CN105952475A - 一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法 - Google Patents
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Abstract
旧式采煤工艺采用巷式高落式采煤，在一些资源整合矿井残采区内遗留了大量空巷，其中多数巷道已冒顶，形成冒落废巷；如今在工作面回采穿越这些废巷时，极易出现片帮、冒顶事故。必须采取注浆加固方案防治顶板事故，但该方案却存在冒落破碎区打钻困难、易漏浆等问题；故本发明提供了一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法；该方法通过选用一种水灰比可调范围大的新型双液无机注浆材料，采用“分次成孔，插管注浆”的工艺，解决了在废巷冒落破碎区打钻注浆经常遇到的卡钻、塌孔、漏浆等诸多问题，避免工作面开采时片帮、冒顶事故的发生；此外该方法施工工艺简单且效果显著，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿废巷加固领域，特别是指一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法。
背景技术
随着煤炭资源的大规模高强度开采，我国许多煤矿尤其是资源整合型矿井存在着工作面过废巷问题。这些废巷通常为过去小煤矿采用落后的采煤方法留下的以掘代采的煤巷。这些废巷的存在严重影响着矿井的采掘部署与工作面的生产安全，贸然通过极易引发瓦斯、顶板事故。根据这些废巷的存在形式可将其分为完整型与冒落型。如图3所示，前两种废巷为完整型，第三种为冒落型。完整型废巷的特点为：由于维护条件相对较好，没有出现大范围冒顶、片帮现象，巷道具有连续且较大的空间。冒落型废巷的特点为：在原来巷式开采后，巷道处于无支护或较差的支护条件下，顶板在长期矿压作用下发生冒落，巷道空间被碎胀的煤矸石填满充实。如果不对以上两种类型的废巷进行治理，采煤工作面推进至废巷影响区域时将很可能会发生片帮、冒顶事故。针对完整型废巷治理已有相关较为有效的方法，然而针对冒落型废巷却缺少行之有效的治理方法。
针对注浆法治理冒落废巷，首先由于钻孔要穿越冒落矸石区，钻孔深度可达数十米甚至上百米，一方面在一些破碎及空虚较严重段会出现钻进困难现象，可能会遇到排渣困难、卡钻、掉钻甚至扭断钻杆情况，另一方面可能会出现因塌孔引发的成孔难问题；其次由于新掘回采巷道时大范围揭露了这些废巷，冒落矸石带与巷道空间相连通，构成了漏浆通道。若不采取有效措施，直接注浆一方面可能会因浆液固化较慢出现浅部漏浆问题，另一方面可能会因浆液固化较快出现浆液扩散范围变小，引发固化浆液封堵钻孔情况，导致深部破碎区域得不到有效加固。
发明内容
本发明解决了现有技术中在废巷冒落破碎区打钻注浆经常遇到的卡钻、塌孔、漏浆等诸多问题，避免工作面开采时片帮、冒顶事故的发生的问题，提出一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其步骤包括：
（1）分步成孔：
a.由液压钻机斜交巷道开孔，用直径≥110mm的钻头钻进3～6m，之后退钻，下套筒（5），为便于排渣钻孔要设置一定的仰角，一般为3°～6°；
b.安装套筒法兰盖（1），在孔口处塞入棉纱(4)，将注浆管路连接套筒截止阀（3）；
c.选用双液注浆泵并采用0.8：1～1.0：1的新型注浆材料一次注浆加固孔口，等孔口返浆后停注；
d.半小时后，变换75mm直径钻头，开钻套孔，钻头将依次穿越浆液固结体、煤体或冒落区矸石；
e.钻进过程中，出现卡钻、排渣困难等异常现象时，应立即退钻，重复步骤c注浆加固破碎区松散煤矸，此时注浆量不可过大，否则会封堵漏浆通道，影响后续注浆时浆液扩散范围，一般注浆压力要小于1MPa；半小时后开钻套孔，再次出现钻进异常时，重复注浆、套孔工艺，直至孔深达设计深度，钻孔终孔一般要穿越破碎区。
