CN108798770A - 适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，涉及矸石充填注浆施工方法，在平巷的上、中、下三个区域分别设置注浆管道，实现了平巷多区域同时注浆，注浆效果更好；设计了注浆效果监测环节，利用钻孔取芯法对注浆效果进行监测，实现了根据现场实际效果的反馈而调整短壁巷采水平工作面矸石充填注浆的参数；在平巷内部设置补浆钻孔，对不满足强度要求的注浆矸石堆积体进行补浆处理，增加强度；注浆结束后，平巷的注浆管不回收，避免了回收注浆管对于注浆矸石充填体的二次伤害；在平巷两侧的煤柱煤壁上挂设胶丝布，防止浆液对煤层侵蚀而影响煤质，降低了对生产的影响，成本相对低廉。

Description

适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法

技术领域

本发明涉及矸石充填注浆施工方法，具体的说是一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法。

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，本发明提供了一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，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：：

一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，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，分别标号1，2……n-1，n，在靠近工作面运输大巷一侧设置挡矸及浆墙，要求墙体的厚度可承受注浆压力p，平巷的宽度为b，两平巷之间的煤柱宽度为a，a和b满足如下公式：

，式中：M为煤层厚度，H为开采深度；

2）注浆管布设：在平巷的底板及其两侧的煤壁上布置若干平巷注浆管，沿着工作面运输大巷一侧的底板布置工作面轨道大巷注浆管，所述工作面轨道大巷注浆管与地表制浆站相连接并通过总开关控制，若干所述平巷注浆管与工作面轨道大巷注浆管相连接，在连接管处设置卸压放气管，所述卸压放气管上设置有压力表和分开关；

3）平巷1的矸石充填：将矸石从靠近工作面运输大巷一侧向工作面轨道大巷一侧逐渐填充平巷1，所述平巷1填充完毕后，在平巷1的靠近工作面轨道大巷一侧设置挡矸及浆墙；

4）平巷1的注浆：打开工作面轨道大巷注浆管的总开关，随后打开卸压放气管的分开关进行卸压放气，当压力表的示数为设计注浆压力时，关闭卸压放气管的分开关，打开工作面轨道大巷注浆管与平巷注浆管的连接管的支开关进行注浆，当浆液从靠近作面轨道大巷一侧的挡矸及浆墙溢出时，停止注浆；

5）平巷1的注浆效果监测：注浆完成一段时间后，在工作面轨道大巷一侧对注浆矸石充填体进行钻孔取芯法对注浆情况进行观测，并对注浆矸石充填体的取芯体进行室内试验以测试其强度，若注浆矸石充填体最终强度无法满足要求，应立即停止施工并调整注浆参数，且在平巷2内往平巷1方向钻设补浆钻孔对平巷1内的注浆矸石堆积体进行补浆处理，若注浆矸石充填体最终强度满足要求，则继续以下的步骤；

6）其他平巷2~n的矸石充填并注浆：按照上述步骤3）、4）对平巷2~n进行矸石充填、注浆及注浆效果监测，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，完成后所有平巷注浆管不回收；

