CN110359930A - 一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统及其防灭火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统及其防灭火方法，所述制浆装置包括制浆容器、搅拌轴、风动马达和泥浆泵，风动马达的进气端通过气体管路及三通接头Ⅰ与通风管道连通，制浆容器的出浆口通过管路与泥浆泵的进口连通，泥浆泵的出口通过注浆管道与三通接头Ⅱ连通；所述发泡罐的进气端通过气体管路及三通接头Ⅲ与通风管道连通，发泡罐的出料端通过管路与混合装置的第一进料口连通，混合装置的第二进料口与制浆容器的出浆口连通；混合装置的出料端连接混合料输出管，混合装置内设有多个交错排列的混合叶片。本发明能对极易破碎的巷道围岩缝隙进行封堵，同时能对该巷道围岩进行加固，最终保证巷道围岩具有较好的结构稳定性及防灭火能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种巷道注浆系统及其防灭火方法，具体是一种用于极易破碎巷道围岩的 注浆系统及其防灭火方法。
背景技术
我国煤炭资源储量丰富，作为我国主要能源使用，在能源结构体系中占据重要地位。 由于大量的开采导致浅层煤层开采殆尽，为了保证煤炭的供应量只能向深部开采。随着开 采深度的增加，巷道围岩应力水平不断增大，同时深部“三高一扰动”环境对巷道围岩稳定 性影响越来越大，导致出现了巷道围岩极易破碎情况。目前关于巷道破碎围岩方面的研究， 主要是从力学角度对巷道采用注浆(CN109882206A)、锚索梁(CN105350993A)、锚杆(CN108397219A)等工艺进行加固治理，其目的主要是控制巷道围岩稳态变形。但是对于 破碎巷道围岩(含煤)自燃问题却没有涉及。围岩破碎情况下，巷道气流随巷道围岩缝隙 渗入后与遗煤发生氧化反应，遗煤氧化反应产生的CO会从缝隙中涌出到巷道内，使巷道 温度上升，从而影响井下工人的舒适性与安全性。为了解决该问题目前行业常采用灌浆、 凝胶、注氮、膨胀水泥等对围岩缝隙进行封堵实现防灭火目的，但是上述各种方式均存在 一定不足之处。采用灌浆技术，其覆盖范围小，不能向上堆积，灌浆后易形成“下淌”现象； 采用凝胶技术，凝胶对围岩缝隙封堵后受热会释放出有毒有害气体；采用注氮技术，氮气 扩散速度快，无法形成较好的长时间灭火降温效果；最后采用膨胀水泥技术，由于膨胀水 泥稠度大，容易堵塞注浆管，另外其对于细小缝隙由于稠度大不能起到所需的堵漏效果。 因此目前行业内还没有一种既能对极易破碎的巷道围岩缝隙进行封堵，同时能对该巷道围 岩进行加固，最终保证巷道围岩具有较好的结构稳定性及防灭火能力。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统及 其防灭火方法，能对极易破碎的巷道围岩缝隙进行封堵，同时能对该巷道围岩进行加固， 最终保证巷道围岩具有较好的结构稳定性及防灭火能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系 统，包括制浆装置、发泡罐、混合装置、注浆管道和通风管道，
所述制浆装置包括制浆容器、带有螺旋叶片的搅拌轴、风动马达和泥浆泵，搅拌轴处 于制浆容器内，风动马达处于制浆容器外侧、且风动马达的输出端与搅拌轴同轴连接，风 动马达的进气端通过气体管路及三通接头Ⅰ与通风管道连通，制浆容器的出浆口通过管路 与泥浆泵的进口连通，泥浆泵的出口通过注浆管道与三通接头Ⅱ连通；
