鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統的製作方法

2023-09-19 15:40:15 1

本發明涉及一種預注漿監控系統，具體涉及一種鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統。

背景技術：

近年來，隨著生產煤礦淺部資源逐步枯竭，為了確保礦井的可持續發展，多數礦井迫切需要實施安全改擴建和深部水平延伸工程，如在工業廣場內新建深立井井筒工程日益增多。由於工業廣場內已有主井、副井和風井等多個井筒，在此情況下新建深立井將鄰近既有井筒，一般新建深立井與既有井筒之間相距50～150m左右。

在煤礦新深立井建設中，採用地面預注漿技術可以在井筒周圍形成注漿防水帷幕，從而大幅度降低井筒施工過程中的湧水量、改善鑿井條件和加快施工速度。由於在工業廣場內新建深立井的井筒深，含水層的水壓大，進行地面預注漿時注漿壓力將很高，在如此大的注漿壓力作用下，注漿漿液將沿著地層裂縫運移很遠，當注漿漿液遇到鄰近既有井筒時，高壓漿液將打破既有井筒的井壁，嚴重破壞既有井筒，對礦井的安全生產造成嚴重威脅。現如今在國內，已有多個礦井事故均由在工業廣場內新建井筒時進行地面預注漿而打壞鄰近既有井筒從而引發的。綜上，鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井進行地面預注漿時，必須要採用科學、合理的監控系統，防止注漿的高壓漿液擊破鄰近的原有井筒，確保既有井筒安全運營。

因此，開展鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統研究具有十分重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統，以至少解決目前鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井進行地面預注漿時，注入的高壓漿液擊破鄰近的既有井筒，對既有井筒造成嚴重的安全事故的問題。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，所述預注漿監控系統包括：

注漿壓力控制系統，所述注漿壓力控制系統設置在所述新建深立井外圍的地面預注漿泵站內，用於監控注漿壓力的變化值；

水位自動監控系統，所述水位自動監控系統設置在所述新建深立井與鄰近既有井筒之間的觀測孔內，用於監控注漿漿液引起的所述觀測孔內的水位變化值；

井壁卸壓系統，所述井壁卸壓系統設置在所述既有井筒的井壁上；當擴散傳遞至所述既有井筒井壁上的漿液壓力超過該既有井筒井壁上的設計外荷載值時，所述井壁卸壓系統將自動卸壓，用於防止所述既有井筒井壁遭遇破壞。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，所述注漿壓力控制系統包括：

注漿管路，用於將所述地面預注漿泵站內的注漿漿液輸送至多個注漿孔內；

在所述注漿管路上設有高壓四通閥，所述高壓四通閥的第一連接口和第二連接口均連接在所述注漿管路上，且所述第一連接口通過高壓注漿軟管與注漿泵連接、所述第二連接口通過高壓注漿軟管與注漿管接口連接。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，所述高壓四通閥的第三連接口上安裝有壓力傳感器，所述高壓四通閥的第四連接口上安裝有卸壓閥；

且所述壓力傳感器和所述注漿泵均通過信號傳輸線與計算機連接，由所述計算機接收所述壓力傳感器發送的信號、控制所述注漿泵是否工作及控制所述卸壓閥的啟閉。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，多個所述注漿孔呈圓周排列圍繞在所述新建深立井的外圍。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，所述觀測孔設置在所述新建深立井與鄰近既有井筒之間的中間位置處。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，所述水位自動監控系統為水位自動監控儀，用於監控注漿漿液引起的所述觀測孔內的水位變化情況；所述水位自動監控儀發出的水位變化信號傳輸至計算機上，由所述計算機接收水位變化信號後，向注漿泵發出是否停止注漿的指令。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，在正對應所述新建深立井的鄰近既有井筒的井壁上設置卸壓孔，將所述井壁卸壓系統通過所述卸壓孔安裝在所述既有井筒的井壁的內側，所述既有井筒的井壁的外側為含水層。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，所述井壁卸壓系統包括：

高壓三通閥，所述高壓三通閥的第一連接口連接卸壓鋼管，所述卸壓鋼管穿過所述既有井筒的井壁與所述卸壓孔連接；

高壓球閥，所述高壓球閥與所述高壓三通閥的第二連接口連接；

自動卸壓閥，所述自動卸壓閥與所述高壓三通閥的第三連接口連接。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，在所述卸壓鋼管上還設置有加固鋼板，且所述加固鋼板固定在所述既有井筒的井壁內側上。

