CN105697055B - 石门揭煤段煤体减尘加固结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿生产施工技术领域，具体涉及一种石门揭煤段煤体减尘加固结构及其施工方法，包括煤体表面设置的加固层和贯穿至煤体内部的多条注水孔；所述加固层采用水泥喷浆方式筑成；所述各注水孔自煤体表面向煤体内部呈放射形分布；在注水阶段，所述注水孔内设有膨胀注水器；注水结束后，所述注水孔由混凝土填充，且混凝土内预埋有钢丝绳。本发明的注水孔采用放射状布置，在注水阶段，由于封孔深度深，可以施加更大的注水压力，能够使水充分扩散湿润煤体，达到减尘效果，在加固阶段，各注水孔内的水泥柱能够对煤体形成一定的包裹，大大提高了加固效果。

Description

石门揭煤段煤体减尘加固结构及其施工方法
技术领域
本发明属于煤矿生产施工技术领域，具体涉及一种石门揭煤段煤体减尘加固结构及其施工方法。
背景技术
随着矿井开采向深部延伸，石门揭煤一直是煤矿安全管理重点，大断面石门揭煤、过煤段顶板及自由面容易发生片帮、漏顶引起瓦斯超限，甚至会引起煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸等重大事故。石门揭煤前，采用打钻抽采对揭煤段煤体进行区域消突措施，钻孔抽采后煤体松散且干燥，煤体间内摩擦角和内聚力减小易发生剪切破坏，导致揭煤期间，粉尘大且易抽漏。传统上，对煤体进行浅孔低压注水，因煤体本身渗透性差，造成注水效果有限。传统上，采用打锚杆、挂网、喷浆对自由面进行加固，炮后外露锚杆影响施工，锯断又影响下一步工序，传统方法不仅浪费成本，工序繁琐，且煤体自身没有得到加固，炮后，自由面加固间隙易片帮。目前国内外尚无效果很好的主动对煤体减尘加固施工工艺。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题在于如何提高煤体注水效果，同时提高煤体加固结构的可靠性。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种石门揭煤段煤体减尘加固结构，包括煤体表面设置的加固层和贯穿至煤体内部的多条注水孔；所述加固层采用水泥喷浆方式筑成；所述各注水孔自煤体表面向煤体内部呈放射形分布；在注水阶段，所述注水孔内设有膨胀注水器；注水结束后，所述注水孔由混凝土填充，且混凝土内预埋有钢丝绳；
所述加固层内部预埋有防裂网；
最上方的注水孔的内端延伸至与巷顶平齐位置处；
左右两侧注水孔的内端分别延伸至与左右巷帮平齐的位置处；
所述注水孔共设有五条，各注水孔的孔口均位于煤体表面的中间区域，其中四条注水孔的孔口呈矩形分布，另一条注水孔的孔口位于矩形中心；
所述混凝土由水泥浆和水玻璃混合而成，水泥浆的水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃的比例为7：1。
一种上述石门揭煤段煤体减尘加固结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤1：煤体揭露后，采用挂网喷浆的方式对自由面进行加固，在煤体中按放射状布置注水孔；
步骤2：注水孔施工结束后，将膨胀注水器接好注浆管路送入注水孔底，采用注浆泵进行注水，注水压力达到3～4MP，稳压后可将膨胀注水器向外退2m继续注水，注水压力达到2～3MP，稳压后再将膨胀注水器向外退至孔口，继续注水，注水压力不超过1MP，防止自由面煤体片帮；
步骤3：待注水孔注水结束后，将钢丝绳塞入注水孔，再用套管封堵孔口，注水泥浆和水玻璃混合的双液浆，待双浆液完全凝固，加固完成。
优选的，在步骤1中，采用钻头为￠42mm两翼型钻头开设注水孔，钻孔深度、角度等参数根据巷道断面而定，确保注水孔终点到巷帮、巷顶；
优选的，在步骤三中，水泥浆的水灰比1:1，水泥浆与水玻璃的比例为7：1；
优选的，所述双液浆的初凝时间控制在30s，终凝时间不超过4h，现场根据实际情况调整配比，初凝控制30s，保证停注后浆液不外流，终凝控制在4h以内，保证爆破后，钢丝绳水泥桩起到加固作用。
本发明的优点在于：本发明的注水孔采用放射状布置，在注水阶段，由于封孔深度深，可以施加更大的注水压力，能够使水充分扩散，在加固阶段，各注水孔内的水泥柱能够对煤体形成一定的包裹，有效的增加了煤体的内摩擦角和内聚力，使煤体形成整体，防止片帮或漏顶，有效解决了煤体粉尘大、易漏、自由面管理难的问题。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明的俯视图；
图4是本发明的自由面注水结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，图中空心尖头所示方向为巷道20的施工方向，一种石门揭煤段煤体减尘加固结构，包括煤体30表面设置的加固层10和贯穿至煤体30内部的多条注水孔11；所述加固层10采用水泥喷浆方式筑成；所述各注水孔11自煤体30表面向煤体30内部呈放射形分布；在注水阶段，所述注水孔11内设有膨胀注水器111；注水结束后，所述注水孔11由混凝土12填充，且混凝土12内预埋有钢丝绳121。本发明的注水孔11采用放射状布置，在注水阶段，能够使水充分扩散，在加固阶段，各注水孔1内的水泥柱12能够对煤体20形成一定的包裹，有效的增加了煤体30的内摩擦角和内聚力，使煤体30形成整体，防止片帮或漏顶，有效解决了煤体30粉尘大、易漏、自由面管理难的问题
