一种可移动接力式单双液注浆系统及其注浆方法与流程

本发明属于隧道与地下工程灾害治理注浆加固技术领域，具体涉及一种可移动接力式单双液注浆系统及其注浆方法。

背景技术：

矿井注浆堵水实际上就是利用注浆浆液，封堵向矿井涌水的储导水构造。在矿山井下注浆堵水中，因为井下潮湿环境、空间狭窄、井下运输和通风条件的影响，每次只能在井下运输和保存少量的袋装水泥，以防止不能及时消耗的水泥的受潮变质。注浆时每次利用人工在井下现场进行配浆，配浆量较少，工人劳动强度高，环境污染严重。当遇到需要封堵较大储导水构造，比如利用井下钻孔封堵高压强含水层，或利用井下钻孔进行强含水层进行底板注浆改造，需要消耗的水泥浆量较大时，往往要在地面施工送料孔，送料孔是连接地面与井下输浆的垂直通道。从地面建立水泥浆制浆站，通过输浆管路把地面制浆站配制的水泥浆通过输浆管路经送料孔(输浆管路穿过送料孔)输送到井下，输浆管直接和钻孔连接，可以满足把地面配制的浆液直接注入到钻孔揭露的储导水构造内。达到封堵储导水构造，或对底板含水层注浆改造的目的。

这种连接方式存在着如下缺点。

(1)这种输浆管路和钻孔直接连接的方式，在注浆时利用制浆站输浆泵的输出压力提供浆液在输浆管道中运动的动力，浆液运移中会受到输浆管壁阻力的影响；钻孔内的注浆压力则为输浆泵的输出压力，地面与井下的标高垂距所形成的浆液自重压力。当输浆管路阻力较大时，为保证注浆压力，输浆泵输浆压力持续升高，给注浆泵造成较大负担，或是输浆管局部无法承受持续升高的输出压力产生爆管泄漏问题。浆液在从地面制浆站到井下钻孔长距离输送中会出现输浆管路中的水泥浆逐层沉积下来，固结后缩短输浆管路，增大输浆阻力。

(2)含水层内的储导水构造的发育分布是不均匀的。当井下注浆钻孔揭露到强富水构造时，浆液可以被顺利的注入到这些储导水构造中。但当钻孔揭露的位置不是强富水构造或甚至没有构造时，浆液就会被注入的少或者根本注不进去。这时较长的输浆管路中的浆液不能全部被利用，存在着输浆管路里的较大量的浆液无处使用而被丢弃浪费；

(3)二是为达到注浆堵水或含水层底板注浆改造目的，针对揭露的不同构造位置或注浆层位，要设计使用不同的注浆结束压力。一旦需求较高的注浆压力，地面制浆站输浆泵除了增加输出压力提高其负担容易磨损损坏外，还有输浆管爆管风险，难以实施正常注浆。

(4)三是当钻孔揭露较大储导水构造，注入的单液水泥浆迅速被稀释冲走，注浆效果较差而需要注双液浆时，利用原有的把输浆管理直接与钻孔连接的注浆方法难以实施。因为这种方式只能输送地面造浆系统配制的一种浆液，不具备注入双液浆条件。

(5)因为注浆过程是一个不断变化的动态过程，随着时间的持续，同一钻孔内往往要使用不同浓度的浆液，甚至会在一定时间内根据需要进行浓度的反复变化。地面制浆站因为输送管路较长，储存在输浆管路里的浆液较多，难以及时提供需要变化的浆液浓度，因此其灵活性，应变性较差。

在高速公路隧道内注浆加固处治突水突泥地质灾害时，往往采用帷幕注浆方式进行。尽管高速公路隧道空间比矿井巷道大，但是受到其内部机械设备较多，环境复杂的影响，也是难以在隧道内使用散装水泥配浆。为满足较大量的注浆需要和注浆过程中的注浆参数变化的可控性，也隧道内借鉴使用了本发明可移动接力式注浆站。在隧道外专门建设制浆站，通过输浆管路把制备的浆液通过输浆管路输送到隧道内，再利用隧道内可移动接力式注浆站把输送到隧道内的浆液注入到帷幕注浆钻孔内。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种可移动接力式单双液注浆系统，解决了输浆管路压力和阻力较大的问题，解决了输浆管路里的浆液无处使用而被丢弃浪费的问题，解决了现有设备灵活性和应变性较差的问题。

