一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法及装置

本发明涉及井壁加固工程，具体涉及一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法及装置。

背景技术：

1、深部矿井的建设或旧有井筒的向下延伸均不可避免地会接近、波及破坏含水层或水系，尤其是在软岩、基岩裂隙地带容易形成水灾，轻则耽误工期、影响施工安全、增大成本，重则会造成渗井事故，甚至报废整个工程，造成人力和财力的损失。

2、目前，我国井巷注浆堵水材料仍以水泥类浆液材料或水泥水玻璃混合类浆液材料为主，水泥类浆液材料硬化后会收缩，易产生细小裂隙，在水力冲刷下裂隙逐渐增大，堵水效果不理想，且水泥类浆液材料中含固体颗粒，难以进入细小裂隙，应用范围有一定的局限性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法及装置，以解决现有技术中水泥类浆液材料硬化后会收缩，易产生细小裂隙，在水力冲刷下裂隙逐渐增大，堵水效果不理想，且水泥类浆液材料中含固体颗粒，难以进入细小裂隙，应用范围有一定的局限性的技术问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，包括以下步骤：

4、s1:计算注浆扩散半径，根据注浆扩散半径确定注浆孔布置方案，所述注浆孔布置方案包括注浆孔在井壁上的排布方式、井壁上沿圆周方向上相邻的两注浆孔孔口的环向间距、井壁上沿竖直方向上相邻的两排注浆孔之间的间距以及注浆孔深度；

5、s2:计算注浆压力；

6、s3:配制注浆液，制作脲酶溶液以及尿素-氯化钙混合液，将所述脲酶溶液以及尿素-氯化钙混合液按体积比2：1的比例混合搅拌；

7、s4:按照所述注浆孔布置方案，使用钻机在井壁上钻出注浆孔并通过注浆管向注浆孔内注入注浆液；

8、s5:停止注浆后等待两小时，然后排出注浆管中的废液；

9、s6:将注浆管从注浆孔内取出，在注浆孔内打入锚杆并向注浆孔内注入水泥砂浆，以将注浆孔封堵密实。

10、进一步的，注浆扩散半径通过公式1：

11、

12、计算得出；

13、式中：q为单位时间内的注浆量；t为注浆时间，min；h为一次注入的岩层厚度，m；δ为岩层孔隙率。

14、进一步的，注浆压力通过公式2：

15、

16、计算得出；

17、式中：w为井壁材料的允许抗压强度，mpa；θ为井壁厚度，m；r为井筒净直径，m；μ为安全系数。

18、进一步的，制作脲酶溶液包括以下步骤：

19、s31：将大豆置于在40℃干燥箱中干燥6h，通过粉碎机将大豆研磨成粉后过100目筛网，以获得大豆粉；

20、s32：将含有30％乙醇的蒸馏水溶液和大豆粉按照1l含有30％乙醇的蒸馏水溶液加20-30g大豆粉的比例混合，混合溶液通过搅拌器以800rpm搅拌30分钟；

21、s33：将所述混合溶液置于4℃冰箱中保存12小时，然后在25℃条件下，通过离心机以4000rpm离心30min，取其上清液，所取得的上清液即为大豆脲酶溶液。

22、进一步的，制作尿素-氯化钙混合液方法为：取尿素、氯化钙与纯净水混合形成尿素-氯化钙混合液，通过搅拌器搅拌所述尿素-氯化钙混合液，直至所述尿素-氯化钙混合液变透明；所述尿素-氯化钙混合液中，尿素分子和钙离子的摩尔比为1:1，其中尿素分子浓度为1-1.2mol/l，钙离子浓度为1-1.2mol/l。

23、本发明还提供了一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，用于向所述井壁上所钻出的所述注浆孔内注入用于封堵深部裂隙的注浆液，包括用于容纳注浆液的第一容纳箱、与所述第一容纳箱相连接并用于向所述第一容纳箱内加压的加压装置、用于安装在所述注浆孔内的注浆管、用于连接所述第一容纳箱和所述注浆管的第一连接管以及设于所述第一连接管上的第一阀门。

