CN109707422A - 一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法 - Google Patents

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本发明公开了一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,包括以下步骤:(1)在巷道机掘成型后,对巷道的顶板施工常规锚杆、高强度锚杆以及预应力锚索,并且铺设相应的锚网对巷道进行支护;(2)在步骤(1)中的巷道中向小煤柱中依次施工常规锚杆、高强度锚杆以及中空注浆锚索,且通过注浆泵向中空注浆锚索中注入高压水泥混凝土浆液,并且中空注浆锚索的长度满足小煤柱的加固宽度要求,而且小煤柱与巷道的接触壁面由钢筋梯子梁把常规锚杆、高强度锚杆和中空注浆锚索固定在一起;(3)在步骤(2)中的巷道中向实体煤层中钻入多排常规锚杆。本发明能对沿空送巷小煤柱进行高压注浆,进而能加固小煤柱,并能减少巷道的变形量。

Description

一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法
技术领域
本发明属于煤矿巷道围岩加固支护技术,尤其涉及一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法。
背景技术
沿空送巷又称沿空掘巷,可以分为完全沿空掘巷和留小煤柱沿空掘巷两种形式。完全沿空掘巷就是沿着采空区的边界开掘巷道,此时,采空区的瓦斯、积水、大块矸石有可能会进入掘进巷道中,给煤矿生产带来安全隐患。留小煤柱沿空掘巷就是在巷道和采空区之间留设一定宽度的小煤柱护巷,小煤柱的宽度一般在5m左右,采用留小煤柱沿空掘巷,可以有效地防止采空区的瓦斯、采空区的积水和采空区矸石窜入掘进巷道,因此,留设小煤柱支护巷道围岩的工艺在煤矿井下应用的相对比较广泛。
沿空送巷留设的小煤柱由于自身的强度相对比较低,承载能力有限,当工作面回采作业开始后,在采动超前压力的作用下,小煤柱会发生失稳破坏,有时小煤柱还会被压碎变形,进而导致巷道收缩变形量加大。此时,往往需要对巷道进行大面积的拉底扩帮翻修,工人劳动强度大,施工进度慢,影响正常的采煤生产,不利于矿井的高产高效。因此,增加沿空送巷小煤柱的强度和稳定性就显得十分必要。目前,对小煤柱的加固方法主要是利用锚杆、锚索进行加固。但是,在采动压力的作用下,小煤柱首先会被压碎破坏进而发生失稳,很容易使锚杆和锚索发生加固失效,因此,急需要一种方法对沿空送巷小煤柱进行有效地加固。
发明内容
本发明提供一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,能对沿空送巷小煤柱进行高压注浆,进而能加固小煤柱,并能减少巷道的变形量。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,包括以下步骤:
步骤(1),在巷道机掘成型后,对巷道的顶板施工常规锚杆、高强度锚杆以及预应力锚索,并且铺设相应的锚网对巷道进行支护;
步骤(2),在步骤(1)中的巷道中向小煤柱中依次施工常规锚杆、高强度锚杆以及中空注浆锚索,且通过注浆泵向中空注浆锚索中注入高压水泥混凝土浆液,并且中空注浆锚索的长度满足小煤柱的加固宽度要求,而且小煤柱与巷道的接触壁面由钢筋梯子梁把常规锚杆、高强度锚杆和中空注浆锚索固定在一起,
其中,中空注浆锚索的施工工艺包括一次注浆封孔作业、二次注浆封孔作业与高压注浆作业,
一次注浆封孔作业:标定钻孔位置,根据小煤柱的宽度首先利用钻机对小煤柱钻进一定深度且水平的第一钻孔,待第一钻孔成型且清洗第一钻孔后,利用注浆管向第一钻孔内持续注入水泥混凝土浆液,当第一钻孔孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第一钻孔内注入水泥混凝土浆液,
二次注浆封孔作业:当第一钻孔内的水泥混凝土浆液凝固后,利用钻机对第一钻孔位置处的小煤柱钻进深度大于第一钻孔深度且水平的第二钻孔,待第二钻孔成型且清洗第二钻孔后,将中空注浆锚索安置于第二钻孔中,然后利用注浆管向第二钻孔内持续注入水泥混凝土浆液,当第二钻孔孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第二钻孔内注入水泥混凝土浆液,
