CN109139057B - 一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井水文地质领域，公开一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，步骤一：对巷道底板的底鼓进行观测，得到底鼓的最大高度为h，以及最大高度所在平面位置的坐标；步骤二：在巷道底板两底角实施注浆钻孔；步骤三：通过注浆钻孔进行注浆加固；步骤四：对巷道底板实施抽水钻孔、抽水管以及花管；步骤五：在巷道顶板和两帮均设置传感器；步骤六：在巷道底板铺设真空抽水系统；步骤七：启动真空抽水系统；步骤八：达到停止抽水的标准后，停止抽水；步骤九：对抽水引起的巷道底板的沉降进行充填；步骤十：在煤炭掘进和开采阶段，若底鼓的高度又达到h，重复步骤六～步骤九，直至巷道报废。本发明对底板进行真空抽水，因此能够根治吸水膨胀。
Description
技术领域
本发明涉及矿井水文地质领域，与采矿领域所有交叉，尤其涉及一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法。
背景技术
煤矿开采前需要进行巷道掘进，有的巷道掘进过程中底板由于含有吸水膨胀的矿物，底板会发生底鼓。底板底鼓后工况条件变差，有的甚至影响煤矿生产，车辆无法通过，围岩稳定性受到影响。针对巷道底鼓，最多采用的方法有起底，或者采用不同类型的支护来对抗围岩压力或者对底板进行材料置换、改性。这些方法存在以下问题：
1)底板起底后，短时间会起到好的作用，但一段时间后底板又会发生底鼓，且二次底鼓后围岩环境会进一步变差，因此起底是治标不治本的方法。
2)不同的支护方式往往是针对矿压比较大的环境下的，而底板吸水后会持续膨胀，支护压力会持续变化，成本和技术要求高。
3)对底板材料进行置换或者改性可以根除吸水膨胀的影响，单这样施工周期长，施工的范围大，施工的费用高。置换或者改性的过程涉及开挖工程，可能会造成围岩压力失衡。小的孔隙、裂隙，因此水泥封堵后整体的密封性差，易造成硫化氢逸出。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，本发明的方法能够解决上述存在的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，包括下述步骤：
步骤一：对巷道底板的底鼓进行观测，得到底鼓的最大高度为h，以及最大高度所在平面位置的坐标；
步骤二：在巷道底板两底角实施注浆钻孔；
步骤三：通过注浆钻孔进行注浆加固；
步骤四：对巷道底板实施抽水钻孔，抽水钻孔为向下的钻孔，抽水钻孔向下延伸到与巷道底板相邻的含水层；抽水钻孔中设置有抽水管以及埋设有花管；
步骤五：在巷道顶板和两帮均设置传感器，传感器采用位移传感器和离层传感器；
步骤六：在巷道底板铺设真空抽水系统，所有的抽水管在巷道底板上连接到真空抽水系统，通过真空抽水系统将岩体内的水排出；
步骤七：启动真空抽水系统，并通过传感器监测巷道顶板以及两帮的位移和离层；
步骤八：达到停止抽水的标准后，真空抽水系统停止抽水；其中，停止抽水的标准是传感器8监测的数据和/或真空抽水系统的排水量达到预设值；
步骤九：对抽水引起的巷道底板的沉降进行充填；
步骤十：后续在煤炭掘进和开采阶段，若底鼓的高度又达到h，则重复步骤六～步骤九，直至巷道报废。
步骤二中，在巷道底板两底角实施注浆钻孔时，同一侧的相邻的注浆钻孔间距小于2倍的浆液扩散半径。
步骤二中，注浆钻孔为向下的钻孔，钻孔倾角为30°～60°，注浆钻孔向下延伸至与巷道底板相邻的含水层。
步骤四中，抽水钻孔从孔口向下每3～5米为一个深度段，每个深度段均对应设置有抽水管，每一个抽水管有一个抽水口，且抽水口在抽水钻孔的每一个深度段均有分布；
其中，离底鼓最大高度位置最近的抽水管的抽水口设置在巷道底板以下的第一个深度段。
真空抽水系统包括覆盖在巷道底板上的砂垫层和覆盖在砂垫层上的聚氧乙烯的密封膜，聚氧乙烯密封膜上连接真空抽水泵；抽水管的出水口延伸至砂垫层。
步骤八中，当同一个传感器的相邻的两个监测数据的差值增大超过50％，则停止抽水；当停止抽水后，对差值增大超过50％的传感器所在位置采取锚固措施。
步骤八中，对真空抽水系统的排水量进行实时观测，观测频率为1min/次～5min/次，排水量衰减超过80％时，则停止抽水。