所述发泡罐的进气端通过气体管路及三通接头Ⅲ与通风管道连通，发泡罐的出料端通 过管路与混合装置的第一进料口连通，混合装置的第二进料口通过管路与三通接头Ⅱ连通， 使混合装置的第二进料口与制浆容器的出浆口连通；混合装置的出料端连接至少一个混合 料输出管，混合装置内设有多个交错排列的混合叶片；
风动马达和三通接头Ⅰ之间的气体管路上设有阀门Ⅰ，泥浆泵和三通接头Ⅱ之间的注 浆管道上设有阀门Ⅱ，发泡罐与三通接头Ⅲ之间的气体管路上设有阀门Ⅲ，三通接头Ⅱ与 混合装置的第二进料口之间的管路上设有阀门Ⅳ，发泡罐的进气端与混合装置的第一进料 口之间的管路上设有阀门Ⅴ。
进一步，所述混合料输出管的数量根据单排钻孔的数量确定。
进一步，所述泥浆泵和三通接头Ⅱ之间的注浆管道上设有压力表Ⅰ；所述发泡罐上装 有压力表Ⅱ；所述三通接头Ⅱ与混合装置的第二进料口之间的管路上设有压力表Ⅲ。
一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统的防灭火方法，具体步骤为：
A、布置钻孔：根据现场勘测情况及已有的矿井地质资料，设计每排钻孔的数量、相邻 钻孔的孔距和钻孔深度，然后根据设计的方案进行钻孔，完成后向各个钻孔内布设套管， 所述套管的管壁开设多个通孔；
B、喷涂加固复合材料：采用已知配比制备成加固复合材料(如白水泥、黏土、喷涂添 加剂和玻璃纤维等无机超细粉末)，使加固复合材料的初凝时间为45min～6h，凝结强度为 1天≥2MPa、3天≥6MPa；喷涂时先对巷道壁面进行初喷，在初喷过程中保证在距离底 面垂高20cm范围内的巷道两侧帮壁面不喷涂加固复合材料，在整个巷道内壁面初喷完成后再对初喷范围内的巷道壁面进行一次复喷，待喷涂的加固复合材料初凝后采用清水对钻孔进行洗孔，冲洗压力在0.5Mpa～0.7Mpa之间，冲洗时间持续3～5min；
C、制备纳米浆泡材料及注浆：先在发泡罐内放置稀释比例为1:60的稀释发泡液，在 制浆容器内按照质量份数放置水60-70份、水泥25～30份、粉煤灰5～8份、可再分散乳胶粉0.5～1份、玻璃纤维0.5～1份和促凝剂4～6份，开启阀门Ⅰ使通风管道内的气流推动 风动马达启动，进而风动马达带动搅拌轴对制浆容器内的混合料进行搅拌，完成搅拌后关 闭阀门Ⅰ，然后开启泥浆泵，并打开阀门Ⅱ和阀门Ⅳ，此时泥浆泵驱动混合料通过注浆通 道及三通接头Ⅱ进入混合装置内，同时打开阀门Ⅲ和阀门Ⅴ，气流从通风管道内进入发泡 罐内使稀释发泡液通过气流推动进入混合装置内，稀释发泡液和混合料在混合装置内充分 混合后形成纳米浆泡材料，将每个混合料输出管分别插入每排的各个钻孔内，然后纳米浆 泡材料通过混合料输出管注入到各个钻孔内，持续注入直至未喷涂壁面渗出纳米浆泡材料时停止注入，完成该排钻孔的纳米浆泡材料注入过程，拆卸各个混合输出管然后进行下一排钻孔的注入；
D、清理管路：当所有钻孔均完成注浆后，向注浆管道中通入高压水管进行清洗，直至 混合装置内出现清水，即清洗完毕。