（2）插管注浆：分步成孔后，将铝塑管插入钻孔直至距孔底1～2m，之后将铝塑管与镀锌钢管用连接件（9）连接并继续向钻孔内插入直至孔底，然后向钻孔内塞入棉纱(4)并捅入孔内距孔口5～8m，之后在钻孔内插入封孔导流管（7）直至孔口5～8m的棉纱处，之后在孔口处塞入棉纱，然后连接封孔导流管（7），选用低水灰比的新型注浆材料，通过双液注浆设备进行注浆封孔，最后连接直通（6），选用高水灰比新型注浆材料，通过注浆设备对废巷冒落区进行注浆加固，当巷道表面出现漏浆时，用棉纱及时堵漏，并降低注浆材料水灰比，成功堵漏后，再次增大注浆材料水灰比，复注；
（3）效果检测：首先，在对冒落废巷影响区域首轮设计钻孔（11）打钻、注浆加固完成后，设计检验钻孔（12），检验钻孔（12）与巷道中线的倾斜方向与首轮设计钻孔相反；然后，用液压钻机施工检验钻孔，根据检验钻孔在钻进工程中的出现卡钻、掉钻、排渣困难等异常现象的情况，判断首轮注浆效果；之后，在检验钻孔（12）施工完成后，采用钻孔窥视仪对检验钻孔进行窥视，根据窥视情况，判断首轮注浆扩散情况，最后，根据之前对检验钻孔注浆效果的判断情况，决定是否有必要复注。
进一步，步骤（1）中开孔直径≥110mm，终孔直径≥75mm，套筒直径略小于开孔直径，套筒上焊有截止阀用于连接注浆管路，并且焊有法兰盘（2）。
进一步，步骤（1）中采用的注浆材料为一种双液无机注浆材料，其分A、B两种组分构成，A组分由主料硫铝酸盐水泥熟料以及按重量计配配以4%～6%的添加剂组成，B组分由70%～85%的石膏和15%～30%的石灰以及按重量计配以3%～5%的添加剂组成；该材料低水灰比为0.8：1～1.0：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现3～5min初凝，5～15min终凝；该材料高水灰比为3.0：1～4.0：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现10～30min初凝，30～60min终凝。
进一步，步骤（1）中钻孔的深度要根据冒落废巷的情况，一般要穿过破碎区；为了便于排渣，钻孔设置一定仰角，一般为3°～6°。
进一步，步骤（2）中铝塑管及镀锌钢管一般为六分管；孔口镀锌钢管上焊有直通（6），以连接注浆管路。
进一步，注浆系统主要由一台大流量液压双液注浆泵，两台气动搅拌桶及一些管路设施组成。
本发明的有益效果是：
1.工艺简单，施工效率高。采用了依靠新型注浆材料的分步成孔工艺，大大减少了掉钻、卡钻、排渣困难等钻进异常现象，提高了破碎区成孔效率，减少了施工时间。
2.成本低廉、安全性好。钻孔浅部1～2m插管采用了镀锌钢管，能够耐压保证安全；深部选用了较为廉价的铝塑管，大大节省了成本且不影响割煤。
3.通过本方法可以使得浆液的扩散趋势变为由钻孔深部向浅部，有效保证了整个破碎区域的加固效果，并且避免了浆液过慢、过快凝固引发的漏浆、堵孔问题，通过插管也避免了因塌孔引发浆路不畅的问题。
4.通过效果检测可以了解首轮注浆加固作业的情况，发现其中的不足，并且针对效果不好的区域进行补注，提高了加固工程的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 钻孔插管示意图；
图2 套筒示意图；
图3 废巷剖面图；
图4 钻孔布置平面示意图。
其中，1.法兰盖，2.法兰，3.截止阀，4.棉纱,5.套筒，6.直通，7.封孔导流管，8.镀锌钢管，9.连接件，10.铝塑管，11.设计钻孔，12.检验钻孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，
1.分步成孔工艺按如下步骤操作进行：：
a.由液压钻机斜交巷道开孔，用直径≥110mm的钻头钻进3～6m，之后退钻，下套筒5，为便于排渣钻孔要设置一定的仰角，一般为3°～6°。
b.安装套筒法兰盖1，在孔口处塞入棉纱4，将注浆管路连接套筒截止阀3。
c.选用双液注浆泵并采用0.8：1～1.0：1的新型注浆材料一次注浆加固孔口，等孔口返浆后停注。
