CN108625894A - 短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，涉及矸石充填注浆施工方法，设计了平巷底部两侧的两侧注浆管、连接与两侧注浆管之间的若干水平注浆管、与水平注浆管垂直固定连接的竖向注浆管，形成了稳定的框架式结构，矸石堆积后进行注浆，立体的注浆过程确保了更好的注浆效果；水平注浆管与竖向注浆管之间设计了固定斜撑，使框架式结构更加稳定；竖向注浆管内部浆液凝固后，形成了内部含有凝固浆液的支撑管，且在浆液的作用下雨矸石堆积体形成共同承载体，共同支撑上覆岩层，使得上覆岩层下沉较小，地表减尘效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及矸石充填注浆施工方法，具体的说是一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法。
背景技术
为了有效地降低开采沉陷及塌陷损害，矸石充填作为一种绿色开采技术被广泛的应用到煤矿的生产中。矸石充填效果与矸石的密实度、充填率、整体性以及强度等有重要的关系，为了有效的提高矸石充填减沉效果，许多学者提出了矸石充填注浆采矿方法，其是矸石充填开采和注浆加固开采相结合的一种综合减沉技术，基本原理是在矸石充填的基础上，高压浆液注入矸石充填体内，利用料浆流动性较好的特性逐渐渗透到整个煤矸石充填体，构建以矸石为主要结构体的包含多种混合固体物质的混合型充填体。此方法有别于膏体充填，膏体充填是将矸石与水泥-粉煤灰浆混合好后进行充填，其成本相对较高，且对生产的干扰较大；而矸石充填注浆采矿方法是矸石充填的基础上，高压浆液注入矸石充填体内，其成本相对较低，且对生产干扰较小。
由于长壁充填开采初期投资较大，采煤与充填不平行作业、相互影响；同时，受煤矿遗留条带煤柱、边角煤尺寸的影响，很多煤矿无法布置长壁工作面，目前矸石充填注浆采矿方法主要应用于短壁巷采工作面。文献1（路彬，张新国，李飞，张保良，庞振忠.短壁矸石胶结充填开采技术与应用[J]，煤炭学报，2017，42（S1）：7-15）提出了短壁矸石胶结充填开采技术，其基本原理是在短壁巷采工作面下端口设置挡矸及浆墙，在上端口设置抛矸机、注浆管，边进行矸石充填边喷浆，由于煤层为倾斜煤层，注浆矸石可自溜至短壁巷采工作面下端口。此方法适用于具有一定角度的倾斜煤层，而不是适用近水平工作面。文献2（冯武林.矸石粉煤灰充填开采控制地表沉降探讨[J]. 煤矿现代化，2015，1：106-107+109）提出了矸石粉煤灰充填开采控制地表沉降方法，其基本原理是首先粉煤灰与矸石混合料充填，充填工艺为边采边充边捣实的平行作业方式，架前回采与架后充填同步进行；随后采用注浆的方式提高充填体的强度，在支架后方对矸石体进行注浆（喷浆）补强，注浆材料选取流动性较好的粉煤灰、高水材料和水，浆管路吊挂在相邻运输机以内的顶网上，从工作面两巷送出，并与注浆站连接；这种方法对于生产的干扰较大，粉煤灰需求量大且成本相对较高，且由于喷浆处理，注浆效果较差。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，实现平巷多区域同时注浆，并对注浆效果进行监测，随时进行反馈调整注浆参数，保证良好的注浆效果，有效保护煤质和矸石注浆充填体的强度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，通过如下步骤实现：
1）平巷掘进：在水平工作面内掘进出若干平巷，在每个平巷的一端设置挡矸及浆墙；
2）注浆管布设：在每个平巷的两侧底部设置两侧注浆管，所述两侧注浆管与大巷注浆管连接，在所述两侧注浆管之间连接若干水平注浆管，在所述水平注浆管上固定设置若干与煤层高度相同、顶端封闭的竖向注浆管，所述两侧注浆管、水平注浆管、竖向注浆管上分别均匀设置注浆孔；