与现有技术相比，本发明采用全巷道注浆方式，对整个巷道围岩进行防灭火治理；先 根据巷道围岩勘探的实际情况，确定钻孔的孔距、着火点位置、钻孔深度和每排钻孔数量， 然后打好钻孔；其次对全巷道进行喷涂加固复合材料，从而堵塞围岩裂隙并加固巷道壁面， 在巷道两帮预留距地面20cm范围不喷涂材料，该部分巷道壁用来反应注浆进程(即当该部 分的巷道壁在注浆过程中纳米浆泡材料，从巷道壁渗出时完成注浆过程)；然后连接注浆管 路对全巷道的各个钻孔进行纳米浆泡材料注浆；最后清理管路及记录；本发明配制的纳米 浆泡材料相比较普通的泡沫材料，其纳米浆泡的泡沫直径更小，泡沫更加细腻均匀，在耐 高温和灭火效率上表现更为出色，增加了其附着能力强度，对于极易破碎围岩有良好的加 固封堵能力。另外本发明的发泡罐为移动式，大大提高了注浆过程中的便捷性，减少了地 形带来的不利影响，提高了注浆效率。故本发明采用先喷涂加固复合材料后注浆纳米浆泡 材料的形式，在加固强化围岩的同时由于将围岩表层的缝隙封堵，因此避免了现有方法中 浆液注入后无法在破碎围岩中滞留，从表层流出的情况。本发明对全巷道进行综合治理， 可同时解决破碎围岩漏风、自燃、结构脆弱带来的不良影响和极易破碎围岩防灭火过程中 出现的灭火时间长，灭火不彻底，巷道容易破碎等问题。
附图说明
图1是本发明中注浆系统的布置示意图；
图2是本发明中套管的结构示意图；
图3是本发明中的喷涂示意图。
图中：1、制浆容器，2、风动马达，3、搅拌轴，4、泥浆泵，5、发泡罐，6、混合装 置，7、混合叶片，8、钻孔Ⅰ，9、钻孔Ⅱ，10、钻孔Ⅲ，11、三通接头Ⅰ，12、阀门Ⅰ， 13、阀门Ⅱ，14、压力表Ⅰ，15、三通接头Ⅱ，16、三通接头Ⅲ，17、阀门Ⅲ，18、压力 表Ⅱ，19、压力表Ⅲ，20、阀门Ⅳ，21、阀门Ⅴ。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统，包括制浆装置、发泡罐5、混合装 置6、注浆管道和通风管道，
所述制浆装置包括制浆容器1、带有螺旋叶片的搅拌轴3、风动马达2和泥浆泵4，搅拌轴3处于制浆容器1内，风动马达2处于制浆容器1外侧、且风动马达2的输出端与搅 拌轴3同轴连接，风动马达2的进气端通过气体管路及三通接头Ⅰ11与通风管道连通，制 浆容器1的出浆口通过管路与泥浆泵4的进口连通，泥浆泵4的出口通过注浆管道与三通 接头Ⅱ15连通；
所述发泡罐5的进气端通过气体管路及三通接头Ⅲ16与通风管道连通，发泡罐5的出 料端通过管路与混合装置6的第一进料口连通，混合装置6的第二进料口通过管路与三通 接头Ⅱ15连通，使混合装置6的第二进料口与制浆容器1的出浆口连通；混合装置6的出料端连接至少一个混合料输出管，混合装置6内设有多个交错排列的混合叶片7；
风动马达2和三通接头Ⅰ11之间的气体管路上设有阀门Ⅰ12，泥浆泵4和三通接头Ⅱ15 之间的注浆管道上设有阀门Ⅱ13，发泡罐5与三通接头Ⅲ16之间的气体管路上设有阀门Ⅲ17，三通接头Ⅱ15与混合装置6的第二进料口之间的管路上设有阀门Ⅳ20，发泡罐5的 进气端与混合装置6的第一进料口之间的管路上设有阀门Ⅴ21。上述混合装置6和发泡罐5 均为现有设备。
进一步，所述混合料输出管的数量根据单排钻孔的数量确定。
进一步，所述泥浆泵4和三通接头Ⅱ15之间的注浆管道上设有压力表Ⅰ14；所述发泡 罐5上装有压力表Ⅱ18；所述三通接头Ⅱ15与混合装置6的第二进料口之间的管路上设有 压力表Ⅲ19。在注浆过程中，压力表Ⅰ14用于工作人员实时查看检测注浆管道内的实时注 浆压力值，若实时注浆压力值超过设定的注浆阈值，则说明注浆管道内发生堵塞，此时工 作人员能及时停止泥浆泵4，从而防止泥浆泵4或注浆管道由于压力过大导致损坏的情况发 生；压力表Ⅱ18用于实时监测发泡罐5内的压力值，从而控制压力值在小于等于3MPa的 范围内，便于发泡液的发泡；压力表Ⅲ19用于工作人员实时查看混合装置6对钻孔注浆时 的实时注浆压力值，若实时注浆压力值超过设定的注浆阈值，则说明注浆的钻孔内发生堵 塞，此时工作人员能及时停止泥浆泵4，从而防止泥浆泵4由于压力过大导致损坏的情况发 生。