高压注浆作业:当第二钻孔内的水泥混凝土浆液凝固后,开启高压注浆泵向中空注浆锚索内注入高压水泥混凝土浆液,随着水泥混凝土浆液压力的持续增加,中空注浆锚索内水泥混凝土浆液的压力逐渐稳定于8MPa左右,且中空注浆锚索内高压水泥混凝土浆液的稳压时间在20分钟以上,当第二钻孔孔口周围的小煤柱壁面有水泥混凝土浆液流出时,停止向中空注浆锚索内注入高压水泥混凝土浆液;
步骤(3),在步骤(2)中的巷道中向实体煤层中钻入多排常规锚杆。
进一步地,步骤(1)中,巷道顶板中从左到右依次施工有高强度锚杆、常规锚杆、预应力锚索、常规锚杆以及高强度锚杆,且左右相邻锚杆或锚索的水平间距相等,并且预应力锚索处于巷道的顶板中部且预应力锚索沿竖直方向设置,而各常规锚索均沿竖直方向设置,且左侧的高强度锚杆向左上方倾斜设置,右侧的高强度锚杆向右上方倾斜设置,并且左侧的高强度锚杆与右侧的高强度锚杆相对预应力锚索对称分布。
进一步地,步骤(2)中,向第一钻孔内注入的水泥混凝土浆液的压力约1-2MPa;向第二钻孔内注入的水泥混凝土浆液的压力约1-2MPa。
进一步地,步骤(2)中,第一钻孔的深度约1m左右,第二钻孔的深度约3m左右,且第一钻孔与第二钻孔的水平中心线相重合。
进一步地,步骤(2)中,中空注浆锚索每两排施工一组,排距是1.4 m,每组2根或3根,当煤层厚度低于2.5 m时施工2根,当厚度大于2.5 m时施工3根。
进一步地,步骤(2)中,小煤柱中由上到下依次施工有高强度锚杆、常规锚杆、中空注浆锚索、常规锚杆、中空注浆锚杆、常规锚杆以及高强度锚杆,且上下相邻锚杆或锚索的竖直间距相等,并且各常规锚杆均沿水平方向设置,各中空注浆锚索均沿水平方向设置,各高强度锚杆均倾斜设置,并且上侧的高强度锚杆与下侧的高强度锚杆相对小煤柱的水平中心线对称分布。
进一步地,步骤(3)中,向实体煤层中钻入三排常规锚杆,且各常规锚杆均沿水平方向设置,并且上下相邻常规锚杆的竖直间距相等。
进一步地,步骤(2)中,水泥混凝土浆液的浆料为标号大于425级硅酸盐水泥,该水泥的水灰比为1:2,且采用ACZ-1型混凝土注浆添加剂,且ACZ-1型混凝土注浆添加剂重量为该水泥重量的8%,中空注浆锚索每孔的注浆量为0.08-0.1m3,中空注浆锚索的扩散半径为3000-3200mm。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
本发明首先是在沿空送巷小煤柱的侧帮施工常规锚杆和高强度锚杆,常规锚杆和高强度锚杆对小煤柱起到初步的固定作用,防止小煤柱发生失稳破坏;随后对沿空送巷的小煤柱钻进第一钻孔并对第一钻孔进行一次注浆封孔作业,等到一次注浆封孔作业完成之后,对第一钻孔位置处的小煤柱钻进第二钻孔而后安置中空注浆锚索,并对第二钻孔进行二次注浆封孔作业,在二次注浆封孔作业结束之后,开始对小煤柱中的中空注浆锚索进行高压注浆作业,实现对沿空送巷小煤柱高压注浆加固的效果;
本发明一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,解决了煤矿井下沿空送巷留设小煤柱时,小煤柱受到回采压力作用后发生压碎变形、失稳破坏和巷道变形量增加的问题,通过两次注浆封孔作业,实现了对小煤柱的高压注浆,有效地增加了沿空送巷小煤柱的强度,降低了巷道的变形量,保证了巷道围岩的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为小煤柱内中空注浆锚索的施工图。
附图说明:1、巷道,2、常规锚杆,3、高强度锚杆,4、预应力锚索,5、中空注浆锚索,6、钢筋梯子梁,7、小煤柱,8、第一钻孔,9、第二钻孔,10、顶板,11、实体煤层,12、采空区。
具体实施方式
如图1和2所示,一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,包括以下步骤:
步骤(1),在巷道1机掘成型后,对巷道1的顶板施工常规锚杆2、高强度锚杆3以及预应力锚索4,并且铺设相应的锚网对巷道1进行支护,常规锚杆2、高强度锚杆3以及预应力锚索4可以起到对巷道1的顶板10的锚固作用,其中,巷道1的顶板10中从左到右依次施工有高强度锚杆3、常规锚杆2、预应力锚索4、常规锚杆2以及高强度锚杆3,且左右相邻锚杆或锚索的水平间距相等,并且预应力锚索4处于巷道1的顶板10中部且预应力锚索4沿竖直方向设置,而各常规锚索均沿竖直方向设置,且左侧的高强度锚杆3向左上方倾斜设置,右侧的高强度锚杆3向右上方倾斜设置,并且左侧的高强度锚杆3与右侧的高强度锚杆3相对预应力锚索4对称分布;
