CN109973120A - 一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，适用于采煤工程中致密冲击倾向煤层。包括在两巷煤帮上间隔布置的上、下向注浆钻孔，以及上、下向卸压观测钻孔，上向注浆钻孔与临近的上向卸压观测钻孔为一组，下向注浆钻孔与临近的下向卸压观测钻孔为一组，注浆钻孔内安设有注浆锚索。在卸压观测钻孔内壁喷涂有荧光涂层，通过观测卸压观测钻孔内壁的坍塌情况、荧光涂层剥离程度确定合理的注浆时机。当卸压观测钻孔内壁较为稳定致密时，不开启临近注浆钻孔的注浆工序；当卸压观测钻孔内壁断面坍塌煤粉超过该断面面积1/3时，开启注浆工序。此外，卸压观测钻孔也可作为卸压钻孔，缓解煤层冲击倾向及超前支承压力影响幅度。
Description
技术领域
本发明涉及一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，尤其是一种适用于采煤工程中致密冲击倾向煤层条件下的预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法。
背景技术
高应力状态下具有大量弹性能的煤岩体的骤然崩出或冒落并伴随声响、震动或者气浪等动力效应的现象统称为煤矿动压现象。近年来，煤矿动压现象的发生概率总体上随着开采深度的增加而增加，但是开采条件复杂的浅部煤层也有可能发生煤矿动压现象。总体上，具有冲击倾向的煤层在我国广泛存在，相较于理想煤层条件下的开采而言，在此类煤层中的开采具有较大的技术挑战性。例如，2018年10月20日，山东龙郓煤业冲击地压事故造成了21人遇难，带来了巨大的人员伤亡和经济损失。因此，针对冲击倾向性的煤层开采和对应的巷道控制技术在当前仍旧有很大的研究空间和改进空间。
在煤层开采作业中，煤岩体的冲击现象多发生在掘进迎头或工作面两巷，尤其是在工作面端头位置附近。目前，在具有冲击倾向的煤层中多采用强力支护或者让压支护方式。煤矿生产现场中多数煤矿采用锚杆、锚索、金属网、架棚等构件中的某几种，进而相互配合来防止煤矿冲击矿压的发生。此外，煤层注浆方案也在多数煤矿中进行了实践，主要应用于工作面两巷，虽然在一定程度上可以遏制冲击现象的发生频次，但是该方案存在以下问题：
1)多数冲击煤层的煤体赋存相对致密，注浆实施作业困难。多数冲击煤层的煤体内部裂隙相对不发育，并具有较高的应力，煤体多处于弹性状态，从而为后续冲击现象埋下隐患。这种情况下，注浆作业中的浆液极难通过孔壁裂隙渗入煤体，且浆液扩散半径极为有限。注浆效果难以达到预期。
2)注浆扩散范围盲区多，注浆效果评价困难。由于注浆的浆液扩散路径和扩散范围发生在煤体内部，工程操作人员无法实时得知浆液的扩散范围和扩散路径，实际生产中多通过注入量来评判注浆效果。故而具有一定的盲目性，浆液的实际运移行为处于工程技术人员的盲区中。在致密煤层中，注浆量的多少在不同钻孔中往往不一，造成诸多困惑和疑难点。
3)致密煤层注浆困难，浆液依托重力集中于钻孔某一段。致密煤层裂隙发育不成熟，浆液实际渗透困难。有时虽然浆液压力很高，但是出浆速率缓慢，而且钻孔多具有一定倾角，浆液依托于重力或是集中于孔底，或是集中于孔口。因此，在注浆完毕后，时常可见注浆锚杆(索)端头封堵处有泌水现象或者漏气现象。泌水现象证明钻孔内部压力高，浆液中水分子较小，与浆液分离并通过封堵处渗出；漏气现象证明钻孔内部空气未排出，封堵在钻孔内部形成高压空气。这些现象都证明了目前致密煤层中的注浆效果不理想，未能够达到实际效果。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、避免盲目注浆、且注浆效果好的致密冲击煤层预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法。
技术方案：本发明的预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，包括如下步骤：