一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统的防灭火方法，具体步骤为：
A、布置钻孔：根据现场勘测情况及已有的矿井地质资料，设计每排钻孔的数量、相邻 钻孔的孔距和钻孔深度，然后根据设计的方案进行钻孔，完成后向各个钻孔内布设套管， 所述套管的管壁开设多个通孔；对州景煤矿5306工作面回风巷道实际勘测后，确定每排钻 孔的数量为3个、相邻钻孔的孔距为50m～100m和钻孔深度25m；3个钻孔分别为钻孔Ⅰ8、 钻孔Ⅱ9和钻孔Ⅲ10；
B、喷涂加固复合材料：采用已知配比制备成加固复合材料(如白水泥、黏土、喷涂添 加剂和玻璃纤维等无机超细粉末)，使加固复合材料的初凝时间为45min～6h，凝结强度为 1天≥2MPa、3天≥6MPa；喷涂时先对巷道壁面进行初喷，在初喷过程中保证在距离底面垂高20cm范围内的巷道两侧帮壁面不喷涂加固复合材料，在整个巷道内壁面初喷完成后再对初喷范围内的巷道壁面进行一次复喷，待喷涂的加固复合材料初凝后采用清水对钻孔进行洗孔，冲洗压力在0.5Mpa～0.7Mpa之间，冲洗时间持续3～5min；
C、制备纳米浆泡材料及注浆：先在发泡罐5内放置稀释比例为1:60的稀释发泡液，在制浆容器1内按照质量份数放置水60-70份、425#水泥25～30份、粉煤灰5～8份、可 再分散乳胶粉0.5～1份、玻璃纤维0.5～1份和促凝剂4～6份，开启阀门Ⅰ12使通风管道 内的气流推动风动马达2启动，进而风动马达2带动搅拌轴3对制浆容器1内的混合料进 行搅拌，完成搅拌后关闭阀门Ⅰ12，然后开启泥浆泵4，并打开阀门Ⅱ13和阀门Ⅳ20，此 时泥浆泵4驱动混合料通过注浆通道及三通接头Ⅱ15进入混合装置6内，同时打开阀门Ⅲ17 和阀门Ⅴ21，气流从通风管道内进入发泡罐5内使稀释发泡液通过气流推动进入混合装置6 内，稀释发泡液和混合料在混合装置6内充分混合后形成纳米浆泡材料，将每个混合料输 出管分别插入每排的各个钻孔内，然后纳米浆泡材料通过混合料输出管注入到各个钻孔内， 持续注入直至未喷涂壁面渗出纳米浆泡材料时停止注入，说明此时纳米浆泡材料已经通过 钻孔完全渗透到周围的巷道围岩中，完成该排钻孔的纳米浆泡材料注入过程，拆卸各个混 合输出管然后进行下一排钻孔的注入；
D、清理管路：当所有钻孔均完成注浆后，向注浆管道中通入高压水管进行清洗，直至 混合装置6内出现清水，即清洗完毕。最后将对5306工作面防治措施实施过程和实施效果 详细记录在案。
Claims (4)
1.一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统，其特征在于，包括制浆装置、发泡罐(5)、混合装置(6)、注浆管道和通风管道，
所述制浆装置包括制浆容器(1)、带有螺旋叶片的搅拌轴(3)、风动马达(2)和泥浆泵(4)，搅拌轴(3)处于制浆容器(1)内，风动马达(2)处于制浆容器(1)外侧、且风动马达(2)的输出端与搅拌轴(3)同轴连接，风动马达(2)的进气端通过气体管路及三通接头Ⅰ(11)与通风管道连通，制浆容器(1)的出浆口通过管路与泥浆泵(4)的进口连通，泥浆泵(4)的出口通过注浆管道与三通接头Ⅱ(15)连通；