一种可移动接力式单双液注浆系统，其特征在于，包括：高压双液混合器、第一浆液搅拌储浆罐和第二浆液储浆罐，所述第一浆液搅拌储浆罐通过第一浆液吸浆管与第一浆液注浆泵相连通，所述第一浆液注浆泵通过第一浆液高压输浆管与高压双液混合器相连接，所述第二浆液储浆罐通过第二浆液吸浆管与第二浆液注浆泵相连，所述第二浆液注浆泵通过第二浆液高压输浆管与高压双液混合器相连通，所述高压双液混合器与混合浆高压输浆管相连通，混合浆高压输浆管与注浆钻孔连通。

优选的，所述高压双液混合器、第二浆液注浆泵、第二浆液储浆罐、第一浆液注浆泵和第一浆液搅拌储浆罐均放置在矿井平板运输车上。

优选的，巷道外面设置有第一浆液地面制浆站，所述第一浆液地面制浆站通过第一浆液输浆管与第一浆液搅拌储浆罐相连通。

优选的，所述第一浆液高压输浆管与第一浆液高压输浆管逆止阀相连通，所述第一浆液高压输浆管逆止阀与高压双液混合器相连通，所述第二浆液高压输浆管与第二浆液高压输浆管逆止阀相连通，所述第二浆液高压输浆管逆止阀与高压双液混合器相连通，所述高压双液混合器与双液高压输浆管逆止阀相连通，所述双液高压输浆管逆止阀与混合浆高压输浆管相连通。

优选的，所述第一浆液高压输浆管、第二浆液高压输浆管和混合浆高压输浆管为无缝钢管或高压胶管。

一种使用权利要求1至5任意一项可移动接力式单双液注浆系统的注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：根据注浆钻孔揭露储导水构造后的涌水量及水压，选择使用单浆液注浆、双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆；

步骤s2：

当选择单浆液注浆时，直接注浆；

当选择双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆时，判断是否满足注浆条件。

优选的，当选择双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆时，判断步骤如下：

步骤s21：进行双液浆混合后的混合浆液的初凝时间试验，统计混合浆液的初凝时间t1，统计混合浆液的泵量q1；

步骤s22：根据注浆钻孔的孔径和混合浆高压输浆管的内径计算混合浆液自高压双液混合器到储导水构造之间通过的管道总体积q；

步骤s23：计算混合浆液被注入到储导水构造中的时间t，

t＝q/q1；

步骤s24：对t和t1进行对比，

当t1≥t时，方可注浆，否则不允许注浆。

优选的，所述步骤s1包括：

当注浆钻孔涌水量大于30m³/h时，且水压小于该含水层正常水压60％时，双液浆注浆；

当注浆钻孔涌水量小于15m³/h时，且水压值位于该含水层正常水压的80％到100％时，单浆液注浆；

当注浆钻孔揭露储导水构造后，涌水量在15-30m³/h之间时，且水压值为正常水压的60-80％时，采用单液浆和双液浆交替注浆。

优选的，所述步骤s1的单浆液注浆包括第一浆液，所述双浆液包括第一浆液和第二浆液，所述第一浆液为普通硅酸盐水泥浆液，所述第一浆液的密度为1.3-1.5g/cm³，水泥标号不小于42.5r；所述第二浆液为水玻璃浆液，模数在2.4-2.8之间，波美度35-42be'之间。

优选的，所述双浆液中第一浆液和第二浆液的体积比为1:1-3:1之间。

本发明具有如下优点：

(1)根据井下注浆系统可以根据钻孔位置和巷道环境空间情况，其安放位置进行变动，以灵活适应巷道环境，具有可移动性。

(2)增加了井下可移动式注浆系统，改变了原有的把第一浆液输浆管直接连接在注浆钻孔的方式。当注浆钻孔遇到特殊情况无法注浆时，可以把第一浆液输浆管路里的浆液释放储存在第一浆液搅拌储浆罐内备用，减少了浆液的浪费。