步骤(2),在步骤(1)中的巷道1中向小煤柱7中依次施工常规锚杆2、高强度锚杆3以及中空注浆锚索5,且通过注浆泵向中空注浆锚索5中注入高压水泥混凝土浆液,并且中空注浆锚索5的长度满足小煤柱7的加固宽度要求,而且小煤柱7与巷道1的接触壁面由钢筋梯子梁6把常规锚杆2、高强度锚杆3和中空注浆锚索5固定在一起,
其中,中空注浆锚索5的施工工艺包括一次注浆封孔作业、二次注浆封孔作业与高压注浆作业,
一次注浆封孔作业:标定钻孔位置,根据小煤柱7的宽度首先利用钻机对小煤柱7钻进深度约1m左右且水平的第一钻孔8,待第一钻孔8成型且清洗第一钻孔8后,利用注浆管向第一钻孔8内持续注入压力约1-2MPa的水泥混凝土浆液,当第一钻孔8孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第一钻孔8内注入水泥混凝土浆液,一次注浆封孔作业主要起到对小煤柱7破碎煤体的固结和钻孔的预封孔作用,保证二次注浆封孔作业后高压注浆作业的实现,
二次注浆封孔作业:当第一钻孔8内的水泥混凝土浆液凝固后,利用钻机对第一钻孔8位置处的小煤柱7钻进深度约3m左右且水平的第二钻孔9,且第一钻孔8与第二钻孔9的水平中心线相重合,待第二钻孔9成型且清洗第二钻孔9后,将中空注浆锚索5安置于第二钻孔9中,然后利用注浆管向第二钻孔9内持续注入压力约1-2MPa的水泥混凝土浆液,当第二钻孔9孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第二钻孔9内注入水泥混凝土浆液,
高压注浆作业:当第二钻孔9内的水泥混凝土浆液凝固后,开启高压注浆泵向中空注浆锚索5内注入高压水泥混凝土浆液,随着水泥混凝土浆液压力的持续增加,中空注浆锚索5内水泥混凝土浆液的压力逐渐稳定于8MPa左右,即实现了对沿空送巷小煤柱7的高压注浆作业,高压水泥混凝土浆液沿着小煤柱7中破碎煤体的内部充分流动,固结小煤柱7中的破碎煤体,且中空注浆锚索5内高压水泥混凝土浆液的稳压时间在20分钟以上,当第二钻孔9孔口周围的小煤柱7壁面有水泥混凝土浆液流出时,停止向中空注浆锚索5内注入高压水泥混凝土浆液;
步骤(3),在步骤(2)中的巷道1中向实体煤层11中钻入三排常规锚杆2以防止实体煤层11发生破碎变形,且各常规锚杆2均沿水平方向设置,并且上下相邻常规锚杆2的竖直间距相等。
其中,步骤(2)中,中空注浆锚索5每两排施工一组,排距是1.4 m,每组2根或3根,当煤层厚度低于2.5 m时施工2根,当厚度大于2.5 m时施工3根。
其中,步骤(2)中,小煤柱7中由上到下依次施工有高强度锚杆3、常规锚杆2、中空注浆锚索5、常规锚杆2、中空注浆锚杆、常规锚杆2以及高强度锚杆3,且上下相邻锚杆或锚索的竖直间距相等,并且各常规锚杆2均沿水平方向设置,各中空注浆锚索5均沿水平方向设置,各高强度锚杆3均倾斜设置,并且上侧的高强度锚杆3与下侧的高强度锚杆3相对小煤柱7的水平中心线对称分布。
其中,步骤(2)中,水泥混凝土浆液的浆料为标号大于425级硅酸盐水泥,该水泥的水灰比为1:2,且采用ACZ-1型混凝土注浆添加剂,且ACZ-1型混凝土注浆添加剂重量为该水泥重量的8%,中空注浆锚索5每孔的注浆量为0.08-0.1m3,中空注浆锚索5的扩散半径为3000-3200mm。
本发明方法在平顶山某矿井某回采工作面实施后,从现场的跟踪监测资料可以验证本发明一种沿空送巷小煤柱7高压注浆加固支护方法,直接提高了沿空送巷留设的小煤柱7的稳定性和强度,避免了小煤柱7受到回采应力后被压碎破坏,同时也增加了巷道1围岩的稳定性,降低了巷道1支护的费用,为矿井的高产高效奠定了基础。

Claims (8)

1.一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤(1),在巷道机掘成型后,对巷道的顶板施工常规锚杆、高强度锚杆以及预应力锚索,并且铺设相应的锚网对巷道进行支护;
