CN105927232B - 一种矿井无空白区深堵浅注注浆方法及注浆安全防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井无空白区深堵浅注注浆方法和安全防护装置，该注浆方法用于煤岩体比较破碎顶板，包括以下步骤：利用多个长堵注浆孔的注浆所形成帷幕屏障来约束注浆区域的步骤；以及利用多个浅注注浆孔的注浆对帷幕屏障所约束的注浆区域的煤岩体裂隙进行充填加固的步骤，其中，浅注注浆孔的孔深度小于长堵注浆孔的深度。本发明注浆方法采用深孔封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用，浅孔在有限空间充填裂隙加固煤岩体。本发明还通过控制孔间距使两个注浆孔有相互叠加区域来削减注浆空白区域。本发明采用深堵浅注注浆方法、注浆孔优化布置和安全防护装置三位一体注浆工艺，有效控制了顶板事故发生，为煤矿安全生产提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭矿山开采领域，尤其涉及一种矿井注浆方法及注浆安全防护装置。
背景技术
随着煤矿资源的大量开采，矿井开采深度、强度增加，煤矿生产地质条件也日趋复杂，深部高地应力、采动影响、松软破碎围岩巷道和大采高工作面顶板控制越来越大困难，制约矿井安全高效生产的瓶颈。
破碎顶板注浆是一种有效治理片帮冒顶事故方法。综采工作面和巷道掘进遇到地质条件复杂断层、破碎带等构造，构造区域范围内煤层及顶底板被挤压破碎、松散，局部漏顶严重，施工困难，对生产带来严重影响，为了更好的防止煤壁片帮，破碎顶板化学注浆加固，确保工作面正常推进回采，既保障了回采工作面的生产安全，确保了工作面的正常回采推进，又缓解了矿井接替紧张的局面，为我矿安全、高效建设做出了重大贡献。
目前现场注浆存在注浆环境不安全，注浆可能存在空白区域，注浆区域不能控制，注浆材料浪费，注浆效果差，导致注浆施工质量不合格，留下安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿井无空白区深堵浅注注浆方法，以克服注浆存在空白区域而遗留的安全隐患。
本发明的目的还在于提供一种安全防护装置，以提升注浆现场的安全。
为此，本发明一方面提供了一种矿井深堵浅注注浆方法，用于煤岩体比较破碎顶板，该注浆方法包括以下步骤：利用多个长堵注浆孔注浆后所形成帷幕屏障来约束注浆区域的步骤；以及在帷幕屏障所约束的注浆区域开设多个浅注注浆孔，利用多个浅注注浆孔对煤岩体裂隙进行注浆充填的步骤，其中，长堵注浆孔的深度大于浅注注浆孔的深度。
进一步地，上述注浆方法还包括通过控制注浆孔的间距为注浆扩散范围的半径的1.4～1.7倍以消减注浆空白区域的步骤，优选地，注浆孔的间距为注浆扩散范围的半径的1.5～1.6倍。
进一步地，上述长堵注浆孔的深度比浅注注浆孔的深度超出1～4米，优选地，长堵注浆孔的深度比浅注注浆孔的深度超出2～3米。
进一步地，上述帷幕屏障包括沿工作面方向按照预定距离间隔布置的两组长堵注浆孔。
进一步地，上述每组长堵注浆孔包括在距离直接顶的煤层厚度1/3处的煤壁上垂直于煤壁方向延伸的煤壁长堵注浆孔、以及在煤层与直接顶的交界处的工作面斜上方延伸并接触到老顶的顶板长堵注浆孔。
进一步地，上述多个浅注注浆孔包括煤壁注浆孔和顶板注浆孔，其中，煤壁注浆孔垂直于煤壁延伸，顶板注浆孔在在煤层与直接顶的交界处的工作面斜上方延伸并接触到老顶。
进一步地，上述多个长堵注浆孔的布置方式如下：在巷道两角各施工长堵注浆孔，长堵注浆孔的方位角与巷道夹角为10度，在巷道两角的长堵注浆孔之间均匀布置垂直迎头孔，倾角为25～30度，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固。
进一步地，上述多个长堵注浆孔的布置方式如下：在两个长堵注浆孔之间布置浅注注浆孔，其中，首先在巷道两角各施工浅注注浆孔，浅注注浆孔方位角与巷道夹角为10度，在巷道两角的浅注注浆孔之间均匀布置垂直迎头孔，倾角为20～25度，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固。
根据本发明的另一方面，提供了一种注浆安全防护装置，用于对根据上面所描述的矿井深堵浅注注浆方法中的注浆孔进行安全防护，注浆安全防护装置包括注浆孔防护罩、以及与注浆防护罩连接的第一调节支腿和第二调节支腿。