(3)通过改用移动式注浆系统，可具备注单液浆、双液浆和单双液交替注浆的要求。

(4)通过使用可移动的两台注浆泵，可以根据注浆需要，灵活调节注浆压力，以适应变化的注浆条件。提高了注浆安全性和注浆质量。

(5)当地面制浆站配制的第一浆液浓度不适合注浆钻孔内注浆时，可以通过向第一浆液搅拌储浆罐内加入第一材料或清水进行调节。改变了地面制浆站因为第一浆液输浆管路较长短时间内难以及时响应注浆所需对浆液的浓度变化要求。同样可以及时调节第二浆液浓度。

(6)把第一浆液输浆管与注浆钻孔直接连接改为把第一浆液输浆管放入第一浆液搅拌储浆罐，变封闭式连接为开放式，减少地面输浆泵的压力，避免高压下输浆管的爆裂泄漏，同时减少了输浆管浆液运移中的阻力，减少浆液在输浆管内的沉积固结，使浆液长距离输送更加安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明高压双液混合器的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例的一种可移动接力式单双液注浆系统，其特征在于，包括：高压双液混合器5、第一浆液搅拌储浆罐13和第二浆液储浆罐9，所述第一浆液搅拌储浆罐13通过第一浆液吸浆管12与第一浆液注浆泵11相连通，所述第一浆液注浆泵11通过第一浆液高压输浆管10与高压双液混合器5相连接，所述第二浆液储浆罐9通过第二浆液吸浆管8与第二浆液注浆泵7相连，所述第二浆液注浆泵7通过第二浆液高压输浆管6与高压双液混合器5相连通，所述高压双液混合器5与混合浆高压输浆管3相连通，混合浆高压输浆管3与注浆钻孔2连通。

优选的，所述高压双液混合器5、第二浆液注浆泵7、第二浆液储浆罐9、第一浆液注浆泵11和第一浆液搅拌储浆罐13均放置在矿井平板运输车上。

优选的，巷道4外面设置有第一浆液地面制浆站15，所述第一浆液地面制浆站15通过第一浆液输浆管14与第一浆液搅拌储浆罐13相连通。

优选的，所述第一浆液高压输浆管10与第一浆液高压输浆管逆止阀19相连通，所述第一浆液高压输浆管逆止阀19与高压双液混合器5相连通，所述第二浆液高压输浆管6与第二浆液高压输浆管逆止阀20相连通，所述第二浆液高压输浆管逆止阀20与高压双液混合器5相连通，所述高压双液混合器5与双液高压输浆管逆止阀18相连通，所述双液高压输浆管逆止阀18与混合浆高压输浆管3相连通。

优选的，所述第一浆液高压输浆管10、第二浆液高压输浆管6和混合浆高压输浆管3为无缝钢管或高压胶管。

一种使用权利要求1至5任意一项可移动接力式单双液注浆系统的注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：根据注浆钻孔2揭露储导水构造1后的涌水量及水压，选择使用单浆液注浆、双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆；

步骤s2：

当选择单浆液注浆时，直接注浆；

当选择双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆时，判断是否满足注浆条件。

优选的，当选择双浆液注浆或单液浆和双液浆交替注浆时，判断步骤如下：

步骤s21：进行双液浆混合后的混合浆液的初凝时间试验，统计两种浆液某种体积比下的混合浆液的初凝时间t1，统计可注混合浆液的泵量q1；

步骤s22：根据注浆钻孔2的孔径和混合浆高压输浆管3的内径计算混合浆液自高压双液混合器5到储导水构造1之间通过的管道总体积q；

步骤s23：计算混合浆液被注入到储导水构造中的时间t，

t＝q/q1；

步骤s24：对t和t1进行对比，

当t1≥t时，方可注浆，否则不允许注浆。

优选的，所述步骤s1包括：

当注浆钻孔2涌水量大于30m³/h时，且水压小于该含水层正常水压60％时，双液浆注浆；

当注浆钻孔2涌水量小于15m³/h时，且水压值位于该含水层正常水压的80％到100％时，单浆液注浆；

当注浆钻孔2揭露储导水构造1后，涌水量在15-30m³/h之间时，且水压值为正常水压的60-80％时，采用单液浆和双液浆交替注浆。

优选的，所述步骤s1的单浆液注浆包括第一浆液，所述双浆液包括第一浆液和第二浆液，所述第一浆液为普通硅酸盐水泥浆液，所述第一浆液的密度为1.3-1.5g/cm³，水泥标号不小于42.5r；所述第二浆液为水玻璃浆液，模数在2.4-2.8之间，波美度35-42be'之间。

