一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法及该方法专用的微胶囊

本发明涉及煤矿井工开采后的填充领域，特别涉及离层注浆充填开采。

背景技术：

1、煤矿井下开采会导致地表沉降，在村庄农田湖泊下开采需要使用充填开采技术防止地表下沉，其中，离层注浆可解决村庄农田湖泊下压煤与矿井开采之间的矛盾，近些年采动覆岩离层注浆技术得到广泛的推广及应用，并产生了良好的经济效益。离层注浆技术是一种地下的充填开采技术，在煤矿地表存在村庄农田或湖泊等需要保护的情况下施工，从地表钻孔到达采区主关键层下方，煤层开采时主关键层下方因岩层不同步下沉导致离层空间出现，届时在地表利用高压注入粉煤灰浆液充填离层空间，粉煤灰浆液固结后将支撑地表防止或减小沉陷。但部分地区地表存在裂隙或容易产生裂隙和地下贯通，导致注入地下的粉煤灰浆液受压随裂隙溢出，导致地表出现漏浆现象，漏浆区污染地表环境造成经济损失，因此在离层注浆过程中应尽量避免或减少漏浆现象，一旦出现漏浆要及时封堵裂隙防止再次漏浆。

2、据此，考虑到井下开采活动容易对地表造成影响产生裂隙，部分裂隙可贯通到主关键层甚至煤层，但地表裂隙受表土掩盖可能不易察觉，无法在施工前排查，及时发现裂隙也不能确定是否贯通，因此在离层注浆施工前无法提前封堵裂隙，一旦裂隙位置出现漏浆，将会严重影响该地点的生态状态，导致农田无法耕种，环境污染，治理和赔偿成本较高。

3、现有专利“一种离层注浆的冒浆防治方法”专利号：cn201910990300.1，提出了一种离层注浆的漏浆点防治方法，利用示踪剂定时投放来确定注浆点和漏浆点的距离，浆液流速，进而实施该方法，但该方法实施的前提是必须已知漏浆具体位置，或已经漏浆形成污染后发现漏浆点，在实际作业活动时，注浆影响区域面积约40～60万m2，提前排查漏浆风险点难度高，工作量大，若已经漏浆后才进行治理，造成的经济损失无法挽回。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提出了一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法及该方法专用的微胶囊，在特定条件下施工可及时封堵漏浆点裂隙，为离层注浆过程出现的漏浆点提供一套有效的封堵方案。

2、本发明的技术方案为：在阳光照射充沛的地区，按如下步骤进行离层注浆：

3、步骤1、若在进行离层注浆的过程中压力突然降低，则判定为在离层空间中出现联通地表的裂隙；

4、步骤2、在注浆站点处投放内部填充有吸水树脂及光敏树脂的微胶囊，使微胶囊随浆液一同注入离层中，投放过程中确保投放点避光，避免微胶囊提前发生反应；

5、投入量根据压力变化来调整投入量，当注浆压力不再降低后停止投放，单次投放量应低于注浆流量的1/100，单次不超过1000g，根据微胶囊有效成分含量60％进行预设，吸水树脂占比30％，吸水树脂应吸收16.5kg水分，可以满足封堵小型裂隙的需要；

6、微胶囊随浆液流动并快速到达失压点附近的裂隙，此时浆液流速逐渐降低，微胶囊受张力作用聚集在裂隙附近，同时微胶囊逐渐受到阳光照射影响产生化学反应迅速放热，融化胶囊外膜；胶囊外膜迅速液化释放其中的吸水树脂，此时吸水树脂迅速吸水膨胀，浆液中的水分被吸水树脂吸收后，形成了固结的粉煤灰，和吸水树脂共同封堵裂隙；

7、步骤3、当注浆压力回升后代表封堵有效，保持压力继续注浆，直到压力稳定后结束流程。

8、上述中，微胶囊的结构如下：

9、所述微胶囊包括胶囊外膜以及填充在胶囊外膜中的胶结剂、封堵骨料，所述胶囊外膜采用石蜡覆膜，所述封堵骨料为吸水树脂，所述胶结剂为光敏树脂。

10、所述胶结剂为光敏树脂，光敏树脂在微胶囊中包裹，当光敏树脂随微胶囊到达裂隙附近时受到阳光照射，开始释放热量融化微胶囊外膜，同时将周围的吸水树脂粘结形成整体，柔性光敏树脂和吸水树脂共同构成具有一定密封能力的实体。所述吸水树脂在微胶囊中包裹，当胶囊外膜融化破裂后，吸水树脂遇水迅速吸水膨胀，形成胶状物充填缝隙，同时该材料将粉煤灰浆液中的水分吸出后，粉煤灰也迅速固结形成具有一定强度的固体共同封堵裂隙。