在如上所述的鄰近既有井筒條件下新建深立井地面預注漿監控系統，優選，在所述卸壓鋼管上還設置有墊圈，所述墊圈位於所述加固鋼板和所述既有井筒的井壁之間；且所述加固鋼板由固定短錨杆固定在所述既有井筒的井壁上，用於防止所述卸壓鋼管被高壓漿液或高壓水頂出。

與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有如下優異效果：

本發明採用注漿壓力控制系統、水位自動監控系統和井壁卸壓系統的三重監控系統的保護，使本發明在鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統更加安全、科學和合理，能有效防止注漿的高壓漿液擊破鄰近的既有井筒，確保既有井筒安全運營。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。其中：

圖1為本發明實施例的注漿壓力控制系統示意圖；

圖2為本發明實施例的新建深立井與既有井筒之間設置水位自動監控系統示意圖；

圖3為本發明實施例的既有井筒的井壁卸壓系統示意圖；

附圖標記說明：1-注漿壓力控制系統；11-注漿泵；12-信號傳輸線；13-計算機；14-高壓注漿軟管；15-高壓四通閥；16-卸壓閥；17-壓力傳感器；18-注漿管接口；2-水位自動監控系統；21-注漿孔；22-新建深立井；23-既有風井筒；24-觀測孔；25-既有主井筒；26-既有副井筒；3-井壁卸壓系統；31-含水層；32-既有井筒的井壁；33-卸壓孔；34-卸壓鋼管；35-固定短錨杆；36-墊圈；37-加固鋼板；38-高壓三通閥；39-自動卸壓閥；310-高壓球閥。

具體實施方式

下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在本發明的描述中，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。本發明中使用的術語「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接；可以是直接相連，也可以通過中間部件間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

如圖1至圖3所示，根據本發明的實施例，提供了一種鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統，預注漿監控系統由計算機13控制，預注漿監控系統包括：

注漿壓力控制系統1，注漿壓力控制系統1設置在新建深立井22外圍的地面預注漿泵站內，用於精確控制注漿壓力的變化值；為了能觀測注漿漿液的擴散情況、進一步控制注漿壓力的變化情況，從而達到多重保護既有井筒井壁的技術效果，本發明還設置了觀測孔24；水位自動監控系統2，水位自動監控系統2設置在新建深立井22與鄰近既有井筒之間的觀測孔24內，用於監控觀測孔24內的水位變化值；為了使既有井筒井壁具有多重保護屏障，本發明還設置了井壁卸壓系統3，井壁卸壓系統3設置在既有井筒的井壁32上；當擴散傳遞至既有井筒井壁上的漿液壓力超過該既有井筒井壁上的設計外荷載值時，井壁卸壓系統3將自動卸壓，用於防止既有井筒井壁遭遇破壞。

注漿壓力控制系統1包括：注漿管路，用於將地面預注漿泵站內的注漿漿液輸送至多個注漿孔21內；在注漿管路上設有高壓四通閥15，即高壓四通閥15設置在注漿泵11與注漿管接口18之間的高壓注漿軟管14上的某個位置處，且位於地面預注漿泵站內；更具體的為高壓四通閥15的第一連接口和第二連接口均連接在注漿管路上，且第一連接口通過高壓注漿軟管14與注漿泵11連接、第二連接口通過高壓注漿軟管14與注漿管接口18連接。高壓四通閥15的第三連接口上安裝有壓力傳感器17，高壓四通閥15的第四連接口上安裝有卸壓閥16；且壓力傳感器17、卸壓閥16和注漿泵11均通過信號傳輸線12與計算機13連接，由計算機13接收壓力傳感器17發送的信號、控制注漿泵11是否工作及控制卸壓閥16的啟閉。

又如圖2所示，在本發明的具體實施例中，多個注漿孔21呈圓周排列圍繞在新建深立井22的外圍，用於在所述新建深立井22的周圍形成注漿防水帷幕，從而大幅度降低井筒施工過程中的湧水量、改善鑿井條件和加快施工速度。優選地，注漿孔21圈徑為15～40m(即注漿孔21與新建深立井22之間的距離為15～40m)；優選地，本發明實施例中的注漿孔21優選為8個。在新建深立井22與既有井筒(既有井筒包括多個井筒，例如既有主井筒25、既有風井筒23和既有副井筒26)之間施工設置觀測孔24，並在觀察孔24內安裝水位自動監控系統2，用於監控觀測孔24內的水位變化情況。