步骤(2),在步骤(1)中的巷道中向小煤柱中依次施工常规锚杆、高强度锚杆以及中空注浆锚索,且通过注浆泵向中空注浆锚索中注入高压水泥混凝土浆液,并且中空注浆锚索的长度满足小煤柱的加固宽度要求,而且小煤柱与巷道的接触壁面由钢筋梯子梁把常规锚杆、高强度锚杆和中空注浆锚索固定在一起,
其中,中空注浆锚索的施工工艺包括一次注浆封孔作业、二次注浆封孔作业与高压注浆作业,
一次注浆封孔作业:标定钻孔位置,根据小煤柱的宽度首先利用钻机对小煤柱钻进一定深度且水平的第一钻孔,待第一钻孔成型且清洗第一钻孔后,利用注浆管向第一钻孔内持续注入水泥混凝土浆液,当第一钻孔孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第一钻孔内注入水泥混凝土浆液,
二次注浆封孔作业:当第一钻孔内的水泥混凝土浆液凝固后,利用钻机对第一钻孔位置处的小煤柱钻进深度大于第一钻孔深度且水平的第二钻孔,待第二钻孔成型且清洗第二钻孔后,将中空注浆锚索安置于第二钻孔中,然后利用注浆管向第二钻孔内持续注入水泥混凝土浆液,当第二钻孔孔口周围煤壁有大量水泥混凝土浆液流出时,停止向第二钻孔内注入水泥混凝土浆液,
高压注浆作业:当第二钻孔内的水泥混凝土浆液凝固后,开启高压注浆泵向中空注浆锚索内注入高压水泥混凝土浆液,随着水泥混凝土浆液压力的持续增加,中空注浆锚索内水泥混凝土浆液的压力逐渐稳定于8MPa左右,且中空注浆锚索内高压水泥混凝土浆液的稳压时间在20分钟以上,当第二钻孔孔口周围的小煤柱壁面有水泥混凝土浆液流出时,停止向中空注浆锚索内注入高压水泥混凝土浆液;
步骤(3),在步骤(2)中的巷道中向实体煤层中钻入多排常规锚杆。
2.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于步骤(1)中,巷道顶板中从左到右依次施工有高强度锚杆、常规锚杆、预应力锚索、常规锚杆以及高强度锚杆,且左右相邻锚杆或锚索的水平间距相等,并且预应力锚索处于巷道的顶板中部且预应力锚索沿竖直方向设置,而各常规锚索均沿竖直方向设置,且左侧的高强度锚杆向左上方倾斜设置,右侧的高强度锚杆向右上方倾斜设置,并且左侧的高强度锚杆与右侧的高强度锚杆相对预应力锚索对称分布。
3.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于步骤(2)中,向第一钻孔内注入的水泥混凝土浆液的压力约1-2MPa;向第二钻孔内注入的水泥混凝土浆液的压力约1-2MPa。
4.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于步骤(2)中,第一钻孔的深度约1m左右,第二钻孔的深度约3m左右,且第一钻孔与第二钻孔的水平中心线相重合。
5.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于步骤(2)中,中空注浆锚索每两排施工一组,排距是1.4 m,每组2根或3根,当煤层厚度低于2.5m时施工2根,当厚度大于2.5 m时施工3根。
6.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于步骤(2)中,小煤柱中由上到下依次施工有高强度锚杆、常规锚杆、中空注浆锚索、常规锚杆、中空注浆锚杆、常规锚杆以及高强度锚杆,且上下相邻锚杆或锚索的竖直间距相等,并且各常规锚杆均沿水平方向设置,各中空注浆锚索均沿水平方向设置,各高强度锚杆均倾斜设置,并且上侧的高强度锚杆与下侧的高强度锚杆相对小煤柱的水平中心线对称分布。
7.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于于步骤(3)中,向实体煤层中钻入三排常规锚杆,且各常规锚杆均沿水平方向设置,并且上下相邻常规锚杆的竖直间距相等。
8.根据权利要求1所述的一种沿空送巷小煤柱高压注浆加固支护方法,其特征在于于步骤(2)中,水泥混凝土浆液的浆料为标号大于425级硅酸盐水泥,该水泥的水灰比为1:2,且采用ACZ-1型混凝土注浆添加剂,且ACZ-1型混凝土注浆添加剂重量为该水泥重量的8%,中空注浆锚索每孔的注浆量为0.08-0.1m3,中空注浆锚索的扩散半径为3000-3200mm。
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