进一步地，上述注浆安全防护装置还包括综采液压支架，综采液压支架包括采煤机电缆槽，其中第一调节支腿固定连接至采煤机电缆槽。
依照现有技术的注浆方法，注浆液煤岩体无约束，导致材料浪费，本发明通过开设长堵注浆孔封堵四周裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用，再开设浅注注浆孔在有限空间充填裂隙加固煤岩体，如此节约材料，降低成本。
与现有技术相比，本发明采用深浅孔配合并优化注浆孔布置，为井下注浆施工设计安全防护装置。深孔封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用，浅孔在有限空间充填裂隙加固煤岩体。将注浆孔进行了优化布置，间距由传统的2倍注浆扩散倍可有效清除注浆空白带，提高注浆质量。安全防护装置为工人现场施工提供安全保障。该发明方法及装置能安全、有效、经济地控制矿井煤岩体片帮冒顶的发生。尤其在大采高工作面和掘进巷道，采用本发明注浆方法、注浆孔优化和安全防护装置三位一体注浆工艺，有效控制了顶板事故发生，为煤矿安全生产提供了保障。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明一实施例的矿井无空白区深堵浅注注浆方法应用于综采工作面的示意图；
图2为根据本发明一实施例的矿井无空白区深堵浅注注浆方法应用于巷道围岩注浆加固及安全防护的示意图；
图3a和图3b为根据本发明一实施例的综采工作面深堵浅注注浆孔布置图；
图4a和图4b为根据本发明一实施例的巷道围岩深堵浅注注浆孔布置图；
图5为现有注浆方法的空白区注浆孔布置图；
图6为根据本发明一实施例的无空白区注浆孔优化布置图；以及
图7为根据本发明一实施例的注浆安全防护装置的结构示意图。
附图标记说明
1、综采液压支架； 2、采煤机电缆槽；
3、螺栓； 4、卡槽；
5、方位调环； 6、伸缩杆外径；
7、伸缩杆内径； 8、注浆管；
9、防护罩； 10、高压软管；
11、倾角调环； 12、固环；
13、伸缩杆支托； 14、破碎顶板；
15、注浆影响范围； 16、浅注注浆孔；
17、长堵注浆孔； 18、注浆孔；
19、注浆空白区域； 20、进风顺槽；
21、回风顺槽； 22、短孔加固影响区域；
23、长孔封堵影响区域； 24、迎头；
25、菱形防护网。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明采用深堵浅注注浆方法、注浆孔优化布置和安全防护装置三位一体注浆工艺，有效控制了顶板事故发生，为煤矿安全生产提供了保障。
在本发明的一实施例中，结合参照图1、图3a和图3b(或者结合参照图2、图4a和图4b)，深堵浅注注浆方法用于煤岩体比较破碎顶板14，开设长堵注浆孔17封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用，再开设浅注注浆孔16在有限空间充填裂隙加固煤岩体，克服了现有的注浆液煤岩体无约束，导致材料浪费的问题。
在本实施例的深堵浅注注浆方法中，形成了浅注注浆孔16、长堵注浆孔17、注浆影响范围15、短孔加固影响区域22和长孔封堵影响区域23。在煤岩体比较破碎顶板14，先施工长堵注浆孔17，长孔封堵影响区域23封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用，再施工浅注注浆孔16在有限空间充填裂隙加固煤岩体。每个循环采用长浅注注浆孔配合方法，长孔前方封堵有限军空间，短孔在有限空间加固煤岩体，这样节约材料，降低成本。
在本实施例中，长堵注浆孔的深度比浅注注浆孔的深度超出1～4米(例如超出1米、1.5米、2米、2.5米、3米、3.5米)，优选地，所述长堵注浆孔的深度比浅注注浆孔的深度超出2～3米。具体合适的超出数值可根据现场试验获得。
在本发明的一实施例中，结合参照图5和图6，注浆孔优化布置是将间距由传统的2倍注浆影响范围(如图5所示)缩短为倍注浆影响范围(如图6所示)，可有效消除注浆空白区域19，提高注浆质量。
在本实施例中，假定煤岩体是均质体，注浆孔在一定煤岩体扩散范围就是以注浆孔为圆心，以扩散范围注浆影响范围15半径r的1个圆，两个注浆孔间距为L＝2r，存在一定空白注浆区域19，存在安全隐患，两个注浆孔间距为两个注浆孔有相互叠加区域，削除了注浆空白区域19。