a.在工作面运输巷和回风巷的掘进过程中，在非回采侧间隔距离交替钻进上向注浆钻孔和下向注浆钻孔，成孔后，在上向注浆钻孔内安设上向注浆锚索，在下向注浆钻孔内安设下向注浆锚索，并配套安装上向注浆锚索托盘和下向注浆锚索托盘，施加预紧力后用螺母拧紧，在所有注浆锚索外端头套接注浆转换头；
b.分别在距离上向注浆钻孔的钻孔中心和距离下向注浆钻孔的钻孔中心为40～100cm的水平方位内对应钻设上向观测钻孔和下向观测钻孔；
c.观测钻孔完成后，结合矿灯用肉眼观测上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)内壁的破坏与完整情况；
d.当上向观测钻孔和下向观测钻孔内壁完整，无裂隙出现，无煤粉堆积，则由内到外在上向观测钻孔和下向观测钻孔内壁喷涂混有荧光材料的硅酸盐水泥浆液，形成连续性的观测辅助参考涂层；
e.每两天对喷涂荧光材料的上向观测钻孔和下向观测钻孔进行观测，如果涂层完好，则不开启同水平紧邻的上向注浆锚索和下向注浆锚索外端的注浆开关；如果涂层出现剥离且观测钻孔内部某一断面位置自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则考虑对同水平紧邻的上向注浆钻孔和下向注浆钻孔内进行注浆，注浆压力为1.5～3MPa之间。
所述的上向注浆钻孔与上向卸压观测钻孔的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°。
所述的下向注浆钻孔与下向卸压观测钻孔的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°。
所述的上向注浆钻孔和上向卸压观测钻孔为上向组，下向注浆钻孔和下向卸压观测钻孔为下向组，组与组之间的水平间距为8～15m，上向组和下向组间隔布置，每组距离巷道底板的距离为巷道高度的1/3～1/2之间；每组内的注浆钻孔与观测钻孔之间的距离为40～100cm；注浆钻孔的直径为20～30mm，观测钻孔的直径为40～200mm；注浆钻孔的深度为6～10m，观测钻孔的孔深为4～8m。
所述步骤3中，如果观测钻孔内壁不完整，某一断面位置钻孔内壁自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则开启组内邻近上向注浆钻孔或下向注浆钻孔的锚索注浆阀门实施注浆，注浆的压力为1.5～3MPa；如果全钻孔范围内内壁自然掉落煤粉现象存在，但未超过对应断面面积的1/3，则对该钻孔标记，并以天为单位进行持续性观察，超过对应断面面积的1/3时，开启邻近的注浆锚索实施注浆。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能有效避免盲目注浆，能控制出现空有注浆压力而无实际浆液扩散的现象发生，且可避免注浆锚索钻孔内出现大范围高压空气现象，与现有技术相比具有以下优点：
1)避免了盲目注浆。通过在上(下)向注浆钻孔附近布设上(下)向观测钻孔并喷涂荧光涂层，荧光涂层在矿灯的照射下能够更明显表现出钻孔内壁的完整度情况。通过观测钻孔内壁的致密性可以判定合适的注浆时机。当钻孔呈现高度致密的形态时，且在临近注浆钻孔承受高压注浆时仍无法在观测钻孔内观测到浆液渗出或者钻孔内壁坍塌现象时，可认为煤层致密，注浆效果受限，浆液扩散受限。此时可以暂停止注浆，待后续出现塌孔现象时，再重新进行注浆工序。从而有效了避免了盲目注浆，避免出现空有注浆压力而无实际浆液扩散的现象发生，也避免了注浆锚索钻孔内出现大范围高压空气现象；
2)观测钻孔具有卸压作用。在工作面两巷布置的上(下)向观测钻孔孔径相对较大，具有卸压作用，尤其是在超前支承压力临近时，这些观测钻孔的垮塌具有卸压效应，在一定程度上减少煤层动压现象的发生。垮塌的观测钻孔距离临近的注浆钻孔相对较近，垮塌后开启注浆作业，能进一步起到加固煤体的作用。二者相辅相成，效果明显；