步骤九中，充填之前先将抽水管抽出，接着对抽水钻孔进行封孔，再对抽水引起的巷道底板的沉降高度大于底鼓高度的部分进行充填。
充填材料为聚氨酯材料。
抽水钻孔的孔径为5mm～50mm，传感器的监测频率为1min/次～30min/次。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
由于巷道底板的底鼓是由于上覆岩层的压力通过两帮转移到巷道底板的压力以及巷道底板吸水膨胀的结果，因此本发明的采煤巷道底板吸水底鼓治理方法首先在巷道底板两底角实施注浆钻孔来提高围岩稳定性。然后，针对巷道底板吸水膨胀的特性，对巷道底板下面的岩层进行抽水，根据有效应力原理，当岩体内的水被抽走后，巷道底板的强度会提高，同时在抽水钻孔中设计花管就是对不同深度的岩层同时进行抽水，让其相对均匀下沉。而抽水钻孔中的花管与抽水钻孔接触为凹凸不平的，当抽水的后期两者会有较大的压应力，这使得花管起到锚杆的作用，增大了底板的内聚力，使得巷道底板强度进一步增加。其次，当巷道底板被抽水后，巷道周围的岩石会发生应力转移，此时可能发生巷道顶板和两帮的变形破坏，因此在其中埋设传感器，监测依据设置为加速变形阶段来限定抽水。最后对对抽水引起的巷道底板的沉降进行充填，以保证后续施工的正常进行。综上，本发明实施的是对底板进行真空抽水，因此能够根治吸水膨胀；对施工过程中围岩应力转移进行监控，因此治理效果提高；施工以钻孔为主，无大量的土方工程，因此节约成本；治理后，后续问题明显减少。
进一步的，真空抽水系统包括覆盖在巷道底板上的砂垫层和覆盖在砂垫层上的聚氧乙烯的密封膜，聚氧乙烯密封膜上连接真空抽水泵；抽水管的出水口延伸至砂垫层；因此当通过真空抽水泵抽水时，使聚氧乙烯密封膜与砂垫层之间产生负压，产生的负压利用抽水管从抽水钻孔中将含水层中的水抽出，抽出的水再经过聚氧乙烯密封膜以及真空抽水泵排出，通过本发明的真空抽水系统使得抽水系统结构简单，抽水范围更加广泛，排水效果好。
附图说明
图1是本发明采煤巷道底板吸水底鼓治理方法的流程图；
图2是：本发明采煤巷道底板吸水底鼓治理方法的施工示意图。
图中：1-底鼓，2-巷道底板，3-巷道底板两角，4-注浆钻孔，5-抽水钻孔，6-两帮，7-巷道顶板，8-传感器，9-真空抽水系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明的采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，包括下述步骤：
步骤一：对巷道底板2的底鼓1进行观测，观测底鼓1的最大高度为h，最大高度所在平面位置的坐标为(x，y)；
步骤二：在巷道底板两底角3处实施注浆钻孔4，同一侧相邻的注浆钻孔4间距小于2倍的浆液扩散半径，其中浆液扩散半径采用既定的现场测试方法获取。注浆钻孔4为向下的钻孔，钻孔倾角为30°～60°，注浆钻孔4向下延伸到与巷道底板2相邻的含水层为止；
步骤三：通过注浆钻孔4进行注浆加固，注入的浆液为水泥、外加剂和水，其中外加剂为后强剂；
步骤四：对巷道底板2实施抽水钻孔5。抽水钻孔5为向下的钻孔，抽水钻孔5向下延伸到与巷道底板2相邻的含水层为止。抽水钻孔5的孔径为5mm～50mm。抽水钻孔5中埋花管以及抽水管。抽水钻孔5从孔口向下每3～5米为一个深度段，每个深度段均对应设置有抽水管，每一个抽水管有一个抽水口，抽水口在抽水钻孔5的每一个深度段均有分布；其中，离底鼓1最大高度位置最近的抽水管的抽水口设置在巷道底板2以下的第一个深度段。花管的材料为聚乙烯材料，且花管与抽水钻孔5接触为凹凸不平的，随抽水过程增加岩体的内聚力。
步骤五：在巷道顶板7和两帮6均设置传感器8。传感器8的类型为位移传感器和离层传感器。
步骤六：在巷道底板2铺设真空抽水系统9。真空抽水系统9包括覆盖在巷道底板2上的砂垫层和覆盖在砂垫层上的聚氧乙烯的密封膜，聚氧乙烯密封膜上连接真空抽水泵，所有抽水管的出水口延伸至砂垫层，真空泵的出口将抽出的水排至排水系统。
步骤七：启动真空抽水系统9，并通过传感器8监测巷道顶板7和两帮6的位移和离层。传感器8监测的频率在1min/次～30min/次。
步骤八：达到标准后，真空抽水系统9停止抽水。其中，标准是传感器8监测的数据和真空抽水系统9的排水量中的任何1个或2个达到标准。