3）矸石充填：将矸石从平巷设置挡矸及浆墙的一侧向大巷一侧逐渐对若干平巷进行充填，每个平巷充填完毕后在其另一侧再设置挡矸及浆墙；
4）注浆：打开与地表制浆站连接的大巷注浆管的总开关及各种注浆管的分开关，通过两侧注浆管、水平注浆管和竖向注浆管将满足注浆压力的浆液注入矸石堆积体，保证上述三种注浆管都充满浆液，形成以矸石为主要结构体的混合充填体。
所述两侧注浆管靠近挡矸及浆墙的一端封闭。
所述水平注浆管与两侧注浆管的连接处固定设置有竖向注浆管。
所述竖向注浆管与水平注浆管之间固定连接固定斜撑。
所述注浆孔的直径小于最小矸石粒径。
步骤4）中注入的浆液满足注入的体积要求后，待5-20min后停止注浆。
在所述平巷1的两侧煤柱煤壁上挂设胶丝布。
本发明适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填过程，设计了平巷底部两侧的两侧注浆管、连接与两侧注浆管之间的若干水平注浆管、与水平注浆管垂直固定连接的竖向注浆管，形成了稳定的框架式结构，矸石堆积后进行注浆，立体的注浆过程确保了更好的注浆效果；水平注浆管与竖向注浆管之间设计了固定斜撑，使框架式结构更加稳定；竖向注浆管内部浆液凝固后，形成了内部含有凝固浆液的支撑管，且在浆液的作用下雨矸石堆积体形成共同承载体，共同支撑上覆岩层，使得上覆岩层下沉较小，地表减尘效果较好；在平巷两侧煤壁上设置隔离胶丝布，防止浆液侵蚀媒体而影响煤质；整体施工过程简单，成本低，立体式注浆效果好，减小了对生产的干扰影响，更好的实现了地表减沉。
附图说明
图1为本发明平巷注浆管布置剖面图；
图2为本发明平巷注浆管布置平面图；
图3为本发明平巷矸石充填剖面图；
图4为本发明平巷矸石充填平面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
本发明设计了一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，通过如下步骤实现：
1）平巷掘进：在水平工作面内掘进出若干平巷1，在每个平巷1的一端设置挡矸及浆墙2，如图1、2所示，平巷的宽度为a，a满足如下公式：，式中，m为直接顶的厚度；为直接顶抗拉强度；为直接顶的容重。
2）注浆管布设：在每个平巷1的两侧底部设置两侧注浆管11，所述两侧注浆管11与大巷注浆管3连接，所述大巷注浆管3与地表制浆站连接，在所述两侧注浆管11之间连接若干水平注浆管12，在所述水平注浆管12上固定设置若干与煤层高度相同、顶端封闭的竖向注浆管13，所述两侧注浆管11、水平注浆管12、竖向注浆管13上分别均匀设置注浆孔111。b为两竖向注浆管13之间沿平巷宽度方向的距离，竖向注浆管13沿平巷宽度方向的数量、间隔大小是由浆液扩散半径及平巷宽度a确定的（）；c为两竖向注浆管13之间沿平巷长度方向的距离（也是两水平注浆管12的间隔），竖向注浆管13沿平巷长度方向的数量、间隔是由浆液扩散半径及平巷长度确定的（）。
3）矸石充填：如图3、4所示，上述三种注浆管铺设完成之后，利用抛矸机将矸石从每个平巷1设置挡矸及浆墙2的一侧向大巷一侧逐渐对平巷1进行充填，每个平巷1充填完毕后在其另一侧再设置挡矸及浆墙2。
4）注浆：打开与地表制浆站连接的大巷注浆管3的总开关及各种注浆管的分开关，通过两侧注浆管11、水平注浆管12和竖向注浆管13将满足注浆压力的浆液注入矸石堆积体，保证上述三种注浆管都充满浆液，形成以矸石为主要结构体的包含多种混合固体物质的混合型充填体。
作为优选的方式，本实施例中，所述两侧注浆管11靠近挡矸及浆墙2的一端封闭。
作为优选的方式，本实施例中，所述水平注浆管12与两侧注浆管11的连接处固定设置有竖向注浆管13，作为竖向注浆管13设置的最边缘，确保整体框架稳定。