d.半小时后，变换75mm直径钻头，开钻套孔，钻头将依次穿越浆液固结体、煤体或冒落区矸石。
e.在步骤d钻进过程中，出现卡钻、排渣困难等异常现象时，应立即退钻，重复步骤b注浆加固破碎区松散煤矸，此时注浆量不可过大，否则会封堵漏浆通道，影响后续注浆时浆液扩散范围，一般注浆压力要小于1MPa；半小时后开钻套孔，再次出现钻进异常时，重复注浆、套孔工艺，直至孔深达设计深度，钻孔终孔一般要穿越破碎区。
2.插管注浆工艺按如下步骤操作进行：
a.成孔后，将铝塑管插入钻孔直至距孔底1~2m，之后将铝塑管与镀锌钢管用连接件（9）连接，并继续向钻孔内插入直至孔底。
b.向钻孔内塞入棉纱并捅入孔内距孔口5～8m。
c.在钻孔内插入封孔导流管（7）直至孔口5～8m的棉纱处，之后在钻孔浅部塞入棉纱（4）。
d.连接封孔导流管（7），选用0.8：1～1.0：1水灰比的新型注浆材料，通过双液注浆设备进行注浆封孔。
e.连接直通（6），选用3.0:1～4.0:1水灰比新型注浆材料，通过注浆设备对废巷冒落区进行注浆加固，当巷道表面出现漏浆时，用棉纱及时堵漏，并降低注浆材料水灰比，成功堵漏后，再次增大注浆材料水灰比，复注，注浆终止压力一般不低于8MPa。
3.效果检测方法按如下步骤操作进行：
a.在对冒落废巷影响区域首轮设计钻孔（11）打钻、注浆加固完成后，设计检验钻孔（12），检验钻孔（12）与巷道中线的倾斜方向与首轮设计钻孔（11）相反。
b.用液压钻机施工检验钻孔（12），根据检验钻孔（12）在钻进工程中的出现卡钻、掉钻、排渣困难等异常现象的情况，判断首轮注浆效果。
c.在检验钻孔（12）施工完成后，采用钻孔窥视仪对检验钻孔（12）进行窥视，根据窥视情况，判断首轮注浆浆液扩散情况。
d.根据步骤b、步骤c对检验钻孔注浆效果的判断情况，决定是否有必要补注。
要实现上述目的，开孔位置一般选在实体煤处，尽量不要选在破碎区域，钻孔与巷道中线的夹角要根据现场冒落废巷的分布情况，一般为40°～60°。
要实现上述目的，镀锌钢管宜采用每节1.5～2.0m，一般情况下当钻孔深度小于50m时，镀锌钢管及铝塑管均选用四分管，在钻孔深度大于50m时，则选用六分管。
要实现上述目的，需采用一种新型双液无机注浆材料，本方法中选用的新型注浆材料分A、B两种组分构成，A组分由主料硫铝酸盐水泥熟料以及按重量计配配以4%～6%的添加剂组成，B组分由70%～85%的石膏和15%～30%的石灰以及按重量计配以3%～5%的添加剂组成；该材料低水灰比为0.8：1～1.0：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现3～5min初凝，5～15min终凝；该材料高水灰比为3.0：1～4.0：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现10～30min初凝，30～60min终凝。
通过依靠低水灰比新型注浆材料的速凝作用来快速实现固定套管、封孔、加固破碎区孔壁煤矸，有效避免了卡钻、掉钻、塌孔等诸多问题，并有助于节省施工时间，快速成孔；成孔后钻孔浅部5~8m插入镀锌钢管和封孔导流管并注入低水灰比的新型注浆材料实现封孔，可避免注浆初始时破碎介质漏浆，提高封孔质量，浅部镀锌钢管可以起到承压的作用，保证了安全并利于提高注浆压力；在钻孔深部直至孔底插入铝塑管，铝塑管与钻孔将形成环形空间，形成浆液流动通道。之后灌注高水灰比新型注浆材料，此时浆液凝结时间变长，到达孔底后，将首先使钻孔深部破碎区域得到加固，之后随着注浆压力的升高，浆液将沿钻孔环形空间逆流，实现铝塑管内外压力均衡并逐步对浅部破碎区域加固；通过效果检测环节可以了解注浆情况，并且针对一些效果不好的区域进行补注，保证了加固工程的可靠性。
要实现上述目的，注浆系统需由一台大流量液压双液注浆泵，及两台气动搅拌桶与一些管路设施组成；由于冒落区注浆量往往较大，大流量注浆泵可满足注浆需要，提高施工效率，气动搅拌桶操作灵活，可根据浆液的稀稠情况调节转速，以达到最佳的搅拌效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)
