[发明专利]动水大通道突水钻孔网架、气囊、注浆一体化封堵装置及方法

说明书

本发明公开了一种动水大通道突水钻孔网架、气囊、注浆一体化封堵装置及方法，相较于传统封堵技术，采用网架‑气囊‑注浆一体化封堵技术能增强封堵体的稳定性，并采用气固置换提高在动水中的稳定性。当巷道内某一位置发生突水时，首先，通过地面钻孔将钻杆插入突水通道底部。然后，打开钻杆内的伸缩网架，以在突水通道内形成网状的纵横向支架，即网架。其次，以充气方式打开钻杆内气囊，使其能膨胀至与突水通道断面相吻合，形成依附于网架的突水通道封堵气囊。最后，利用气固置换结构，通过钻杆向封堵气囊内注入水泥砂浆置换出气囊中的气体，待水泥砂浆固结生成结石固体，最终形成封堵突水通道的充填墙体，将大通道突水控制在局部范围内。

技术领域

本发明涉及动水大通道突水钻孔网架、气囊、注浆一体化封堵装置及方法，其主要用于矿山、铁路、公路、水利生产过程中产生的大通道、大流量、高水压水害的治理。

背景技术

矿井水灾是矿山建设和生产过程中的五大安全灾害之一，尤其是矿井突水常造成巨大的人员伤亡和财产损失。2000-2019年，我国共发生1401起煤矿水灾事故，死亡5480人。其中，重特大水灾事故112起、死亡2010人，分别占水灾事故总起数和总死亡人数的7.99％和36.68％。研究人员发现，2000—2019年我国煤矿重特大事故发生趋势同煤矿事故总体趋势基本一致，但重特大水灾事故起数和死亡人数在重特大事故占比中却逐年增加，平均占比达到21.05％。大量事实数据表明，矿井突水常常造成群死、群伤。

针对煤矿突水事故，目前我国常用的解决办法是同时实施矿井排水和注浆堵水，而注浆堵水一般分为两期进行，一期是先封堵过水巷道，变动水为静水，二期再对过水巷道进行治理，彻底根除水患。其中一期封堵过水巷道通常是直接在地面施工钻孔至过水巷道，再投放骨料及其他辅料填充过水巷道，将巷道内地下水流态由管道流变为渗透流，随后进行注浆固结治理。当面对水流速度较高的过水巷道时，直接钻孔填入骨料极易被冲散，不易凝结，成功率较小，且整个治理过程，需先改为渗流，再进行注浆，工程量大，治理工期较长。注浆时也没有限定注浆范围，易浪费注浆液。因此，传统注浆堵水技术存在稳定性差，面对高水压、大流量、大通道动水时，封堵成功率低，稳定性较差。

针对上述问题，在“朱明诚，动水大通道突水钻孔控制注浆高效封堵关键技术及装备[J]，煤田地质与勘探，2015，43(4)：55-58”中介绍了一种新的方法，利用其特定的控制注浆钻具，将保浆袋送入过水巷道，然后再在过水巷道中对保浆袋进行注浆，通过注浆产生的压力将保浆袋脱离控制注浆钻具，使其留在过水巷道中。此种方法相对于前述方法，在一定程上避免了浆液未凝固就被冲散的情况，一定程度上提高了注浆堵水成功率。但是对于高水压、大流量、大通道动水，该方法同样存在高速的水流将保浆袋冲走的相同问题，仍然未根本解决该问题。

针对上述问题，开展高水压、大流量、大通道动水条件下的新型快速封堵装置及方法研究势在必行。

发明内容

本发明目的是旨在提供一种钻孔网架-气囊-注浆一体化大通道动水快速封堵装置及方法，该方法能快速将高水压、大流量、大通道动水控制在突水通道局部范围内，为煤矿及地下工程水害防治提供了一种全新思路和方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

动水大通道突水钻孔网架、气囊、注浆一体化封堵装置，包括钻杆、与所述钻杆连接的钻头，所述钻杆的两侧分别设置有网架出口，所述钻杆的正面设置有气囊出口；该装置还包括设置在所述钻杆内部的伸缩网架、气囊、气液置换结构，所述网架能通过所述网架出口伸出钻杆外，与钻杆形成网架；所述气液置换结构能向所述气囊充气、注浆、排气；所述气囊在所述气液置换结构的充气作用下，从气囊出口打开，并膨胀至与突水通道断面相吻合，形成依附于所述网架的充气气囊，充气的气囊在所述气液置换结构的注浆、排气作用下，用水泥砂浆置换出其中的气体。