优选的，所述双浆液中第一浆液和第二浆液的体积比为1:1-3:1之间。

可移动接力式单双液注浆系统主要由第一浆液输浆管14，第一浆液搅拌储存罐13，第一浆液注浆泵11，第一浆液吸浆管12，第一浆液高压输浆管10，第二浆液储存罐9，第二浆液注浆泵7，第二浆液吸浆管8，第二浆液高压输浆管6，高压双液混合器5，混合浆高压输浆管3，注浆钻孔2等组成。其中第一浆液搅拌储浆罐13为搅拌式储浆罐，当储浆罐内有第一浆液时，要保持不停搅拌，防止第一浆液沉淀。现场注浆使用的第一浆液为水泥浆，第二浆液为水玻璃浆液。

按照图1方式连接顺序为：分别按照第一浆液搅拌储存罐13，第一浆液吸浆管12，第一浆液注浆泵11，第一浆液高压输浆管10，第二浆液储存罐9，第二浆液吸浆管8，第二浆液注浆泵7，第二浆液高压输浆管6，高压双液混合器5，混合浆高压输浆管3，注浆钻孔2的顺序依次摆放在巷道的一侧。其中第一浆液高压输浆管10、第二浆液高压输浆管6和混合浆高压输浆管3靠近高压双液混合器的一段均分别设有第一浆液高压输浆管逆止阀19、第二浆液高压输浆管逆止阀20和混合浆高压输浆管逆止阀18，以防止相应输浆管路里的浆液回流。上述设备均集中放置在矿井平板运输车上，满足在尽量靠近注浆钻孔的附近区域摆放，并可实现沿矿井轨道的随意移动，以适应不同位置注浆钻孔注浆的需要。高压输浆管路就可以选择耐压性好的无缝钢管，也可以选用高压胶管。移动接力式单双液注浆系统安装固定好后，把第一浆液液输浆管14出口端通过输浆管路放置在第一浆液搅拌储存罐13中。第一浆液注浆泵11通过第一浆液吸浆管12和第一浆液搅拌储存罐13连接，第一浆液高压输浆管10一端和第一浆液注浆泵11连接，另一端和高压双液混合器5连接；第二浆液注浆泵7通过第二浆液吸浆管8和第二浆液储浆罐9连接，第二浆液高压输浆管6一端和第二浆液注浆泵7连接，另一端和高压双液混合器5连接；高压双液混合器5分别接受来自于第一浆液高压输浆管10和第二浆液高压输送管6输送的两种浆液。高压双液混合器5另一端通过混合浆高压输浆管3与注浆钻孔2连接。上述三种高压输浆管、高压双液混合器和钻孔之间的连接均为密闭式连接，并能承受注浆设计终压的1.5倍的压强值时而不会出现泄漏现象。

注浆钻孔揭露涌水后注浆过程的控制。根据钻孔涌水水量的不同，水压与奥陶系含水层正常水压之间的差值，来选定注单液水泥浆、水泥水玻璃双液浆或单双液交替注浆。首先通过地面制浆站配制出水泥浆，因为水泥浆要通过长距离输送，浆液浓度不宜过大，保持在1.4g/cm³左右。并通过第一浆液输浆管14把水泥浆输送到第一浆液搅拌储浆罐13内待用，开动第一浆液注浆泵11，水泥浆经第一浆液吸浆管12被吸入第一浆液注浆泵11后，经第一浆液高压输浆,10输送到高压双液混合器5中，并经混合浆高压输浆管3输送到注浆钻孔2内，进入储导水构造1。

当根据注浆需要，注入水泥水玻璃双液浆时，保护单液浆注浆过程不停止，并把第一浆液注浆泵档位调整到需要注双液浆的档位，使之匹配注双液浆时的水泥浆体积或泵量。然后开动第二浆液注浆泵，此时第二浆液注浆泵的档位应位于注双液浆要求的水玻璃泵的档位或泵量，方能满足安全注入双液浆的体积比。通过第二浆液吸浆管8把储存于第二浆液储浆罐9内的水玻璃浆吸出来，通过第二浆液高压输浆管6进入到高压双液混合器5内，在高压双液混合器5内水泥浆、水玻璃浆两种浆液混合形成混合浆液，混合浆液通过混合浆液高压输浆管3和与之相连的注浆钻孔2进入到储导水构造1内，达到快速封堵储导水构造1的目的。