在本发明的其他实施例中，两个注浆孔间距小于2r，优选为1.4～1.7之间(例如1.4倍、1.141倍、1.45倍、1.5倍、1.55倍、1.6倍、1.65倍、1.7倍)，注浆空白区域19面积有效减小，并形成叠加区域，与现有注浆孔间距相比，提高了注浆质量。更优选地为1.5～1.6倍。
在本发明的一实施例中，结合参照图1、图2和图7，安全防护装置用于消除在对现场冒顶和片帮区域进行注浆施工所存在的安全隐患，采用帽式防护罩9护住冒落危险区，伸缩调整控制防护范围，提高移动防护装置效率。
在本实施例中，安全防护装置包括第一调节支腿、第二调节支腿和帽式防护罩9。各调节支腿包括方位调环5、伸缩杆外径6、伸缩杆内径7、螺栓3、倾角调环11和伸缩杆支托13。
根据设计两个注浆孔间距为结合现场地质条件，布置开注浆孔，把帽式防护罩9套在开孔位置处，用一个架腿调节方位角，伸缩杆调节煤壁采煤机电缆槽2距离，调到合适处用螺栓3连接伸缩杆外径6和伸缩杆内径7。
螺栓3丝扣拧紧，架腿未端用卡槽4卡在采煤机电缆槽2，螺栓3固定。另一个架腿调节倾角，调到合适处用螺栓3连接伸缩杆外径6和伸缩杆内径7螺栓3丝扣拧紧，架腿未端用伸缩杆支托13固定。
当调整完毕，开始注浆施工。布置下个注浆孔，松动螺栓3，一个架腿在采煤机电缆槽2上滑动，整体推动注浆安全防护装置，按照上述步骤操作调整防护位置，提高移动防护装置效率，为注浆现场施工提供安全环境。
实施例1
综采工作面大采高顶板片帮冒顶处，如图1所示，先将注浆孔进行了优化布置，假定煤岩体是均质体，注浆孔在该煤岩体扩散范围就是以注浆孔为圆心，以注浆影响范围15为半径r的圆，如图5所示，A为DE的中点，B、C为注浆孔18，设注浆孔18在一定煤岩体扩散范围15半径为r，则注浆孔18间距L＝2r，由勾股定理得，AB的长度为
在实际注浆过程中，按照2倍的煤岩体扩散范围的半径布置抽采钻孔间距，会形成注浆空白区域19，为工作面回采留下安全隐患。为了消除注浆空白区域19，就要重新确定合理注浆孔18间距，如图6所示，现把线段AB的长度作为煤岩体扩散范围的半径，则重新确定的合理注浆孔18间距L'与煤岩体扩散范围的半径r的关系式为
由于煤岩体比较破碎，无约束空间，导致注浆材料无节制乱跑，造成材料浪费。在煤岩体比较破碎顶板14，如图1和3a所示，先施工长堵注浆孔17两个，其中一个堵注浆孔为靠近直接顶的煤煤层厚度三分之一的位置上，在综采液压支架1保护下，垂直于煤壁开设一个6m的煤壁长堵注浆孔，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为2MPa；另一个在煤层与直接顶的交界处，向工作面斜上方开设的顶板长堵注浆孔，深度为8m，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为3MPa。
如图3a所示，上述煤壁长堵注浆孔和顶板长堵注浆孔为一组，每组钻孔在工作面方向上的间距为6m，这长孔封堵影响区域23封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用。
再施工两个浅注注浆孔16，其中一个浅注注浆孔为垂直于煤壁开设一个3m的煤壁注浆孔，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为2MPa；另一个浅注注浆孔为在煤层与直接顶的交界处、向工作面斜上方开设的顶板注浆孔162，深度为4m，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为3MPa。
上述煤壁注浆孔和顶板注浆孔为一组，每组钻孔在工作面方向上的间距为6m，分别布置长堵注浆孔17之间，如图3b所示，这样在有限空间充填裂隙加固煤岩体。每个循环采用长浅注注浆孔配合方法，长孔前方封堵有限军空间，短孔在有限空间加固煤岩体，这样节约材料，降低成本。
根据设计两个注浆孔间距为每个循环采用长浅注注浆孔配合方法，结合现场地质条件，布置开注浆孔，把防护罩9套在开孔位置处，如图7所示，用一个架腿调节方位角，伸缩杆调节煤壁采煤机电缆槽2距离，调到合适处用螺栓3连接伸缩杆外径6和伸缩杆内径7螺栓3丝扣拧紧，架腿未端用卡槽4卡在采煤机电缆槽2，螺栓3固定。另一个架腿调节倾角，调到合适处用螺栓3连接伸缩杆外径6和伸缩杆内径7螺栓3丝扣拧紧，架腿未端用伸缩杆支托13固定。当调整完毕，开始注浆施工。布置下个注浆孔，松动螺栓3，一个架腿在采煤机电缆槽2上滑动，整体推动注浆安全防护装置，按照上述步骤操作调整防护位置，提高移动防护装置效率，为注浆现场施工提供安全环境。