3)注浆具有软化煤体的效应，减缓煤层冲击倾向。当注浆浆液为水泥基时，通过注浆锚索实施的注浆在具有一定扩散效果时，能够起到软化煤体、降低冲击倾向的作用。上(下)向注浆钻孔与水平方向均具有一定倾角，且二者在平巷中交替布置，增大了注浆扩散范围。
附图说明
图1是本发明在现场应用的三维结构示意图；
图2是本发明在现场应用时的纵剖形式一结构示意图；
图3是图2中圆圈内的细节放大结构图；
图4是本发明在现场应用时的纵剖形式二结构示意图；
图5是图4中圆圈内的细节放大结构示总图；
图6是图1中回采巷道内钻孔方向的侧视图。
图中：1-上向注浆钻孔，2-上向卸压观测钻孔，3-下向注浆钻孔，4-下向卸压观测钻孔，5-运输巷，6-回风巷，7-开采煤层，8-工作面，9-采空区，10-回采煤层间遗留煤柱，11-未布置工作面煤体，12-上一工作面采空区；1-1-上向注浆锚索，1-2-上向注浆锚索托盘，3-1-下向注浆锚索，3-2-下向注浆锚索托盘。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，包括上向注浆钻孔1、上向卸压观测钻孔2、下向注浆钻孔3、下向卸压观测钻孔4，其中上向注浆钻孔1和上向卸压观测钻孔2位于工作面8一侧的运输巷5的非回采侧；下向注浆钻孔3和下向卸压观测钻孔4位于工作面8一侧的回风巷6的非回采侧；观测钻孔内壁喷涂有荧光材料，具体步骤如下：
a.在工作面运输巷5和回风巷6的掘进过程中，在非回采侧间隔距离交替钻进上向注浆钻孔1和下向注浆钻孔3，间隔距离交替钻进的上向注浆钻孔1和下向注浆钻孔3在非回采侧距离底板的高度为掘进巷道高度的1/3～1/2之间，距离为8～15m；钻进角度与水平方向夹角α范围为3～6°，成孔后，在上向注浆钻孔1内安设上向注浆锚索1-1，在下向注浆钻孔3内安设下向注浆锚索3-1，并配套安装上向注浆锚索托盘1-2和下向注浆锚索托盘3-2，施加预紧力后用螺母拧紧，在所有注浆锚索外端头套接注浆转换头；
b.分别在距离上向注浆钻孔1的钻孔中心和距离下向注浆钻孔3的钻孔中心为40～100cm的水平范围内对应钻设上向观测钻孔2和下向观测钻孔4；
所述的上向注浆钻孔1与上向卸压观测钻孔2的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°，所述的下向注浆钻孔3与下向卸压观测钻孔4的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°。
所述的上向注浆钻孔1和上向卸压观测钻孔2为上向组，下向注浆钻孔3和下向卸压观测钻孔4为下向组；注浆钻孔的直径为20～30mm，观测钻孔的直径为40～200mm；注浆钻孔的深度为6～10m，观测钻孔的孔深为4～8m。
c.观测钻孔完成后，结合矿灯用肉眼观测上向观测钻孔2和下向观测钻孔4内壁的破坏与完整情况，如果观测钻孔内壁不完整，某一断面位置钻孔内壁自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则开启组内邻近上向注浆钻孔或下向注浆钻孔的锚索注浆阀门实施注浆，注浆的压力为1.5～3MPa；如果全钻孔范围内内壁自然掉落煤粉现象存在，但未超过对应断面面积的1/3，则对该钻孔标记，并以天为单位进行持续性观察，超过对应断面面积的1/3时，开启邻近的注浆锚索实施注浆；
d.当上向观测钻孔2和下向观测钻孔4内壁完整，无裂隙出现，无煤粉堆积，则由内到外在上向观测钻孔2和下向观测钻孔4内壁喷涂混有荧光材料的硅酸盐水泥浆液，形成连续性的观测辅助参考涂层；这种荧光涂层在矿灯照射下尤为明显，能提高观测准确率和效果；
e.每两天对喷涂荧光材料的上向观测钻孔2和下向观测钻孔4进行观测，如果涂层完好，则不开启同水平紧邻的上向注浆锚索1-1和下向注浆锚索3-1外端的注浆开关；如果涂层出现剥离且观测钻孔内部某一断面位置自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则考虑对同水平紧邻的上向注浆钻孔1和下向注浆钻孔3内进行注浆，注浆压力为1.5～3MPa之间。