作为优选的方式，本实施例中，所述竖向注浆管13与水平注浆管12之间固定连接固定斜撑14，所述固定斜撑14一端焊接在竖向注浆管13上、另一端焊接在水平注浆管12上，用于固定竖向注浆管13和水平注浆管12之间的连接框架。
作为优选的方式，本实施例中，所述注浆孔111的直径小于最小矸石粒径，避免矸石进入注浆孔111内。
作为优选的方式，本实施例中，步骤4）中，注入的浆液满足注浆要求后，不立即停止注浆，而是等5~20 min 后在停止注浆，保证竖向注浆管、水平注浆管及两侧注浆管充满注浆浆液；注浆完成后，先关闭分开关，再关闭总开关。运用该方法可实现整个煤层的矸石充填立体式注浆。
作为优选的方式，本实施例中，在所述平巷1的两侧煤柱煤壁上挂设胶丝布4，避免了浆液侵蚀煤体而影响煤质。
综上，本发明主要通过在每个平巷内布设两侧注浆管、水平注浆管和竖向注浆管，当矸石充填完毕后对整个矸石堆积体进行全方位立体的注浆，保证了良好的注浆效果，竖向注浆管内部的浆液凝固后，形成了平巷内垂直的支撑管，在浆液的作用下与矸石堆积体形成共同的承载结构，共同支撑上覆岩层，减小了上覆岩层的下沉，避免了浆液对煤层煤质的污染破坏，对生产的干扰少，施工成本低，适合大规模推广应用。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，通过如下步骤实现：
1）平巷掘进：在水平工作面内掘进出若干平巷（1），在每个平巷（1）的一端设置挡矸及浆墙（2）；
2）注浆管布设：在每个平巷（1）的两侧底部设置两侧注浆管（11），所述两侧注浆管（11）与大巷注浆管（3）连接，在所述两侧注浆管（11）之间连接若干水平注浆管（12），在所述水平注浆管（12）上固定设置若干与煤层高度相同、顶端封闭的竖向注浆管（13），所述两侧注浆管（11）、水平注浆管（12）、竖向注浆管（13）上分别均匀设置注浆孔（111）；
3）矸石充填：将矸石从平巷（1）设置挡矸及浆墙（2）的一侧向大巷一侧逐渐对若干平巷（1）进行充填，每个平巷（1）充填完毕后在其另一侧再设置挡矸及浆墙（2）；
4）注浆：打开与地表制浆站连接的大巷注浆管（3）的总开关及各种注浆管的分开关，通过两侧注浆管（11）、水平注浆管（12）和竖向注浆管（13）将满足注浆压力的浆液注入矸石堆积体，保证上述三种注浆管都充满浆液，形成以矸石为主要结构体的混合充填体。
2.根据权利要求1所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，所述两侧注浆管（11）靠近挡矸及浆墙（2）的一端封闭。
3.根据权利要求1所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，所述水平注浆管（12）与两侧注浆管（11）的连接处固定设置有竖向注浆管（13）。
4.根据权利要求1或3所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，所述竖向注浆管（13）与水平注浆管（12）之间固定连接固定斜撑（14）。
5.根据权利要求1所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，所述注浆孔（111）的直径小于最小矸石粒径。
6.根据权利要求1所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，步骤4）中注入的浆液满足注入的体积要求后，待5-20min后停止注浆。
7.根据权利要求1所述的短壁巷采水平工作面的矸石充填立体注浆施工方法，其特征在于，在所述平巷（1）的两侧煤柱煤壁上挂设胶丝布（4）。
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