7）两平巷间的煤柱回收、矸石充填及注浆：待平巷2~n的注浆矸石充填体稳定后，回收两平巷间的煤柱，并按照步骤3）和4）进行矸石充填、注浆，整个工作面回采完毕。

在平巷两侧的煤柱煤壁上挂设胶丝布。

步骤5）中钻孔取芯法设置为取芯的长度大于平巷长度的一半。

本发明具有如下的有益效果：

1）在平巷的上、中、下三个区域分别设置注浆管道，实现了平巷多区域同时注浆，注浆效果更好；

2）设计了注浆效果监测环节，利用钻孔取芯法对注浆效果进行监测，实现了根据现场实际效果的反馈而调整短壁巷采水平工作面矸石充填注浆的参数；

3）在平巷内部设置补浆钻孔，对不满足强度要求的注浆矸石堆积体进行补浆处理，增加强度；

4）注浆结束后，平巷的注浆管不回收，避免了回收注浆管对于注浆矸石充填体的二次伤害；

5）在平巷两侧的煤柱煤壁上挂设胶丝布，防止浆液对煤层侵蚀而影响煤质，降低了对生产的影响，成本相对低廉。

附图说明

图1为本发明的巷道掘进平面示意图；

图2为本发明的注浆管布设平面示意图；

图3为本发明的注浆管布设剖面图；

图4为本发明的平巷1充填平面示意图；

图5为本发明的平巷1充填剖面示意图；

图6为本发明的补浆钻孔设计剖面示意图。

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：

本发明设计了一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，通过如下步骤实现：

1）平巷掘进：如图1所示，在水平工作面内掘进出若干平巷A，分别标号1，2……n-1，n，在靠近工作面运输大巷B一侧设置挡矸及浆墙D，要求墙体的厚度可承受注浆压力p，平巷A的宽度为b，两平巷A之间的煤柱E宽度为a，a和b满足如下公式： ，式中：M为煤层厚度，H为开采深度。

2）注浆管布设：如图2-3所示，在平巷A的底板及其两侧的煤壁上布置若干平巷注浆管1，若干所述平巷注浆管1之间的间隔根据煤层厚度及平巷宽度来确定，本实施例中按照平巷底板及两侧煤壁上各布置3条注浆管进行说明；沿着工作面运输大巷B一侧的底板布置工作面轨道大巷注浆管2，所述工作面轨道大巷注浆管2与地表制浆站相连接并通过总开关21控制，若干所述平巷注浆管1与工作面轨道大巷注浆管2相连接，在连接管处设置卸压放气管3，所述卸压放气管3上设置有压力表31和分开关32；打开总开关21后，浆液自地面制浆站自流至工作面轨道大巷注浆管2，通过卸压放气管3将浆液的压力降低至注浆压力后，再打开分开关32进行注浆。

3）平巷A1的矸石充填：如图4-5所示，利用抛矸机将矸石从靠近工作面运输大巷B一侧向工作面轨道大巷C一侧逐渐填充平巷A1，所述平巷A1填充完毕后，在平巷A1的靠近工作面轨道大巷C一侧设置挡矸及浆墙D。

4）平巷A1的注浆：打开工作面轨道大巷注浆管2的总开关21，随后打开卸压放气管3的分开关32进行卸压放气，当压力表31的示数为设计注浆压力时，关闭卸压放气管3的分开关32，打开工作面轨道大巷注浆管2与平巷注浆管1的连接管的支开关进行注浆，当浆液从靠近作面轨道大巷C一侧的挡矸及浆墙D溢出时，停止注浆；

5）平巷A1的注浆效果监测：注浆完成一段时间后，在工作面轨道大巷C一侧对注浆矸石充填体进行钻孔取芯法对注浆情况进行观测，并对注浆矸石充填体的取芯体进行室内试验以测试其强度，若注浆矸石充填体最终强度无法满足要求，应立即停止施工并调整注浆参数，如注浆压力、浆液浓度等，如图6所示，在平巷A2内往平巷A1方向钻设补浆钻孔4对平巷A1内的注浆矸石堆积体进行补浆处理，若注浆矸石充填体最终强度满足要求，则继续以下的步骤。

6）其他平巷A(2~n)的矸石充填并注浆：按照上述步骤3）、4）对平巷A(2~n)进行矸石充填、注浆及注浆效果监测，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，完成后所有平巷注浆管1不回收。

7）两平巷A间的煤柱E回收、矸石充填及注浆：待平巷A(2~n)的注浆矸石充填体稳定后，回收两平巷A间的煤柱E，并按照步骤3）和4）进行矸石充填、注浆，整个工作面回采完毕。