在本發明的具體實施例中，觀測孔24設置在注漿防水帷幕外且與新建深立井22有一定的距離，目的是為了能在注漿漿液擴散至新建深立井22之前就能對注漿漿液的擴散情況進行檢測，防止事故發生；優選地，觀測孔24設置在新建深立井22與鄰近既有井筒之間的中間位置處。

在本發明的具體實施例中，水位自動監控系統2為水位自動監控儀，水位自動監控儀設置在觀測孔24內，用於監控觀測孔24內的水位變化情況；具體為將水位自動監控儀用鋼絲繩懸吊、下放到觀測孔24內水面下20m處；水位自動監控儀發出的水位變化信號傳輸至計算機13上，由計算機13接收水位變化信號後，向注漿泵11發出是否停止注漿的指令。

在本發明的具體實施例中，又如圖3所示，在正對應新建深立井22的鄰近既有井筒的井壁32上設置卸壓孔33，將井壁卸壓系統3通過卸壓孔33安裝在既有井筒的井壁32的內側，既有井筒的井壁32的外側為含水層31。

在本發明的具體實施例中，井壁卸壓系統3包括：高壓三通閥38，高壓三通閥38的第一連接口連接卸壓鋼管34，卸壓鋼管34穿過既有井筒的井壁32與卸壓孔33連接；高壓球閥310，高壓球閥310與高壓三通閥38的第二連接口連接；自動卸壓閥39，自動卸壓閥39與高壓三通閥38的第三連接口連接，可實現自動卸壓功能。在卸壓鋼管34上還設置有加固鋼板37，且加固鋼板37固定在既有井筒的井壁32內側上。進一步優選地，在卸壓鋼管34上還設置有墊圈36，墊圈36位於加固鋼板37和既有井筒的井壁32之間；且墊圈36和加固鋼板37均由固定短錨杆35固定在既有井筒的井壁32上，用於防止卸壓鋼管34被高壓漿液和高壓水頂出。本發明的實施例設置墊圈，是為了防止壓力水沿著卸壓孔33、卸壓鋼管34的外側流入既有井筒內；本發明的實施例設置加固鋼板37的作用是：加固鋼板通過固定短錨杆35固定在既有井筒的井壁32上，壓住卸壓鋼管34，防止壓力水把卸壓鋼管34頂出來之後，致使壓力水無法控制而淹井。本發明的實施例中在施工卸壓孔33時，鑽杆穿過高壓球閥310進行施工，鑽好卸壓孔33後，撥出鑽杆，關閉高壓球閥310的閥門，防止高壓水流入井筒。

綜上所述，本發明採用注漿壓力控制系統1、水位自動監控系統2和井壁卸壓系統3的三重監控系統的保護，使本發明的鄰近既有井筒條件下新建煤礦深立井地面預注漿監控系統更加科學、合理，能有效防止注漿的高壓漿液擊破鄰近的原有井筒，確保既有井筒安全運營，具體如下：

如圖1所示，本發明為了能精確控制注漿壓力，防止漿液壓力過大而壓壞鄰近既有井筒，從而設置了注漿壓力控制系統1。在注漿泵11和注漿管接口18之間連接的高壓注漿軟管14上設置了高壓四通閥15，並在高壓四通閥15上安裝了壓力傳感器17和卸壓閥16，壓力傳感器17與計算機13相連，實時監控注漿壓力值的變化情況。當注漿壓力值高於設計值時，計算機13將會發出指令信號，自動給注漿泵11斷電，同時自動打開卸壓閥16進行卸壓，進而達到能精確控制注漿壓力的作用，該卸壓閥16是由計算機控制，在注漿泵11停止注漿時，卸壓閥16才會開啟進行自動卸壓。

如圖2所示，在新建深立井22和鄰近既有井筒之間設置注漿觀測孔24，觀測孔24內安設水位自動監控儀，用來實時監控觀測孔24內的水位變化，當注漿漿液通過巖層裂隙擴散到觀測孔24時，水位自動監控儀顯示水位開始上升，並發出水位變化的信號至計算機13，由計算機13向注漿泵11發出指令，停止注漿。

如圖3所示，在正對應新建深立井22方向，在既有井筒鄰近含水層31位置的既有井筒井壁上鑽孔安設自動卸壓閥39，當注漿漿液擴散傳遞至既有井筒井壁上時，且注漿漿液的壓力超過該既有井筒井壁的設計外荷載值時，自動卸壓閥39自動打開卸壓，確保既有井筒井壁免遭破壞。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。