11、所述吸水树脂选用低交联型聚丙烯酸钠制成的白色粉末，粒径为30-60目，吸水倍率高于55g/g，耐温性高于70摄氏度。该吸水树脂在阳光和热反应作用下不易变性且不易脱水，吸水膨胀后的胶状物为透明色，可被阳光穿透照射到深处。

12、所述的光敏树脂为无色透明液体，固化波长为可见光波段的型号，在阳光照射时即可发生反应，固化速度不需过快，树脂应为柔性树脂，撕裂强度大于20kn/m，密度小于1.05/cm3，拉伸强度大于1.5mpa，光照保持期大于12个月，保证离层注浆封堵工艺完成后依然保持一定强度。

13、所述石蜡覆膜使用高透光石蜡材料，石蜡热熔温度高于42摄氏度，胶囊粒径为15-30目，有效组分含量不低于60％，且光敏树脂和吸水树脂的比例在1：1左右，与水随动良好，避光保存和运输。

14、经过实际试验：

15、一、采用30-60目规格的吸水树脂在试管内进行水：吸水树脂＝55：1倍率实验，实验结果表明：当吸水树脂遇水后1～3min内膨胀形成胶状固体，倒置试管无漏出，可见吸水树脂吸水后形成的骨料可作为裂隙封堵原料，且相较于现场工况的裂隙，比试管表面摩擦系数更高，吸水后的胶状物更容易黏附。

16、二、采用液体厚度1mm光敏树脂，使用单位面积光功率50w/m2的紫外灯照射实验，实验结果表明：可在2s内达到完全固化。因此，根据现场工况，至少由地表裂隙垂直向下1～2m的深度进行固化反应可满足封堵需要，即液体厚度在1000mm～2000mm时，单位面积光功率＞50w/m2，即可在2000s内完成固化，考虑到太阳常数为1367w/m2，远大于紫外灯功率，考虑到透光率和裂隙形态影响，将太阳常数按1000w/m2折算，固化时间将缩短为100s，考虑到光敏树脂透光率80％，故在阳光充足的夏天，可在180s内完成固化反应。

17、综上所述，本发明的有益效果是可在离层注浆工程中，减少地表漏浆风险，降低漏浆治理费用，减少对环境的不利影响，同时避免了裂隙找不到，堵不好的问题，仅在注浆站即可完成漏浆治理，降低用工成本，提高注浆效率，避免漏浆发生时的临时停止注浆，从而延误工期，该方法的使用和推广有效提高了离层注浆工程的系统性施工。

技术特征：

1.一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法，其特征在于，在阳光照射充沛的地区，按如下步骤进行离层注浆：

2.一种权利要求1所述的离层注浆封堵贯通裂隙的方法专用的微胶囊，其特征在于，所述微胶囊包括胶囊外膜以及填充在胶囊外膜中的胶结剂、封堵骨料，所述胶囊外膜采用石蜡覆膜，所述封堵骨料为吸水树脂，所述胶结剂为光敏树脂。

3.根据权利要求2所述的一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法专用的微胶囊，其特征在于，所述吸水树脂选用低交联型聚丙烯酸钠制成的白色粉末，粒径为30-60目，吸水倍率高于55g/g，耐温性高于70摄氏度。

4.根据权利要求2所述的一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法专用的微胶囊，其特征在于，所述的光敏树脂为无色透明液体，固化波长为可见光波段的型号，在阳光照射时即可发生反应，撕裂强度大于20kn/m，密度小于1.05/cm3，拉伸强度大于1.5mpa，光照保持期大于12个月。

5.根据权利要求2所述的一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法专用的微胶囊，其特征在于，所述石蜡覆膜使用高透光石蜡材料，石蜡热熔温度高于42摄氏度，胶囊粒径为15-30目，有效组分含量不低于60％，且光敏树脂和吸水树脂的比例在1：1左右。

技术总结本发明公开了一种离层注浆封堵贯通裂隙的方法及该方法专用的微胶囊，涉及煤矿井工开采后的填充领域。在特定条件下施工可及时封堵漏浆点裂隙，为离层注浆过程出现的漏浆点提供一套有效的封堵方案。步骤1、若在进行离层注浆的过程中压力突然降低，则判定为在离层空间中出现联通地表的裂隙；步骤2、在注浆站点处投放内部填充有吸水树脂及光敏树脂的微胶囊，使微胶囊随浆液一同注入离层中，投放过程中确保投放点避光，避免微胶囊提前发生反应；步骤3、当注浆压力回升后代表封堵有效，保持压力继续注浆，直到压力稳定后结束流程。本发明的使用和推广有效提高了离层注浆工程的系统性施工。技术研发人员：郑恺丹,马晓川,黄艳利,王捞捞,纪权财,杨长德,余欣洋,张震新受保护的技术使用者：新疆工程学院技术研发日：技术公布日：2024/9/12