24、进一步的，还包括用于容纳脲酶溶液的第二容纳箱、用于连接所述第一容纳箱和所述第二容纳箱的第二连接管、设于所述第二连接管上的第二阀门、用于容纳尿素-氯化钙混合液的第三容纳箱、用于连接所述第一容纳箱和所述第三容纳箱的第三连接管、设于所述第三连接管上的第三阀门以及设于所述第一容纳箱上并用于对进入所述第一容纳箱内的脲酶溶液和尿素-氯化钙混合液进行搅拌的搅拌器。

25、进一步的，还包括连接在所述注浆管上的返浆管道以及设于所述返浆管道上的第四阀门。

26、进一步的，所述第二容纳箱上包覆有保温套。

27、进一步的，所述注浆管包括一端封闭、另一端开口的管体以及设于所述管体的管壁上的多个排浆孔，多个所述排浆孔均匀排布于所述管体的管壁上。

28、本发明的有益效果包括：

29、本发明所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法与现有的水泥类浆液材料或水泥水玻璃混合类浆液封堵深部裂隙岩体井壁的方法相比，本发明中的注浆液来源广泛，提取工艺简单，且成本较低。大豆中提取的脲酶尺寸较小，仅有12nm左右，水溶性好，对于渗透性低井壁岩体或微裂隙具有一定优势，应用范围更加广泛。随着反应的不断进行,碳酸钙沉淀逐渐增多,其聚集起来就能封堵岩体裂隙，不容易产生细小裂隙，能提高井壁岩体的强度、耐久性和抗冻性。

30、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，其特征在于，注浆扩散半径通过公式1：

3.根据权利要求1所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，其特征在于，注浆压力通过公式2：

4.根据权利要求1所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，其特征在于，制作脲酶溶液包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，其特征在于，制作尿素-氯化钙混合液方法为：取尿素、氯化钙与纯净水混合形成尿素-氯化钙混合液，通过搅拌器搅拌所述尿素-氯化钙混合液，直至所述尿素-氯化钙混合液变透明；所述尿素-氯化钙混合液中，尿素分子和钙离子的摩尔比为1:1，其中尿素分子浓度为1-1.2mol/l，钙离子浓度为1-1.2mol/l。

6.一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，用于向所述井壁上所钻出的所述注浆孔内注入用于封堵深部裂隙的注浆液，其特征在于：包括用于容纳注浆液的第一容纳箱、与所述第一容纳箱相连接并用于向所述第一容纳箱内加压的加压装置、用于安装在所述注浆孔内的注浆管、用于连接所述第一容纳箱和所述注浆管的第一连接管以及设于所述第一连接管上的第一阀门。

7.根据权利要求6所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，其特征在于：还包括用于容纳脲酶溶液的第二容纳箱、用于连接所述第一容纳箱和所述第二容纳箱的第二连接管、设于所述第二连接管上的第二阀门、用于容纳尿素-氯化钙混合液的第三容纳箱、用于连接所述第一容纳箱和所述第三容纳箱的第三连接管、设于所述第三连接管上的第三阀门以及设于所述第一容纳箱上并用于对进入所述第一容纳箱内的脲酶溶液和尿素-氯化钙混合液进行搅拌的搅拌器。

8.根据权利要求6所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，其特征在于：还包括连接在所述注浆管上的返浆管道以及设于所述返浆管道上的第四阀门。

9.根据权利要求7所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，其特征在于：所述第二容纳箱上包覆有保温套。

10.根据权利要求6所述的一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，其特征在于：所述注浆管包括一端封闭、另一端开口的管体以及设于所述管体的管壁上的多个排浆孔，多个所述排浆孔均匀排布于所述管体的管壁上。

技术总结本发明涉及一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的方法，包括以下步骤：S1:计算注浆扩散半径，根据注浆扩散半径确定注浆孔布置方案；S2:计算注浆压力；S3:配制注浆液；S4:按照所述注浆孔布置方案钻孔并注浆；S5:停止注浆后等待两小时，然后排出注浆管中的废液；S6:将注浆管从注浆孔内取出，在注浆孔内打入锚杆并向注浆孔内注入水泥砂浆，以将注浆孔封堵密实。本发明还提供了一种利用脲酶封堵深部裂隙岩体井壁的装置，用于向所述井壁上所钻出的所述注浆孔内注入用于封堵深部裂隙的注浆液。技术研发人员：宋晨鹏,张丰收,周思怡,张旋,沈贤达,黄俊凯,杨晨静,刘睿琛,粟宇锋受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18