作为优选的方式，本实施例中，在平巷A两侧的煤柱E煤壁上挂设胶丝布5，避免了浆液对煤质的侵蚀。

作为优选的方式，本实施例中，步骤5）中钻孔取芯法设置为取芯的长度大于平巷A长度的一半。

综上所述，本发明设计了一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，结构简单，操作方便，在平巷的上中下多方位布设注浆管，注浆效果更好，并设计注浆效果监测环节，能够及时调整注浆参数，辅助以补浆钻孔进行补浆处理，达到更好的注浆效果，保证注浆矸石充填体的强度满足生产要求，最终回收煤柱，平巷注浆管不回收，避免对注浆矸石充填体的二次伤害，在煤柱煤壁两侧设置隔离的胶丝布，避免注浆过程中浆液对煤质的侵蚀，减小对生产的干扰，提高生产质量。

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 (3)

1.一种适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，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(A)，分别标号1，2……n-1，n，在靠近工作面运输大巷(B)一侧设置挡矸及浆墙（D），要求墙体的厚度可承受注浆压力p，平巷（A）的宽度为b，两平巷（A）之间的煤柱(E）宽度为a，a和b满足如下公式：，式中：M为煤层厚度，H为开采深度；

2）注浆管布设：在平巷（A）的底板及其两侧的煤壁上布置若干平巷注浆管（1），沿着工作面运输大巷（B）一侧的底板布置工作面轨道大巷注浆管（2），所述工作面轨道大巷注浆管（2）与地表制浆站相连接并通过总开关（21）控制，若干所述平巷注浆管（1）与工作面轨道大巷注浆管（2）相连接，在连接管处设置卸压放气管（3），所述卸压放气管（3）上设置有压力表（31）和分开关（32）；

3）平巷（A）1的矸石充填：将矸石从靠近工作面运输大巷（B）一侧向工作面轨道大巷（C）一侧逐渐填充平巷（A）1，所述平巷（A）1填充完毕后，在平巷（A）1的靠近工作面轨道大巷（C）一侧设置挡矸及浆墙（D）；

4）平巷（A）1的注浆：打开工作面轨道大巷注浆管（2）的总开关（21），随后打开卸压放气管（3）的分开关（32）进行卸压放气，当压力表（31）的示数为设计注浆压力时，关闭卸压放气管（3）的分开关（32），打开工作面轨道大巷注浆管（2）与平巷注浆管（1）的连接管的支开关进行注浆，当浆液从靠近作面轨道大巷（C）一侧的挡矸及浆墙（D）溢出时，停止注浆；

5）平巷（A）1的注浆效果监测：注浆完成一段时间后，在工作面轨道大巷（C）一侧对注浆矸石充填体进行钻孔取芯法对注浆情况进行观测，并对注浆矸石充填体的取芯体进行室内试验以测试其强度，若注浆矸石充填体最终强度无法满足要求，应立即停止施工并调整注浆参数，且在平巷（A）2内往平巷（A）1方向钻设补浆钻孔（4）对平巷（A）1内的注浆矸石堆积体进行补浆处理，若注浆矸石充填体最终强度满足要求，则继续以下步骤；

6）其他平巷（A）2~n的矸石充填并注浆：按照上述步骤3）、4）对平巷2~n进行矸石充填、注浆及注浆效果监测，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，完成后所有平巷注浆管（1）不回收；

7）两平巷（A）间的煤柱（E）回收、矸石充填及注浆：待平巷（A）2-n的注浆矸石充填体稳定后，回收两平巷（A）间的煤柱（E），并按照步骤3）和4）进行矸石充填、注浆，整个工作面回采完毕。

2.根据权利要求1所述的适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，其特征在于，在平巷（A）两侧的煤柱（E）煤壁上挂设胶丝布（5）。

3.根据权利要求1所述的适用于短壁巷采水平工作面的矸石充填注浆施工方法，其特征在于，步骤5）中钻孔取芯法设置为取芯的长度大于平巷（A）长度的一半。