CN107448214A - 大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法 - Google Patents

大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及采煤注浆领域,特别涉及大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法。其步骤包括:获取工作面柱状图、现场钻孔窥视结果、采煤工作面中大型地质构造产状或裂煤岩体范围;根据采煤地质状况确定采煤工作面中岩层结构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大和工作面回采工艺、超前支撑压力峰值、周期来压步距、工作面瓦斯抽放布置;根据施工参数确定钻孔高度、角度、深度、封孔位置、封孔段数、封孔方式、注浆方式;根据高压预注浆钻孔参数进行两巷注浆。本发明通过对不同层位的煤岩裂隙体进行注浆加固,恢复裂隙煤岩体及地质构造的完整,改善煤岩体物理力学性能,提高破碎煤岩体稳定性,降低对生产的影响,提高煤炭资源回收率。

Description

大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法
技术领域
[0001] 本发明涉及采煤注浆领域,特别是涉及大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷 预注浆方法。
背景技术
[0002] 我国以煤炭为主的能源结构将长期存在,随着我国经济的持续稳定发展,对煤炭 资源的需求逐步增多,对煤炭矿井的高产高效要求越来越高。而我国煤矿以井工开采为主, 煤炭资源赋存条件受地质因素影响很大,在煤矿生产过程中经常遇到断层、褶曲及裂隙发 育带等地质构造,煤岩体松散破碎,极易出现片帮、大面积冒顶和突水事故,工作面煤岩体 裂隙发育,在工作面回采过程中,往往造成漏顶等情况,对工作面的正常回采造成严重影 响,不仅造成煤炭储量的减少,而且大大降低了工作面及矿井的服务年限。特别是对于高瓦 斯矿井来说,工作面回采前多采用瓦斯抽放孔,对工作面瓦斯进行预抽,瓦斯预抽后,煤岩 体中瓦斯、水分的减少,造成煤岩体裂隙发育,地质异常区的存在,给高瓦斯提供了赋存的 场所,给煤炭的回采造成很大的安全隐患,并给煤矿的运输、通风等造成很大困,降低采掘 效率,提尚生广成本。
[0003] 目前煤矿生产过程中,综采工作面遇地质构造影响煤岩体松散破碎导致工作面推 进困难时,一般采用玻璃钢锚杆加固煤壁、改进回采工艺防止工作面片帮等进行处理,但这 些处理方法多存在影响工作面正常推进、处理效果一般和适应性不强等问题。
发明内容
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 本发明的目的是提供一种大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法, 解决大型地址构造裂隙煤岩体构造不完整,影响采煤稳定性的问题。
[0006] (二)技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两 巷预注浆方法,其步骤包括:
[0008] 获取采煤地质状况,所述采煤地质状况包括:工作面柱状图、现场钻孔窥视结果、 采煤工作面中大型地质构造产状或裂煤岩体范围;
[0009] 根据所述采煤地质状况确定采煤工作面中岩体参数和施工参数;所述岩体参数包 括:岩层结构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大小;施工参数包括:工作面回采工艺、超 前支撑压力峰值、周期来压步距、工作面瓦斯抽放布置;
[0010] 根据所述施工参数确定高压预注浆钻孔参数,所述高压预注浆钻孔参数包括:钻 孔高度、角度、深度、封孔位置、封孔段数、封孔方式、注浆方式;
[0011] 根据所述高压预注浆钻孔参数进行两巷注浆。
[0012] 在一些实施例中,优选为,所述两巷包括:运输巷、回风巷。
[0013] 在一些实施例中,优选为,注浆钻孔包括:中上部注浆孔、中下部注浆孔。
[0014] 在一些实施例中,优选为,所述中下部注浆孔的间距为2-3米;所述中上部注浆孔 的间距为4-6米。
[0015] 在一些实施例中,优选为,所述后退式分段注浆包括:注浆孔钻设后,连接注浆管, 将注浆用封孔器和花管送到指定封孔位置,连接串联封孔器后在第一段注浆段进行注浆; 第一段注浆段完成注浆后,卸下注浆管,后退依次按照第一段注浆段注浆方式进行第二段 注浆、第三段注浆;所述第一段注浆、第二段注浆、第三段注浆是以单个注浆孔由内而外的 方式进行隔排注浆施工。