实施例2
松软破碎围岩掘进巷道顶板片帮冒顶处，导致巷道无法正常掘进，由于煤岩体比较破碎，无约束空间，导致注浆材料无节制乱跑，造成材料浪费。在煤岩体比较破碎顶板14，如图2和图4a所示，先在巷道两角各施工长堵注浆孔17，方位角与巷道夹角为10度，起到护帮约束的目的，对角孔两者间均匀布置长堵注浆孔17，即垂直迎头孔(图4a中仅示出一个)，倾角为25～30度，以接触到老顶为准，控制迎头前方顶板，起到护顶约束有限空间，深度为5m，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为2MPa。这长孔封堵影响区域23封堵前方裂隙，起到帷幕屏障约束注浆区域作用。
如图4b所示，在两个长堵注浆孔17之间，布置浅注注浆孔16，先在巷道两角各施工浅注注浆孔16，方位角与巷道夹角为10度，起到护帮约束的目的，对角孔两者间均匀布置垂直迎头孔，倾角为20～25度，以接触到老顶为准，控制迎头前方顶板，起到护顶约束有限空间，深度为2.5m，用注浆材料进行注浆加固，注浆压力为2MPa。开孔位置距巷道顶向下200mm，这样在有限空间充填裂隙加固煤岩体。每个循环采用长浅注注浆孔配合方法，长孔前方封堵有限军空间，短孔在有限空间加固煤岩体，这样节约材料，降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种矿井深堵浅注注浆方法，用于煤岩体比较破碎顶板，其特征在于，包括以下步骤：
利用多个长堵注浆孔注浆后所形成帷幕屏障来约束注浆区域的步骤；以及
在所述帷幕屏障所约束的注浆区域开设多个浅注注浆孔，并利用所述多个浅注注浆孔对煤岩体裂隙进行注浆充填的步骤，
其中，所述长堵注浆孔的深度大于所述浅注注浆孔的深度；通过控制所述注浆孔的间距为注浆扩散范围的半径的1.4～1.7倍以削减注浆空白区域；利用注浆安全防护装置对注浆孔进行防护。
2.根据权利要求1所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，所述长堵注浆孔的深度比所述浅注注浆孔的深度超出1～4米。
3.根据权利要求1所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，所述帷幕屏障由沿工作面方向按照预定距离间隔布置的两组长堵注浆孔注浆后形成。
4.根据权利要求3所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，每组长堵注浆孔包括在距离直接顶的煤层厚度1/3处的煤壁上垂直于煤壁方向延伸的煤壁长堵注浆孔、以及在煤层与直接顶的交界处的工作面斜上方延伸并接触到老顶的顶板长堵注浆孔。
5.根据权利要求4所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，所述多个浅注注浆孔包括煤壁注浆孔和顶板注浆孔，其中，所述煤壁注浆孔垂直于煤壁延伸，所述顶板注浆孔在在煤层与直接顶的交界处的工作面斜上方延伸并接触到老顶。
6.根据权利要求1所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，所述多个长堵注浆孔的布置方式如下：在巷道两角各施工长堵注浆孔，所述长堵注浆孔的方位角与巷道夹角为10度，在所述巷道两角的长堵注浆孔之间均匀布置垂直迎头孔，倾角为25～30度，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固。
7.根据权利要求6所述的矿井深堵浅注注浆方法，其特征在于，所述多个浅注注浆孔的布置方式如下：在两个所述长堵注浆孔之间布置浅注注浆孔，其中，首先在巷道两角各施工浅注注浆孔，所述浅注注浆孔方位角与巷道夹角为10度，在所述巷道两角的浅注注浆孔之间均匀布置垂直迎头孔，倾角为20～25度，以接触到老顶为准，用注浆材料进行注浆加固。
8.一种注浆安全防护装置，其特征在于，用于对根据权利要求1至7中任一项所述的矿井深堵浅注注浆方法中的注浆孔进行防护，所述注浆安全防护装置包括注浆孔防护罩、以及与所述注浆防护罩连接的第一调节支腿和第二调节支腿。
9.根据权利要求8所述的注浆安全防护装置，其特征在于，还包括综采液压支架，所述综采液压支架包括采煤机电缆槽，其中所述第一调节支腿固定连接至所述采煤机电缆槽。
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