根据注浆需要，上述控制过程既可以单独注单液浆，也可以单独注水泥水玻璃双液浆，还可以单液浆双液浆的交替注浆。当单双液交替注浆时，第二浆液注浆泵7不是持续开启的。而是根据注浆情况选择。需要注入双液浆时就开启第二浆液注浆泵7，否则就停止第二浆液注浆泵7。因为每次开启第二浆液注浆泵7时，均开始注入水泥水玻璃双液浆。每次开启第二浆液注浆泵7前，都要根据钻孔内注浆情况选择水泥浆和水玻璃浆的安全注浆体积比，并在开启第二浆液注浆泵7前，把第一浆液注浆泵11的档位调整到相应设计档位，以满足输出相应泵量的水泥浆量。直接按照要求档位开启第二浆液注浆泵7，使之输出设计体积比的水玻璃浆液的泵量，这样输入的两种浆液泵量才是选择的安全注浆的体积比泵量。当不需要注入双液浆时，及时关闭第二浆液注浆泵7，此时只有第一浆液注浆泵11工作，注入到注浆钻孔2内的是单液水泥浆。这样交替进行，达到了单液浆和双液浆的交替注浆目的。

为满足单液浆或双液浆注浆时对浆液浓度的要求，在移动式注浆系统内可以采用人工增加水泥或清水的方式，来调整第一浆液搅拌储浆罐13内水泥浆的浓度；同样方式可以调整第二浆液储浆罐9里的水玻璃的浓度。

工作原理：

(1)单独注单液浆工作原理。经过对注浆钻孔揭露的储导水构造分析，只具备注单液浆时，通过地面制浆站配制出第一浆液，并通过第一浆液输浆管把第一浆液输送到第一浆液搅拌储浆罐待用，开动第一浆液注浆泵，第一浆液经第一浆液吸浆管被吸入第一浆液注浆泵后经第一浆液高压输浆管输送到高压双液混合器中，并经混合浆高压输浆管输送到注浆钻孔内，进入储导水构造。

此时第二浆液注浆泵尽管已经连接，但没有开启，位于第二浆液高压输浆管出口端的逆止阀钢球处于关闭状态，进入到高压双液混合器内的第一浆液不会通过该逆止阀进入到第二浆液高压输浆管内。同时第一浆液高压输浆管逆止阀和混合浆高压输浆管逆止阀均处于开启状态，保证了第一浆液被顺利输送到注浆钻孔内。

(2)单独注双液浆工作原理。经过对注浆钻孔揭露的储导水构造分析，可以具备注双液浆时，首先通过(1)节单独注单液浆操作过程进行，先向钻孔内注单液浆。然后开动第二浆液注浆泵，第二浆液注浆泵会通过第二浆液吸浆管把储存于第二浆液储浆罐内的第二浆液吸出来，通过第二浆液高压输浆管进入到高压双液混合器内，在高压双液混合器内第一浆液、第二浆液两种浆液混合形成混合浆液，混合浆液通过混合浆液高压输浆管和与之相连的注浆钻孔进入到储导水构造内，达到快速封堵储导水构造的目的。

此时，与高压双液混合器相连接的三个高压输浆管内的逆止阀均处于开启状态。

(3)单双液交替注浆工作原理。经过对注浆钻孔揭露的储导水构造分析，具备单双液交替注浆条件时，可以采用单独注双液浆的注浆过程，只不过第二浆液注浆泵不是持续开启的。而是根据注浆需要，需要注入双液浆时就开启第二浆液注浆泵，在高压双液混合器内形成第一浆液和第二浆液混合浆液；当不需要注入双液浆时，关闭第二浆液注浆泵，此时只有第一浆液注浆泵工作，注入到钻孔内的是第一浆液单液浆。这样交替进行，达到了单液浆和双液浆的交替注浆目的。

需要说明的是，q1为所有参与注浆的泵的总泵量，

当双浆液注浆时，q1为第一浆液注浆泵11和第二浆液注浆泵7工作时的总泵量。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。