁分离，从完成注浆的注浆钻孔回收中空轴以作下次使用。所述的注浆方法中，第一预定注浆压力小于第二预定注浆压力。所述的注浆方法中，沿着中空轴轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞，其中，注浆压力分别达到第一预定注浆压力、第二预定注浆压力和第N预定注浆压力时，第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞分别封闭钻孔。根据本发明的另一方面，一种实施所述的注浆方法的注浆装置包括，注浆管，其配置成以一定的注浆压力供应浆液，中空轴，其经由接头连接注浆管，所述中空轴设有连通止浆塞的通水孔和用于注浆的注浆头，至少两个止浆塞，其沿着中空轴轴线依次布置，所述止浆塞包括，金属内环，固定连接在中空轴上的金属内环在轴向方向上成型所述止浆塞的框架，弹性膜，其经由金属内环包裹中空轴，在金属内环和弹性膜之间形成可膨胀的空腔，渗透内膜，覆盖在所述通水孔上的渗透内膜经由所述金属内环固定，当注浆压力大于预定值时，中空轴内的水分子从通水孔经由渗透内膜输入空腔，当压力小于预定值时，空腔中的水分子经由渗透内膜从通水孔进入中空轴。所述的注浆装置中，所述弹性膜具有凹凸不平的外表面。所述的注浆装置中，沿着中空轴轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第三止浆塞。所述的注浆装置中，所述弹性膜为橡胶外膜。所述的注浆装置中，所述注浆装置包括用于控制注浆压力和注浆量的处理单元。所述的注浆装置中，处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理单元包括存储器和无线通信设备，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM.所述的注浆装置中，处理单元包括无线通信设备，其至少包括无线局域网通信设备和或移动通信网络设备，无线局域网通信设备包括蓝牙、ZigBee和或Wi-Fi模块，所述移动通信网络设备包括2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和或4G无线通信芯片采用本发明可对注浆浆液分级降压来达到止浆防回浆的效果，且本发明不用单向阀、止回阀等阀体，避免了阀损坏导致的故障率高的风险，本发明的膨胀部分无需单接注浆管进行注浆，使用方便且显著提高了注浆效率，本发明适用于内径大小不规则的孔洞，适用范围广泛，且根据具体注浆需求，通过选择适当个数止浆塞能够经济地达到预期效果。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1示出了本发明一个实施例的采空区注浆方法的步骤示意图。图2示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆的结构示意图。图3示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置结构示意图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。为了更好地理解，图1示出了本发明一个实施例的采空区注浆方法的步骤示意图，如图1所示，一种采空区注浆方法步骤包括：第一步骤S1中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔，沿着轴线依次布置至少两个止浆塞的中空轴经由接头连接注浆管，所述中空轴插入注浆钻孔使得位于中空轴底端的注浆头到达注浆区域，第二步骤S2中，注浆头向注浆区域注浆，当注浆压力达到第一预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第一孔穿过第一渗透内膜流入第一空腔，第一橡胶外膜4随着第一空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第一止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，当注浆压力达到第二预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第二孔穿过第二渗透内膜流入第二空腔，第二橡胶外膜4随着第二空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第二止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，第三步骤S3中，停止注浆后，中空轴内的压力降低到小于第二预定注浆压力时，第二空腔内水分子穿过第二渗透内膜经由第二孔回流到中空轴，第二橡胶外膜随着第二空腔收缩直到与钻孔内壁分离，中空轴内的压力降低到小于第一预定注浆压力时，第一空腔内水分子穿过第一渗透内膜经由第一孔回流到中空轴，第一橡胶外膜随着第一空腔收缩直到与钻孔内壁分离，从完成注浆的注浆钻孔回收中空轴以作下次使用。本发明所述的注浆方法的优选实施方式中，第一预定注浆压力小于第二预定注浆压力。本发明所述的注浆方法的优选实施方式中，沿着中空轴轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞，其中，注浆压力分别达到第一预定注浆压力、第二预定注浆压力和第N预定注浆压力时，第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞分别封闭钻孔。本发明所述的注浆方法,针对浆液自身特性分离水和料实现止浆防回浆的目的,第一和第二止浆塞加压步序分为前后，第一止浆塞压力到达第一预定压力值时，完成封闭后，随着压力增大，浆液的水分子才进入第二止浆塞。两个或者两级止浆塞加压步序分为前后，体现分级设压，第二止浆塞是对第一止浆塞的补充。依靠水分子自身的压力膨胀实现止浆效果，实现自我调节的功能。