一种注浆装置及注浆施工方法
技术领域
本发明涉及露天煤矿开采技术领域，尤其涉及一种注浆装置及注浆施工方法。
背景技术
露天煤矿在开采过程中煤矿边坡的深度一般都比较高，在遇到长期的降雨情况下，很难迅速将水进行排出，进而导致边坡中积水现象比较严重。边坡岩层中的粘性土遇到水后，会出现膨胀的情况，使得边坡稳定性不断下降，从而在重力和压力的作用下，出现边坡滑坡的情况。其次露天矿开采工程中爆破震动使露天煤矿边坡的沙土容易出现液化的情况，进而引发各种岩体裂缝的产生。
目前露天矿边坡治理主要是在开采过程中对边坡进行加固，加固方法通常使用注浆法，一般采用高压注浆，此种方法首先要打注浆孔，注浆孔施工过程需要提钻取出钻孔岩芯，以便浆液注入，注浆孔施工较为复杂，再者注浆材料使用量大，在注浆过程中浆液受压力驱动在地层中流动，一般在沙砾层中浆液流动性强，需浆量大，料浆无法到达目的区域，料浆损失量大，成本高，边坡加固效果不明显。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种注浆装置及注浆施工方法，旨在提高边坡治理施工效率，降低治理成本。
本发明提出的具体技术方案为：一种注浆装置，包括：
钻进设备，用于钻进并形成钻孔，所述钻进设备内延其钻进方向设有一通孔；
注浆管，置于所述通孔内，用于向所述钻孔内灌输浆液；
搅拌机构，收缩于所述通孔内，所述搅拌机构包括伸缩杆及连接所述伸缩杆的搅拌组件，所述搅拌组件可在所述伸缩杆的推动下伸出所述通孔，伸出所述通孔的所述搅拌组件的最大搅拌直径大于所述钻进设备钻进形成的所述钻孔的直径。
优选地，伸出所述通孔的所述搅拌组件与所述钻进设备相对固定。
优选地，所述搅拌组件的一端与所述伸缩杆的末端铰接，另外一端与所述伸缩杆滑动连接，使所述搅拌组件可在所述伸缩杆的推动下伸出所述通孔，且所述搅拌组件在朝向所述伸缩杆的末端滑动过程中展开呈漏斗状。
优选地，所述搅拌组件包括套设于所述伸缩杆上且可沿所述伸缩杆长度方向滑动的滑动套、与所述滑动套铰接的支撑杆、及与所述支撑杆铰接的搅拌杆，所述搅拌杆的远离所述支撑杆的一端与所述伸缩杆的末端铰接，所述滑动套朝向所述伸缩杆末端滑动，所述支撑杆被推动并带动所述搅拌杆使其展开呈漏斗状。
优选地，所述钻进设备包括中空的钻杆及设于所述钻杆末端并沿所述钻杆边沿周向间隔设置的多个钻进爪，每相邻的两所述钻进爪之间形成卡槽，展开的所述搅拌杆卡于所述卡槽内。
优选地，所述支撑杆与所述搅拌杆均设有与所述钻进爪数量相等的多个，一所述支撑杆与一所述搅拌杆铰接，且一所述搅拌杆可卡于一所述卡槽内。
优选地，所述搅拌杆的远离所述伸缩杆的一侧壁上设有多个齿状结构。
优选地，所述钻杆为螺旋钻杆。
本发明提出的另一具体的技术方案为：一种注浆施工方法，采用上述所述的注浆装置，所述方法包括：
启动钻进设备钻进并形成钻孔；
启动注浆管向所述钻孔内灌输浆液；
启动搅拌机构进行搅拌；其中，启动所述搅拌机构进行搅拌的过程具体包括：
启动伸缩杆，使搅拌组件在所述伸缩杆的推动下伸出所述钻进设备的通孔；
启动所述搅拌组件，使所述搅拌组件转动，转动的所述搅拌组件与所述钻孔内壁接触并打落所述内壁上的附着物料，且同时转动的所述搅拌组件将打落的所述物料与所述浆液搅拌混合。
优选地，在伸出所述通孔的所述搅拌组件与所述钻进设备相对固定时，所述启动所述搅拌组件的过程为，启动钻进设备，使所述钻进设备带动所述搅拌组件转动。
与现有技术相比，本发明的一种注浆装置及注浆施工方法，一方面，可仅通过所述注浆装置实现钻孔、注浆料、退钻、搅拌获得孔壁物料、并搅拌混合浆料与物料这一系列施工过程，施工效率高、用料少、成本低，且边坡加固效果明显；另一方面，在灌注浆料的过程中，由于可及时的混入其他物料并进行混合，使得灌输的料浆不会在地层中大范围流动，注浆材料的流动性小，对矿山周边生态环境影响小，安全且环保。
附图说明
图1为本发明一种注浆装置的结构示意图。
图2为本发明一种注浆装置的剖视示意图；
图3为本发明一种注浆装置的搅拌组件伸出展开并与钻进设备相对固定的结构示意图；
图4为图3中的仰视示意图；
图5为本发明一种注浆施工方法的流程示意图。
具体实施方式
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