对传感器8监测到的数据进行实时分析，当同一个传感器8的相邻的两个监测数据的差值增大超过50％时，则停止抽水，并对差值增大超过50％的传感器8所在位置采取锚固措施。
对真空抽水系统9的排水量进行实时观测，观测频率为1min/次～5min/次，相邻两次监测的排水量衰减超过80％时，则停止抽水。
步骤九：对抽水引起的巷道底板2的沉降进行充填。充填之前先将抽水管抽出，但保留花管在抽水钻孔5内，同时保留真空抽水系统9，接着对抽水钻孔5进行封孔，再对抽水引起的巷道底板2的沉降高度大于底鼓1高度的部分进行充填。充填材料为聚氨酯材料。
步骤十：加强后续维护直至巷道报废：后续在煤炭掘进和开采阶段，底鼓1的高度又达到h，则重复步骤六～步骤九，直至巷道报废。
本发明采煤巷道底板吸水底鼓治理方法运行原理如下：
由于巷道底板2的底鼓1是由于上覆岩层的压力通过两帮6转移到巷道底板2的压力以及巷道底板2吸水膨胀的结果。因此，首先在巷道底板两底角3实施注浆钻孔4来提高围岩稳定性。然后，针对巷道底板2吸水膨胀的特性，对巷道底板2下面的岩层进行抽水，根据有效应力原理，当岩体内的水被抽走后，巷道底板2的强度会提高，同时在抽水钻孔5中设计花管就是对不同深度的岩层同时进行抽水，让其相对均匀下沉。而抽水钻孔5中的花管与抽水钻孔5接触为凹凸不平的，当抽水的后期两者会有较大的压应力，这使得花管起到锚杆的作用，增大了底板的内聚力，使得巷道底板2强度进一步增加。其次，当巷道底板2被抽水后，巷道周围的岩石会发生应力转移，此时可能发生巷道顶板7和两帮6的变形破坏，因此在其中埋设传感器8，监测依据设置为加速变形阶段来限定抽水。
实施例：
某煤矿开采5号煤，开采5001工作面前，需要开拓2条巷道。1号巷道开拓阶段发生底鼓，在1号巷道74～82米段底鼓已经影响了生产，且该底鼓为底板吸水后发生的，因此采取以下步骤，取得了煤炭开采的成功：
步骤一：对巷道底板底鼓进行观测。观测底板的最大高度为h为0.5米，最大高度所在平面位置，坐标为(1，3)。
步骤二：在巷道底板两底角处实施注浆钻孔，两侧共计实施注浆钻孔6个。同一侧相邻的注浆钻孔间距小于2倍的浆液扩散半径，其中浆液扩散半径采用既定的现场测试方法获取为2m。注浆钻孔深向下延伸到与巷道底板2相邻的含水层，孔深为18米。注浆钻孔为向下的钻孔，6个注浆钻孔倾角分别为30°、31°、42°、45°、49°和60°。
步骤三：通过注浆钻孔进行注浆加固。注入的浆液为水泥、外加剂和水，其中外加剂为后强剂。共计注入浆液347方。
步骤四：对巷道底板实施抽水钻孔，共计实施12个抽水钻孔。抽水钻孔为向下的钻孔，抽水钻孔深度同样为18米。抽水钻孔中，3个抽水钻孔的孔径为5mm，3个抽水钻孔为20mm，抽水钻孔3个为40mm，3抽水钻孔个为50mm。抽水钻孔中埋设花管以及抽水管。抽水钻孔共有4个深度段，其中靠坐标(1，3)最近的1号抽水钻孔抽水口设置在巷道底板以下3米，2号～12号抽水钻孔的设置深度依次为：2米、4米、5米、6米、7米、8米、9米、10米、12米、14米、16米和18米。花管的材料为聚乙烯材料，且花管与抽水钻孔5接触为凹凸不平的，随抽水过程增加岩体的内聚力。所有的花管在巷道底板上连接到排水系统，通过排水系统将岩体内的水排出。
步骤五：在巷道顶板和两帮均设置传感器。传感器的类型为位移传感器和离层传感器。
步骤六：在巷道底板铺设真空抽水系统。真空抽水系统包括覆盖在巷道底板上的砂垫层和聚氧乙烯的密封膜，聚氧乙烯密封膜上连接真空抽水泵，所有抽水管与真空抽水泵相连，真空泵的出口将抽出的水排至排水系统。
步骤七：启动真空抽水系统，并通过传感器监测巷道顶板和两帮的位移和离层。位移传感器的监测频率在1min/次，离层传感器的监测频率30min/次。
步骤八：达到标准后，停止抽水。对传感器监测到的数据进行实时分析，在第32～34min范围内，2号位移传感器的相邻的两个监测数据的差值增大为55％，停止抽水，并在2号位移传感器所在位置采取锚固措施。
步骤九：充填抽水引起的沉降。充填之前对抽水钻孔进行封孔，但保留花管再抽水钻孔内，同时保留真空抽水系统。对抽水引起的巷道底板的沉降大于底鼓的部分进行充填。充填材料为聚氨酯材料。