优选的，所述加固层内部预埋有防裂网101，进一步提高加固层10的结构强度。
优选的，最上方的注水孔11的内端延伸至与巷顶21平齐位置处；左右两侧注水孔11的内端分别延伸至与左、右巷帮22a、22b平齐的位置处，保证水流充分扩散，提高防尘效果。
优选的，所述注水孔11共设有五条，各注水孔11的孔口均位于煤体30表面的中间区域，其中四条注水孔11的孔口呈矩形分布，另一条注水孔11的孔口位于矩形中心。
本发明的具体施工过程如下：
步骤1：煤体30揭露后，采用挂网喷浆的方式对自由面进行加固，在煤体中按放射状布置注水孔11，采用钻头为￠42mm两翼型钻头，钻孔深度、角度等参数根据巷道20断面而定，确保注水孔11终点到巷帮22a、22b和巷顶21。
步骤2：注水孔11施工结束后，将膨胀注水器111接好注浆管路送入注水孔11底，采用注浆泵进行注水，注水压力达到4MP，稳压后可将膨胀注水器111向外退2m继续注水，注水压力达到3MP，稳压后再将膨胀注水器111向外退至孔口，继续注水，注水压力不超过1MP，防止煤体30自由面片帮。
步骤3：待注水孔11注水结束后，将废旧细钢丝绳121塞入注水孔11，再用600mm套管122封堵，注水泥浆和水玻璃混合而成的双液浆。水泥浆的水灰比1:1，水泥浆与水玻璃(波美度39)的比例为7：1，双液浆的初凝时间控制在30s，终凝时间不超过4h，现场可根据实际情况调整配比，初凝控制30s，保证停注后浆液不外流，终凝控制在4h以内，保证爆破后，钢丝绳水泥桩起到加固作用。
每茬爆破后，外露出来的水泥桩的水泥在爆破震动下自动剥离，柔性细钢丝绳121可以盘起或自然垂下，不影响迎头其他工序。
揭煤期间，以上步骤1至3步，每2炮循环一次，起到减尘和加固煤体的作用。
所述的膨胀注水器111，在水压力作用下体积膨胀，外壁与孔壁产生挤压，达到封孔效果，由于封孔长度长，且深入孔底确保煤体能承受较大的注水压力。其优点是可以重复使用，灵活性强，加快了注水进度，节省了封口材料。
所述的注水孔11参数，根据巷道20断面可适当进行调整，确保注水效果和放射形钢丝绳水泥桩的夹制作用。
所述双液浆，由水泥浆和玻璃水通过混合器融合而成，单液浆和水玻璃的配比决定初凝时间，注浆前，现场调配比例，确保初凝时间最优。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：包括煤体表面设置的加固层和贯穿至煤体内部的多条注水孔；所述加固层采用水泥喷浆方式筑成；所述各注水孔自煤体表面向煤体内部呈放射形分布；在注水阶段，所述注水孔内设有膨胀注水器；注水结束后，所述注水孔由混凝土填充，且混凝土内预埋有钢丝绳。
2.根据权利要求1所述的石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：所述加固层内部预埋有防裂网。
3.根据权利要求1所述的石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：最上方的注水孔的内端延伸至与巷顶平齐位置处。
4.根据权利要求1所述的石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：左右两侧注水孔的内端分别延伸至与左右巷帮平齐的位置处。
5.根据权利要求1所述的石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：所述注水孔共设有五条，各注水孔的孔口均位于煤体表面的中间区域，其中四条注水孔的孔口呈矩形分布，另一条注水孔的孔口位于矩形中心。
6.根据权利要求1所述的石门揭煤段煤体减尘加固结构，其特征在于：所述混凝土由水泥浆和水玻璃混合而成，水泥浆的水灰比为1:1，水泥浆与水玻璃的比例为7：1。
7.一种权利要求1-6任意一项所述石门揭煤段煤体减尘加固结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：煤体揭露后，采用挂网喷浆的方式对自由面进行加固，在煤体中按放射状布置注水孔；
步骤2：注水孔施工结束后，将膨胀注水器接好注浆管路送入注水孔底，采用注浆泵进行注水，注水压力达到3～4MP，稳压后可将膨胀注水器向外退2m继续注水，注水压力达到2～3MP，稳压后再将膨胀注水器向外退至孔口，继续注水，注水压力不超过1MP，防止自由面煤体片帮；
步骤3：待注水孔注水结束后，将钢丝绳塞入注水孔，再用套管封堵孔口，注水泥浆和水玻璃混合的双液浆，待双浆液完全凝固，加固完成。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤1中，采用钻头为￠42mm两翼型钻头开设注水孔，钻孔深度、角度根据巷道断面而定，确保注水孔终点到巷帮、巷顶。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：在步骤3中，水泥浆的水灰比1:1，水泥浆与水玻璃的比例为7：1。
10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述双液浆的初凝时间控制在30s，终凝时间不超过4h，现场根据实际情况调整水泥浆的水灰比和/或水泥浆与水玻璃的比例，初凝时间控制在30s，保证停注后浆液不外流，终凝时间控制在4h以内，保证爆破后，钢丝绳水泥桩起到加固作用。
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