[0016] 在一些实施例中,优选为,所述注浆包括:
[0017]根据工作面瓦斯抽采孔布置情况,利用超前地质影响段的瓦斯抽放孔,和现有的 瓦斯抽放孔进行注浆;
[0018] 瓦斯抽放后,对瓦斯抽放孔进行注浆护壁,用浆液充填瓦斯抽放孔;
[0019] 待所述浆液初凝预设时间后,在原瓦斯抽放孔进行钻孔注浆。
[0020] 在一些实施例中,优选为,所述预设时间为24小时。
[0021] 在一些实施例中,优选为,所述封孔方式包括:封孔器采用串联,封孔器为自胀式 橡胶封孔器,耐压强度大于25MPa。
[0022] 在一些实施例中,优选为,单根所述封孔器长度范围为0.3-0.5米。
[0023] (三)有益效果
[0024] 本发明提供的技术方案中首先根据采煤工作面柱状图,现场钻孔窥视结果,采煤 工作面中大型地质构造(断层、陷落柱等)产状或裂煤岩体范围等情况,确定工作面岩层结 构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大小、工作面回采工艺、超前支撑压力峰值、周期来 压步距、工作面瓦斯抽放孔布置等;从而从采煤工作面两巷设计高压预注浆钻孔的高度、角 度、深度、封孔位置、封孔段数、封孔方式、注浆方式等,钻孔结束后,根据裂隙煤岩体及大型 地质构造发育情况,进行高压深孔注浆作业,利用注浆管将注浆用花管及封孔器送到指定 的封孔位置,进行分段注浆作业,对不同层位的煤岩裂隙体进行注浆加固,恢复裂隙煤岩体 及地质构造的完整,改善煤岩体物理力学性能,达到恢复围岩的整体性、提高破碎煤岩体稳 定性,降低对生产的影响,提高煤炭资源回收率。该方法安全可靠,简单有效,且成本较低。
附图说明
[0025] 图1为本发明一个实施例中大型地址煤岩体构造超深孔高压预注浆加固方法的采 煤工作面布置示意图;
[0026] 图2为本发明一个实施例中两巷超强注浆钻孔示意图。
[0027] 注:1为运输巷,2为回风巷,3为超前构造影响区,4为工作面采空区,5为回采工作 面,6为工作面回采长度,7工作面瓦斯抽放孔(蓝色,图中未示出该色彩),8为(两巷超前构 造影响区煤岩体)中下部注浆孔(红色,图中未示出该色彩),9为(两巷超前构造影响区煤岩 体)中上部注浆孔(绿色,图中未示出该色彩),1 〇为顶板岩层,11封孔器,12注浆花管。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例 用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0029] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相 连”、“连接”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。“第一”“第二” “第三”“第四”不代表任何的序列关系,仅是为了方便 描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻,文中出现多个当前,均为随时间流逝中实 时记录。
[0030] 基于煤矿采区巷道主要为工作面回采服务,高瓦斯工作面回采前,一般采用瓦斯 抽放孔,对工作面煤体中瓦斯进行预抽,工作面回采过程中,超前构造影响区3的存在,会造 成煤岩体破碎、裂隙发育、应力集中,造成工作面回采过程中煤壁片帮、漏顶,对工作面设备 及正常回采造成影响,本发明提供一种大型地质煤岩体构造超深孔高压预注浆加固方法。 在工作面回采距离超前构造影响区有一定距离时,采用两巷高压深孔分段预注浆队超前构 造影响区3进行提前处理,恢复煤岩体完整,提高其稳定性,保证工作面的回采。
[0031] 即为了降低大型地质构造及裂隙煤岩体对工作面回采及巷道掘进等造成的影响, 恢复工作面前方煤岩体的完整性,提高煤岩体的稳定性,确保回采工作面正常回采和掘进, 可以采用工作面两巷超前深孔预注浆技术,提前对工作面前方或工作面收尾期间停采线附 近的裂隙煤岩体进行加固处理,降低大型地质构造及裂隙煤岩体对工作面回采的影响,避 免工作面停产进行加固,降低对工作面支架等的影响,保证正常的生产衔接,实现工作面正 常回采和收尾的目标。
[0032] 下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。
[0033] 本发明提供大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,如图1和2所 示,包括如下步骤:
[0034] 步骤110,获取采煤地质状况,采煤地质状况包括:工作面柱状图、现场钻孔窥视结 果、采煤工作面中大型地质构造产状或裂煤岩体范围;
[0035] S卩:首先获取采煤工作面柱状图,现场钻孔窥视结果,采煤工作面中大型地质构造 (断层、陷落柱等)产状或裂煤岩体范围等情况。
[0036] 步骤120,根据采煤地质状况确定采煤工作面中岩体参数和施工参数;岩体参数包 括:岩层结构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大小;施工参数包括:工作面回采工艺、超 前支撑压力峰值、周期来压步距、工作面瓦斯抽放布置;
[0037] S卩:确定工作面岩层结构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大小、回采工作面5 回采工艺(包括工作面回采长度6)、超前支撑压力峰值、周期来压步距、工作面瓦斯抽放孔7 布置等。
[0038] 步骤130,根据施工参数确定高压预注浆钻孔参数,高压预注浆钻孔参数包括:钻 孔高度、角度、深度、封孔位置、封孔段数、封孔方式、注浆方式;
[0039] S卩:从而从采煤工作面两巷设计高压预注浆钻孔的高度、角度、深度、封孔位置、封 孔段数、封孔方式、注浆方式等。注浆孔根据超前影响区煤岩体加固区域的不同分为中下部 注浆孔S8和中上部注浆孔H 9,根据超前地质体影响范围,产状、工作面顶板岩性、结构、回 采速度和地应力场大小等设计钻孔间距,中下部注浆孔S8间距一般为2_3m,中上部注浆孔 H9间距一般为4-6m。注浆孔根据工作面长度及超前地质体影响范围,计算注浆孔的深度、角 度、位置等,钻孔深度大于l〇〇m,一个注浆孔一般分为2-3个注浆段,每个注浆段约33m,注浆 压力大于25MPa,根据现场情况进行调整,采用后退式分段注浆,注浆孔钻设完成后,连接注 浆管,将注浆用封孔器11和注浆花管12送到指定封孔位置,为防止注浆过程中漏浆,封孔器 11采用串联方式连,封孔器11长度一般为〇. 3-0.5m,封孔器11为自胀式橡胶封孔器11,采用 4层钢丝特制,耐压强度大于25MPa。连接封孔器11后进行注浆。当该注浆段完成注浆后,卸 下注浆管,后退进行第二段注浆,依次完成各段注浆。注浆过程中从下到上,隔排注浆。注浆 前首先根据工作面瓦斯抽采孔布置情况,首先优先利用超前地质影响段的瓦斯抽放孔7,利 用现有的瓦斯抽放孔7进行注浆,瓦斯抽放后,瓦斯抽放孔7往往出现蹋孔现象,首先利用水 泥水玻璃双液浆对瓦斯抽放孔7进行注浆护壁,充满瓦斯抽放孔7,待浆液初凝24小时后,在 原瓦斯孔位置进行钻孔注浆,大大降低注浆孔钻进进尺。
[0040] 步骤140,根据高压预注浆钻孔参数进行两巷注浆。
[0041] 两巷通常包括:运输巷1、回风巷2。
[0042] 通过对不同层位的煤岩裂隙体进行注浆加固,恢复裂隙煤岩体及地质构造的完 整,改善煤岩体物理力学性能,达恢复围岩的整体性、提高破碎煤岩体稳定性,降低对生产 的影响,提高煤炭资源回收率。该方法安全可靠,简单有效,且成本较低。
[0043] 接下来,通过一个具体的实例来对该大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预 注浆方法进行详细描述,以增加对该方法的认识和理解:
[0044] 实例1:煤矿采煤工作面呈矩形,煤层平均厚度5.8m,采高3. Om,含夹矸一层,厚度 为0.34m。工作面煤层倾角0°〜7°,煤层普氏硬度为0.98。工作面回采期间的绝对瓦斯涌出 量为39.49m3/min。工作面前方存在大型陷落柱aXn9,东西方向长65.8米,南北方向长35.5 米,不具有导水性,陷落柱东边界距皮顺西帮6米,北边界距切眼南帮246米陷落柱较为破 碎,工作面测试的最大水平主应力值为12.5MPa,最大水平主应力方向为N33.4□冒;最小 水平主应力为6 · 95MPa,垂直主应力为9 · 58MPa,最大水平主应力方向为H33.4 □專;煤层平 均强度为13.78MPa,陷落柱将对工作面正常回采及设备造成严重影响。