步骤十：加强后续维护直至巷道报废。后续在相邻巷道继续掘进的过程中，底鼓高度又达到0.5米2次，然后重复步骤六～步骤九。其中，第一次重复步骤八时，3号位移传感器的相邻的两个监测数据的差值增大55％的同时真空抽水系统的排水量衰减81％，停止抽水。第二次重复步骤八时，真空抽水系统的排水量进行实时观测，观测频率为5min/次，排水量首先衰减82％时停止抽水。然后，巷道持续良好运行，直至巷道报废，实现了5001工作面煤炭的开采。
Claims (9)
1.一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：对巷道底板(2)的底鼓(1)进行观测，得到底鼓(1)的最大高度为h，以及最大高度所在平面位置的坐标；
步骤二：在巷道底板两底角(3)实施注浆钻孔(4)；
步骤三：通过注浆钻孔(4)进行注浆加固；
步骤四：对巷道底板(2)实施抽水钻孔(5)，抽水钻孔(5)为向下的钻孔，抽水钻孔(5)向下延伸到与巷道底板(2)相邻的含水层；抽水钻孔(5)中设置有抽水管以及埋设有花管；
步骤五：在巷道顶板(7)和两帮(6)均设置传感器(8)，传感器(8)采用位移传感器和离层传感器；
步骤六：在巷道底板(2)铺设真空抽水系统(9)，所有的抽水管在巷道底板(2)上连接到真空抽水系统(9)，通过真空抽水系统(9)将岩体内的水抽出；
步骤七：启动真空抽水系统(9)，并通过传感器(8)监测巷道顶板(7)以及两帮(6)的位移和离层；
步骤八：达到停止抽水的标准后，真空抽水系统(9)停止抽水；其中，停止抽水的标准是传感器(8)监测的数据和/或真空抽水系统(9)的排水量达到预设值；
步骤九：对抽水引起的巷道底板(2)的沉降进行充填；
步骤十：后续在煤炭掘进和开采阶段，若底鼓(1)的高度又达到h，则重复步骤六～步骤九，直至巷道报废；
真空抽水系统(9)包括覆盖在巷道底板(2)上的砂垫层和覆盖在砂垫层上的聚氧乙烯的密封膜，聚氧乙烯密封膜上连接真空抽水泵；抽水管的出水口延伸至砂垫层。
2.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤二中，在巷道底板两底角(3)实施注浆钻孔(4)时，同一侧的相邻的注浆钻孔(4)间距小于2倍的浆液扩散半径。
3.根据权利要求1或2所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤二中，注浆钻孔(4)为向下的钻孔，钻孔倾角为30°～60°，注浆钻孔(4)向下延伸至与巷道底板(2)相邻的含水层。
4.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤四中，抽水钻孔(5)从孔口向下每3～5米为一个深度段，每个深度段均对应设置有抽水管，每一个抽水管有一个抽水口，且抽水口在抽水钻孔(5)的每一个深度段均有分布；
其中，离底鼓(1)最大高度位置最近的抽水管的抽水口设置在巷道底板(2)以下的第一个深度段。
5.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤八中，当同一个传感器(8)的相邻的两个监测数据的差值增大超过50％，则停止抽水；当停止抽水后，对差值增大超过50％的传感器(8)所在位置采取锚固措施。
6.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤八中，对真空抽水系统(9)的排水量进行实时观测，观测频率为1min/次～5min/次，排水量衰减超过80％时，则停止抽水。
7.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，步骤九中，充填之前先将抽水管抽出，接着对抽水钻孔(5)进行封孔，再对抽水引起的巷道底板(2)的沉降高度大于底鼓(1)高度的部分进行充填。
8.根据权利要求7所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，充填材料为聚氨酯材料。
9.根据权利要求1所述的一种采煤巷道底板吸水底鼓治理方法，其特征在于，抽水钻孔(5)的孔径为5mm～50mm，传感器(8)的监测频率为1min/次～30min/次。
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