Claims (5)
1.一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在工作面运输巷(5)和回风巷(6)的掘进过程中，在非回采侧间隔距离交替钻进上向注浆钻孔(1)和下向注浆钻孔(3)，成孔后，在上向注浆钻孔(1)内安设上向注浆锚索(1-1)，在下向注浆钻孔(3)内安设下向注浆锚索(3-1)，并配套安装上向注浆锚索托盘(1-2)和下向注浆锚索托盘(3-2)，施加预紧力后用螺母拧紧，在所有注浆锚索外端头套接注浆转换头；
b.分别在距离上向注浆钻孔(1)的钻孔中心和距离下向注浆钻孔(3)的钻孔中心为40～100cm的水平范围内对应钻设上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)；
c.观测钻孔完成后，结合矿灯用肉眼观测上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)内壁的破坏与完整情况；
d.，当观测到上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)内壁完整、无裂隙出现、无煤粉堆积时，则由内到外在上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)内壁喷涂混有荧光材料的硅酸盐水泥浆液，形成连续性的观测辅助参考涂层；
e.每两天对喷涂荧光材料的上向观测钻孔(2)和下向观测钻孔(4)进行观测，如果涂层完好，则不开启同水平紧邻的上向注浆锚索(1-1)和下向注浆锚索(3-1)外端的注浆开关；如果涂层出现剥离且观测钻孔内部某一断面位置自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则考虑对同水平紧邻的上向注浆钻孔(1)和下向注浆钻孔(3)内进行注浆，注浆压力为1.5～3MPa之间。
2.根据权利要求1所述的一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，其特征在于：所述的上向注浆钻孔(1)与上向卸压观测钻孔(2)的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°。
3.根据权利要求1所述的一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，其特征在于：所述的下向注浆钻孔(3)与下向卸压观测钻孔(4)的孔轴线倾向一致，与水平方向的夹角为α为3～6°。
4.根据权利要求1所述的一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，其特征在于：所述的上向注浆钻孔(1)和上向卸压观测钻孔(2)为上向组，下向注浆钻孔(3)和下向卸压观测钻孔(4)为下向组，组与组之间的水平间距为8～15m，上向组和下向组间隔布置，每组距离巷道底板的距离为巷道高度的1/3～1/2之间；每组内的注浆钻孔与观测钻孔之间的距离为40～100cm；注浆钻孔的直径为20～30mm，观测钻孔的直径为40～200mm；注浆钻孔的深度为6～10m，观测钻孔的孔深为4～8m。
5.根据权利要求1所述的一种预留卸压观测钻孔并联合注浆的两巷变形控制方法，其特征在于：所述步骤3中，如果观测钻孔内壁不完整，某一断面位置钻孔内壁自然掉落煤粉超过该断面面积1/3，则开启组内邻近上向注浆钻孔(1)或下向注浆钻孔(3)的锚索注浆阀门实施注浆，注浆的压力为1.5～3MPa；如果全钻孔范围内内壁自然掉落煤粉现象存在，但未超过对应断面面积的1/3，则对该钻孔标记，并以天为单位进行持续性观察，超过对应断面面积的1/3时，开启邻近的注浆锚索实施注浆。
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