所述发泡罐(5)的进气端通过气体管路及三通接头Ⅲ(16)与通风管道连通，发泡罐(5)的出料端通过管路与混合装置(6)的第一进料口连通，混合装置(6)的第二进料口通过管路与三通接头Ⅱ(15)连通，使混合装置(6)的第二进料口与制浆容器(1)的出浆口连通；混合装置(6)的出料端连接至少一个混合料输出管，混合装置(6)内设有多个交错排列的混合叶片(7)；
风动马达(2)和三通接头Ⅰ(11)之间的气体管路上设有阀门Ⅰ(12)，泥浆泵(4)和三通接头Ⅱ(15)之间的注浆管道上设有阀门Ⅱ(13)，发泡罐(5)与三通接头Ⅲ(16)之间的气体管路上设有阀门Ⅲ(17)，三通接头Ⅱ(15)与混合装置(6)的第二进料口之间的管路上设有阀门Ⅳ(20)，发泡罐(5)的进气端与混合装置(6)的第一进料口之间的管路上设有阀门Ⅴ(21)。
2.根据权利要求1所述的一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统，其特征在于，所述混合料输出管的数量根据单排钻孔的数量确定。
3.根据权利要求1所述的一种用于极易破碎巷道围岩的注浆系统，其特征在于，所述泥浆泵(4)和三通接头Ⅱ(15)之间的注浆管道上设有压力表Ⅰ(14)；所述发泡罐(5)上装有压力表Ⅱ(18)；所述三通接头Ⅱ(15)与混合装置(6)的第二进料口之间的管路上设有压力表Ⅲ(19)。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述的用于极易破碎巷道围岩的注浆系统的防灭火方法，其特征在于，具体步骤为：
A、布置钻孔：根据现场勘测情况及已有的矿井地质资料，设计每排钻孔的数量、相邻钻孔的孔距和钻孔深度，然后根据设计的方案进行钻孔，完成后向各个钻孔内布设套管，所述套管的管壁开设多个通孔；
B、喷涂加固复合材料：采用已知配比制备成加固复合材料，使加固复合材料的初凝时间为45min～6h，凝结强度为1天≥2MPa、3天≥6MPa；喷涂时先对巷道壁面进行初喷，在初喷过程中保证在距离底面垂高20cm范围内的巷道两侧帮壁面不喷涂加固复合材料，在整个巷道内壁面初喷完成后再对初喷范围内的巷道壁面进行一次复喷，待喷涂的加固复合材料初凝后采用清水对钻孔进行洗孔，冲洗压力在0.5Mpa～0.7Mpa之间，冲洗时间持续3～5min；
C、制备纳米浆泡材料及注浆：先在发泡罐(5)内放置稀释比例为1:60的稀释发泡液，在制浆容器(1)内按照质量份数放置水60-70份、水泥25～30份、粉煤灰5～8份、可再分散乳胶粉0.5～1份、玻璃纤维0.5～1份和促凝剂4～6份，开启阀门Ⅰ(12)使通风管道内的气流推动风动马达(2)启动，进而风动马达(2)带动搅拌轴(3)对制浆容器(1)内的混合料进行搅拌，完成搅拌后关闭阀门Ⅰ(12)，然后开启泥浆泵(4)，并打开阀门Ⅱ(13)和阀门Ⅳ(20)，此时泥浆泵(4)驱动混合料通过注浆通道及三通接头Ⅱ(15)进入混合装置(6)内，同时打开阀门Ⅲ(17)和阀门Ⅴ(21)，气流从通风管道内进入发泡罐(5)内使稀释发泡液通过气流推动进入混合装置(6)内，稀释发泡液和混合料在混合装置(6)内充分混合后形成纳米浆泡材料，将每个混合料输出管分别插入每排的各个钻孔内，然后纳米浆泡材料通过混合料输出管注入到各个钻孔内，持续注入直至未喷涂壁面渗出纳米浆泡材料时停止注入，完成该排钻孔的纳米浆泡材料注入过程，拆卸各个混合输出管然后进行下一排钻孔的注入；
D、清理管路：当所有钻孔均完成注浆后，向注浆管道中通入高压水管进行清洗，直至混合装置(6)内出现清水，即清洗完毕。
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