图2示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置注浆的结构示意图，图3示出了本发明一个实施例的实施采空区注浆方法的注浆装置结构示意图，如图2-3所示，一种实施所述的注浆方法的注浆装置包括，注浆管8，其配置成以一定的注浆压力供应浆液，中空轴1，其经由接头9连接注浆管8，所述中空轴1设有连通止浆塞的通水孔7和用于注浆的注浆头10，至少两个止浆塞2，其沿着中空轴1轴线依次布置，所述止浆塞2包括，金属内环3，固定连接在中空轴1上的金属内环3在轴向方向上成型所述止浆塞2的框架，弹性膜4，其经由金属内环3包裹中空轴1，在金属内环3和弹性膜4之间形成可膨胀的空腔5，渗透内膜6，覆盖在所述通水孔7上的渗透内膜6经由所述金属内环3固定，当注浆压力大于预定值时，中空轴1内的水分子从通水孔7经由渗透内膜6输入空腔5，当压力小于预定值时，空腔5中的水分子经由渗透内膜6从通水孔7进入中空轴1。本发明所述的注浆装置的优选实施例，所述弹性膜4具有凹凸不平的外表面。本发明所述的注浆装置的优选实施例，沿着中空轴1轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第三止浆塞。本发明所述的注浆装置的优选实施例，所述弹性膜4为橡胶外膜。本发明所述的注浆装置的优选实施例，所述注浆装置包括用于控制注浆压力和注浆量的处理单元。本发明所述的注浆装置的优选实施例，处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理单元包括存储器和无线通信设备，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM.本发明所述的注浆装置的优选实施例，处理单元包括无线通信设备，其至少包括无线局域网通信设备和或移动通信网络设备，无线局域网通信设备包括蓝牙、ZigBee和或Wi-Fi模块，所述移动通信网络设备包括2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和或4G无线通信芯片尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

权利要求：1.一种采空区注浆方法，其包括以下步骤：第一步骤S1中，在采空区待注浆位置钻孔形成注浆钻孔，沿着轴线依次布置至少两个止浆塞的中空轴经由接头连接注浆管，所述中空轴插入注浆钻孔使得位于中空轴底端的注浆头到达注浆区域，第二步骤S2中，注浆头向注浆区域注浆，当注浆压力达到第一预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第一孔穿过第一渗透内膜流入第一空腔，第一橡胶外膜随着第一空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第一止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，当注浆压力达到第二预定注浆压力时，来自中空轴的浆液中的水分子经受压力从第二孔穿过第二渗透内膜流入第二空腔，第二橡胶外膜随着第二空腔膨胀直到紧贴钻孔内壁，使得第二止浆塞封闭钻孔以防止浆液外溢及回浆，第三步骤S3中，停止注浆后，中空轴内的压力降低到小于第二预定注浆压力时，第二空腔内水分子穿过第二渗透内膜经由第二孔回流到中空轴，第二橡胶外膜随着第二空腔收缩直到与钻孔内壁分离，中空轴内的压力降低到小于第一预定注浆压力时，第一空腔内水分子穿过第一渗透内膜经由第一孔回流到中空轴，第一橡胶外膜随着第一空腔收缩直到与钻孔内壁分离，从完成注浆的注浆钻孔回收中空轴以作下次使用。2.根据权利要求1所述的一种采空区注浆方法，其特征在于：第一预定注浆压力小于第二预定注浆压力。3.根据权利要求1所述的一种采空区注浆方法，其特征在于：沿着中空轴轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞，其中，注浆压力分别达到第一预定注浆压力、第二预定注浆压力和第N预定注浆压力时，第一止浆塞、第二止浆塞和第N止浆塞分别封闭钻孔。4.一种实施权利要求1-3任一项所述的注浆方法的注浆装置，其特征在于，注浆装置包括，注浆管8，其配置成以一定的注浆压力供应浆液，中空轴1，其经由接头9连接注浆管8，所述中空轴1设有连通止浆塞的通水孔7和用于注浆的注浆头10，至少两个止浆塞2，其沿着中空轴1轴线依次布置，所述止浆塞2包括，金属内环3，固定连接在中空轴1上的金属内环3在轴向方向上成型所述止浆塞2的框架，弹性膜4，其经由金属内环3包裹中空轴1，在金属内环3和弹性膜4之间形成可膨胀的空腔5，渗透内膜6，覆盖在所述通水孔7上的渗透内膜6经由所述金属内环3固定，当注浆压力大于预定值时，中空轴1内的水分子从通水孔7经由渗透内膜6输入空腔5，当压力小于预定值时，空腔5中的水分子经由渗透内膜6从通水孔7进入中空轴1。5.根据权利要求4所述的注浆装置，其特征在于，所述弹性膜4具有凹凸不平的外表面。6.根据权利要求5所述的注浆装置，其特征在于，沿着中空轴1轴线依次布置第一止浆塞、第二止浆塞和第三止浆塞。7.根据权利要求5所述的注浆装置，其特征在于，所述弹性膜4为橡胶外膜。8.根据权利要求5所述的注浆装置，其特征在于，所述注浆装置包括用于控制注浆压力和注浆量的处理单元。9.根据权利要求8所述的注浆装置，其特征在于，处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理单元包括存储器和无线通信设备，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。10.根据权利要求8所述的注浆装置，其特征在于，处理单元包括无线通信设备，其至少包括无线局域网通信设备和或移动通信网络设备，无线局域网通信设备包括蓝牙、ZigBee和或Wi-Fi模块，所述移动通信网络设备包括2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和或4G无线通信芯片。

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