参照图1～图4所示，本发明的注浆装置，包括：钻进设备10、注浆管20及搅拌机构30。其中，钻进设备10用于钻进并形成钻孔，注浆管20设于钻进设备10内，用于向形成的所述钻孔内灌输浆液，搅拌机构30也可伸缩的设于钻进设备10内，所述搅拌机构30在未使用时，其收缩于钻进设备10内，在使用时，搅拌机构30可伸出钻进设备10进行搅拌，且搅拌机构30的搅拌直径大于钻进设备10钻进形成的所述钻孔的直径。
在钻进设备10达到预设钻进位置形成钻孔后，启动注浆管20和搅拌机构30，此时伸出的搅拌机构30由于搅拌直径大于钻孔直径，因此在转动过程中可将钻孔壁周围的沙砾层或者粘土层附着的物料打落带入钻孔，带入钻孔的粘土、砂砾等物料与注浆管20灌输的浆料进一步在搅拌机构30的搅拌下充分混合，形成类混凝土的胶凝材料，该凝胶材料在底层凝结后具有很大的强度，最终加固边坡，加固完成后边坡稳定性明显增强，无边坡滑坡、垮塌现象发生。且一方面，一部分混合材料来自于钻孔内壁上的沙砾层或者粘土层，大大减少了注浆材料的使用量，降低施工成本；另一方面，在灌注浆料的过程中，由于可及时的混入其他物料并进行混合，使得灌输的料浆不会在地层中大范围流动，注浆材料的流动性小，对矿山周边生态环境影响小，安全且环保。
具体的，参照图1和图2所示，钻进设备10用于钻进并形成钻孔，钻进设备10内延其钻进方向设有一通孔101。其中，为了设置钻进设备10，并可对其钻进设备10的钻头进行便于更换，优选的，钻进设备10包括钻杆11及与所述钻杆11末端螺纹连接的钻头12，钻杆11与钻头12都为中空结构，相连的钻头11与钻头12相连后形成贯通的所述通孔101。另外，为了保证钻头12钻进过程中的强度，钻头12包括与钻杆11末端连接的钻柄121、与钻柄121相连的钻颈122及与钻颈122相连的钻进爪123。
参照图2和图3所示，注浆管20置于通孔101内，用于向钻孔内灌输浆液。优选的，注浆管20可以根据实际情况设置多个。其中，注浆管20连接地面的注浆泵。
结合图1～图4所示，搅拌机构30收缩于通孔101内，搅拌机构30包括伸缩杆31及连接伸缩杆31的搅拌组件32，搅拌组件32可在伸缩杆31的推动下伸出通孔101，伸出通孔101的搅拌组件32可展开，展开的所述搅拌组件32的最大搅拌直径D2大于钻进设备10钻进形成的钻孔的直径D1，较佳的，展开的所述搅拌组件32的最大搅拌直径D2大于钻进设备10钻进形成的钻孔的直径D1约2～4厘米，该范围内被打落的物料可满足混合凝固需要。
作为一种实施方式，参照图2所示，搅拌组件32的一端与伸缩杆31的末端铰接，另外一端与伸缩杆31滑动连接，使搅拌组件32可在伸缩杆31的推动下伸出通孔101，且搅拌组件32在朝向伸缩杆31的末端滑动过程中展开呈漏斗状，此处的漏斗状指呈现的截面轮廓为漏斗形。
示例性的，继续参照图2所示，搅拌组件32包括套设于伸缩杆31上且可沿伸缩杆31长度方向滑动的滑动套321、与滑动套321铰接的支撑杆322、及与支撑杆322铰接的搅拌杆323，搅拌杆323的远离支撑杆322的一端与伸缩杆31的末端铰接，滑动套321朝向伸缩杆31末端滑动，支撑杆322被推动并带动搅拌杆323使其展开呈漏斗状。优选的，为了便于滑动滑动套321，还包括设于通孔101内的推杆，推杆推动滑动套321滑动。
优选的，如图2和图3所示，搅拌杆323的远离伸缩杆31的一侧壁上设有多个齿状结构323-1，该齿状结构可使得灌输的浆料与打落的物料充分搅拌，进而确保形成的注浆柱的强度。
本实施例中，更优的，伸出通孔101并展开的搅拌组件32与钻进设备10相对固定，相对固定的结构可使得搅拌组件32借助钻进设备10的转动而转动，减少驱动机构的设置，便于结构简单化设计。且更重要的是，在退钻过程中，钻进设备10带动搅拌组件32转动，退钻的同时实现了灌浆搅拌，提高了施工效率，极大的节省了施工成本。