1.一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其特征在于：其步骤包括：
（1）分步成孔：
a.由液压钻机斜交巷道开孔，用直径≥110mm的钻头钻进3～6m，之后退钻，下套筒（5），为便于排渣钻孔要设置一定的仰角，一般为3°～6°；
b.安装套筒法兰盖（1），在孔口处塞入棉纱(4)，将注浆管路连接套筒截止阀（3）；
c.选用双液注浆泵并采用0.8：1～1.0：1的新型注浆材料一次注浆加固孔口，等孔口返浆后停注；
d.半小时后，变换75mm直径钻头，开钻套孔，钻头将依次穿越浆液固结体、煤体或冒落区矸石；
e. 步骤d钻进过程中，出现卡钻、排渣困难等异常现象时，应立即退钻，重复步骤b注浆加固破碎区松散煤矸，此时注浆量不可过大，否则会封堵漏浆通道，影响后续注浆时浆液扩散范围，一般注浆压力要小于1MPa；半小时后开钻套孔，再次出现钻进异常时，重复注浆、套孔工艺，直至孔深达设计深度，钻孔终孔一般要穿越破碎区；
（2）插管注浆：分步成孔后，将铝塑管插入钻孔直至距孔底1～2m，之后将铝塑管与镀锌钢管用连接件（9）连接并继续向钻孔内插入直至孔底，然后向钻孔内塞入棉纱(4)并捅入孔内距孔口5～8m，之后在钻孔内插入封孔导流管（7）直至孔口5～8m的棉纱处，之后在孔口处塞入棉纱，然后连接封孔导流管（7），选用低水灰比的新型注浆材料，通过双液注浆设备进行注浆封孔，最后连接直通（6），选用高水灰比新型注浆材料，通过注浆设备对废巷冒落区进行注浆加固，当巷道表面出现漏浆时，用棉纱及时堵漏，并降低注浆材料水灰比，成功堵漏后，再次增大注浆材料水灰比，复注；
（3）效果检测：首先，在对冒落废巷影响区域首轮设计钻孔（11）打钻、注浆加固完成后，设计检验钻孔（12），检验钻孔（12）与巷道中线的倾斜方向与首轮设计钻孔相反；然后，用液压钻机施工检验钻孔，根据检验钻孔在钻进工程中的出现卡钻、掉钻、排渣困难等异常现象的情况，判断首轮注浆效果；之后，在检验钻孔（12）施工完成后，采用钻孔窥视仪对检验钻孔进行窥视，根据窥视情况，判断首轮注浆扩散情况，最后，根据之前对检验钻孔注浆效果的判断情况，决定是否有必要复注。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其特征在于：步骤（1）中开孔直径≥110mm，终孔直径≥75mm，套筒直径略小于开孔直径，套筒上焊有截止阀用于连接注浆管路，并且焊有法兰盘（2）。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其特征在于：步骤（1）中采用的注浆材料为一种双液无机注浆材料，其分A、B两种组分构成，A组分由主料硫铝酸盐水泥熟料以及按重量计配以4%～6%的添加剂组成，B组分由70%～85%的石膏和15%～30%的石灰以及按重量计配以3%～5%的添加剂组成；该材料低水灰比为0.8：1～1.0：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现3～5min初凝，5～15min终凝；该材料高水灰比为3.0：1～4：1，在该水灰比下两组分混合后浆液可实现10～30min初凝，30～60min终凝。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其特征在于：步骤（1）中钻孔的深度要根据冒落废巷的情况，一般要穿过破碎区；为了便于排渣，钻孔设置一定仰角，一般为3°～6°。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿残采区冒落废巷注浆加固工艺与方法，其特征在于：步骤（2）中铝塑管及镀锌钢管一般为六分管；孔口镀锌钢管上焊有直通（6），以连接注浆管路。
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