[0045] 首先根据采煤工作面柱状图,现场钻孔窥视结果,采煤工作面中大型地质构造陷 落柱产状、煤层倾角等,在两巷布置水泥布置两排注浆孔,钻孔间距3m,注浆孔布置以底板 为基准,距离底板1.4m和1.8m。钻孔深度70m。注浆钻孔水平方向全部垂直于巷帮煤壁,水平 转角〇°。距离底板1.4111、1.8111处注浆钻孔仰角分别为7°和8°59/。钻孔过程中利用保直钻进 工艺对注浆孔与裂隙煤岩体的相对位置进行调整,注浆利用原有的瓦斯抽放孔,如果塌孔 严重。在孔口埋入孔口管,进行孔内注浆护壁(造壁)。护壁注浆结束,待浆液初凝后,抽出孔 口管。采用分段后退式高压注浆。由孔底向孔口分三段注浆,孔底向外第一段注浆孔长度 25m,第二段注浆孔段长度25m,第三段20m。塌孔护壁注浆压力3〜5MPa,注满原钻孔,注浆压 力25〜3〇MPa。
[0046] 中上部布置一排化学注浆孔,钻孔间距4m,注浆孔布置以底板为基准,距离底板 1.8m。钻孔深度70m。注浆钻孔水平方向全部垂直于巷帮煤壁,水平转角0°,注浆钻孔仰角9° 26'。所有钻孔采用分段后退式高压注浆。由孔底向孔口分三段注浆,孔底向外第一段注浆 孔长度25m,第二段注浆孔段长度25m,第三段20m。各注浆段孔内下射浆管,封孔器置于注浆 段孔口侧末端,每次封孔用两个封孔器,第一阶段封孔器位置距孔口 45m,第二阶段封孔器 距孔口 20m,第三阶段封孔器距孔口 3m。化学注浆压力10〜12MPa。最终通过中下部和中上部 的注浆孔,对工作面陷落柱影响区域进行主讲加固,煤岩体恢复了完整,降低了应力集中系 数,保证了工作面的正常回采及设备安全。
[0047]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 (10)

1. 一种大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征在于,其步骤包 括: 获取采煤地质状况,所述采煤地质状况包括:工作面柱状图、现场钻孔窥视结果、采煤 工作面中大型地质构造产状或裂煤岩体范围; 根据所述采煤地质状况确定采煤工作面中岩体参数和施工参数;所述岩体参数包括: 岩层结构、岩性、煤岩体强度、地应力场类型及大小;施工参数包括:工作面回采工艺、超前 支撑压力峰值、周期来压步距、工作面瓦斯抽放布置; 根据所述施工参数确定高压预注浆钻孔参数,所述高压预注浆钻孔参数包括:钻孔高 度、角度、深度、封孔位置、封孔段数、封孔方式、注浆方式; 根据所述高压预注浆钻孔参数进行两巷注浆。
2. 如权利要求1所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述两巷包括:运输巷、回风巷。
3. 如权利要求1所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,注浆钻孔包括:中上部注浆孔、中下部注浆孔。
4. 如权利要求3所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述中下部注浆孔的间距为2-3米;所述中上部注浆孔的间距为4-6米。
5. 如权利要求1-4任一项所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方 法,其特征在于,所述注浆方式包括:后退式分段注浆。
6. 如权利要求5所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述后退式分段注浆包括: 注浆孔钻设后,连接注浆管,将注浆用封孔器和花管送到指定封孔位置,连接串联封孔 器后在第一段注浆段进行注浆; 第一段注浆段完成注浆后,卸下注浆管,后退依次按照第一段注浆段注浆方式进行第 二段注浆、第三段注浆; 所述第一段注浆、第二段注浆、第三段注浆是以单个注浆孔由内而外的方式进行隔排 注浆施工。
7. 如权利要求5所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述注浆包括: 根据工作面瓦斯抽采孔布置情况,利用超前地质影响段的瓦斯抽放孔,和现有的瓦斯 抽放孔进行注浆; 瓦斯抽放后,对瓦斯抽放孔进行注浆护壁,用浆液充填瓦斯抽放孔; 待所述浆液初凝预设时间后,在原瓦斯抽放孔进行钻孔注浆。
8. 如权利要求7所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述预设时间为24小时。
9. 如权利要求5所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,所述封孔方式包括:封孔器采用串联,封孔器为自胀式橡胶封孔器,耐压强度大于 25MPa〇
10. 如权利要求9所述的大型地质构造裂隙煤岩体超深孔高压两巷预注浆方法,其特征 在于,单根所述封孔器长度范围为〇. 3-0.5米。
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