作为本发明相对固定的一种实施方式。参照图2和图3所示，在上述钻进设备10的设置基础上，将钻进爪123沿钻颈122的圆周间隔设有多个，每两个相邻的钻进爪123之间形成卡槽123-1，从而形成多个卡槽123-1。同时，支撑杆322与搅拌杆323均设有与钻进爪123数量相等的多个，一支撑杆322与一搅拌杆323铰接，且展开后一搅拌杆323可卡于一卡槽123-1内，此时多个搅拌杆232均卡于卡槽123-1内，对其进行周向限位，而展开的支撑杆322恰好抵接至卡槽123-1的内壁，对搅拌组件32进行了纵向的限位，从而实现了相对固定。该设置，避免了额外设置驱动机构用于驱动搅拌机构30转动，减少驱动机构的设置，便于整个装置的简单、轻量化设计。更重要的是，该装置可在钻进设备的进钻与退钻的过程中，分别完成钻孔、注浆搅拌并形成注浆柱，实现了一次伸入同时完成钻孔与灌注。优选的，钻杆11为螺旋钻杆，则该钻进设备10在钻进成孔的过程中进行正转，则在退钻过程进行反转，使用螺旋钻施工注浆孔不需提钻取岩芯，提高施效率。
实施例2
本发明还提供一种注浆施工方法，所述施工方法采用上述实施例1的注浆装置，具体的，参照图5所述，包括如下步骤：
S1、启动钻进设备10钻进，当达到预设的钻进位置并形成钻孔后。
S2、启动注浆管20向钻孔内灌输浆液。
S3、启动搅拌机构30进行搅拌；其中，启动搅拌机构30进行搅拌的过程具体包括：
S31、启动伸缩杆31，使搅拌组件32在伸缩杆31的推动下伸出钻进设备10的通孔101；
S32、启动搅拌组件32，使搅拌组件32转动，转动的搅拌组件32与钻孔内壁接触并打落内壁上的附着物料，且同时转动的搅拌组件32将打落的物料与浆液搅拌混合。
其中，上述的步骤S2和步骤S3中的2和3仅是为了对步骤进行说明，并不意味着对其实施的先后顺序进行限定。在实际操作过程中，可根据需要选择步骤S2和步骤S3的具体的先后顺序，在自动化控制的过程中也可同时实施步骤S2和步骤S3。优选的，先进行步骤S2，即先灌输浆料，再进行步骤S3。且更优的，在进行步骤S3的同时，可向上提钻，即退钻，也就是说，在提钻过程中伸缩搅拌机构开始工作，料浆与钻孔孔壁粘土层、沙砾层能等充分搅拌混合后形成注浆柱，该过程即完成了退钻，也完成了注浆柱的制备。
进一步，在伸出通孔101的搅拌组件32与钻进设备10相对固定时，启动搅拌组件32的过程即为启动钻进设备10，使钻进设备10带动搅拌组件32转动，且进一步，当钻进设备10为螺旋钻时，钻进设备10的正转钻进形成钻孔，反转退钻的过程中，带动搅拌组件32转动搅拌，同时注浆管20灌注浆料，该施工方法中，仅通过一个上述注浆装置实现了钻孔、注浆料、退钻、搅拌获得孔壁物料、并搅拌混合浆料与物料这一系列施工过程，效率高、用料少、成本低，且边坡加固效果明显。
其中，在实际施工过程中可以根据现场边坡稳定性采用平面施工或者立体施工，平面施工是在边坡表面按一定距离布置钻孔，在平面形成大量注浆柱加固边坡，如果边坡稳定性很差，可采用立体网格化注浆，进行平面布孔后，再垂直于平面注浆柱方向布置钻孔，最终形成立体网状注浆柱，最终提高边坡的稳定性。注浆钻孔密度可根据现场边坡稳定性确定，边坡稳定性较好一边布置20m见方注浆孔，边坡稳定性较差的可以适当减小注浆钻孔间距。
实施例3
某露天煤矿，不稳定边坡高度20米，面积约1000平方米，借助实施例1的注浆装置，采用实施例2的注浆施工方法进行注浆加固边坡，由于该边坡只有局部不稳定因此采用平面布置钻孔，在平面上按20米见方布置注浆孔，螺旋钻孔钻机施工后采用伸缩搅拌、注浆混合工艺注浆加固，最终施工20个注浆孔，边坡稳定性明显增强，边坡滑坡现在不再发生。
实施例4
某露天煤矿边坡由于受到降水侵蚀、施工作业震动等多因素影响，部分边坡极不稳定，边坡滑坡垮塌时有发生，严重威胁矿山生产。不稳定边坡高度40米，水平面积约2000平方米，由于该边坡极不稳定，最终借助实施例1的注浆装置，采用实施例2的注浆施工方法进行立体注浆，将不稳定边坡在水平面按20米见方设置注浆孔，然后在垂直于水平注浆孔方向再打注浆孔，采用伸缩搅拌、注浆混合工艺注浆加固。加固工作完成后边坡稳定性明显增强，无边坡滑坡、垮塌现象发生。
本发明的一种注浆装置及注浆施工方法，一方面，可仅通过所述注浆装置实现钻孔、注浆料、退钻、搅拌获得孔壁物料、并搅拌混合浆料与物料这一系列施工过程，施工效率高、用料少、成本低，且边坡加固效果明显；另一方面，在灌注浆料的过程中，由于可及时的混入其他物料并进行混合，使得灌输的料浆不会在地层中大范围流动，注浆材料的流动性小，对矿山周边生态环境影响小，安全且环保。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
