CN110985058A - 一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，属于煤矿注浆加固技术领域。一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，采取区域治理和局部治理相结合的治理思路，区域治理超前于采煤工作面一定距离实施，分为静态治理和动态治理两个部分，进行超前注浆加固治理；局部治理在工作面面内实施；区域治理和局部治理结合可以更好地实现分步递进式的对断层破碎带治理，能够做到全面、动态、无死角的治理断层。

Description

一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法

技术领域

本发明属于煤矿注浆加固技术领域，具体地说，涉及一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法。

背景技术

在我国煤矿开采中，很多工作面不可避免地要布置在含有不良地质条件的煤层中，其中一些采煤工作面内不乏含有多条断层带的情况。采煤工作面断层构造区域岩性条件较差，易造成断层面附近煤岩体破碎，稳定性差。断层破碎带对工作面安全回采影响极大，过断层期间，若治理不当，极易出现煤壁片帮、掉顶，轻则造成开采速度下降，生产进度受影响；重则造成瓦斯超限、顶板伤亡等事故，给煤炭回采造成很大的安全隐患。因此，如何更有效的地解决过断层破碎带期间的围岩控制难题，成为矿井安全生产亟待解决的主要问题之一。

目前采煤工作面过断层主要采取的是被动工艺方法，即提前飘车或刹底，以最短的破顶或破底的回采距离逮住上盘或下盘的顶板，在断层揭露处采取少降快拉、及时支护顶帮等工艺；或采用降低工作面采高、铺网、扩大超前棚、增加临时支护等方式。然而，以上常规的断层治理技术在遇到大断层时，由于围岩更加破碎松软，断层破碎带煤体受到严重破坏，往往难以成功。

注浆是加固断层破碎带区域围岩、防止煤壁片帮的有效措施，与前述的传统方法最明显的区别在于，注浆加固是一种主动治理方法。具体来讲，该技术是将浆液通过注浆设备注入煤岩体中去，浆液一段时间后固结硬化，形成梳状、网络状结构，把原来破碎松软、不连续的煤体胶结成连续完整的高强受力体，提高煤体的力学性能。

鉴于注浆加固的显著优势，人们采取了大量的注浆应用方案，比如现有技术中，关于煤岩体加固注浆的专利技术公开了如下技术方案：中国专利申请号：CN2019103155350，公告日2019年8月2日，公开了名为一种煤岩体高分子材料加固注浆打眼布置法的技术方案，该技术方案包括以下步骤：(1)实地查看现场情况，每当工作面回采过程中出现工作面片帮情况严重时，查看工作面煤壁承受地压情况；(2)根据现场情况并结合相关地质资料制定打孔注浆方法，当回采工作面高度大于5米时，采用五花眼布置安排打孔；当回采工作面高度在3-5米时，采用三花眼布置安排打孔；当回采工作面高度小于3米以下时，采用一字眼的布置安排打孔；(3)打孔后进行注浆施工；打孔角度为5-30°；打孔的孔深均为6-8米。该发明积极发挥了注浆工艺的优势，采用打孔注浆的方式加固了工作面，有利于保障工作环境的安全稳定，但是该发明所存在的不足之处在于：在遇到大断层或工作面区域存在地质异常区时，在工作面的面内区域实施加固并不能影响大断层区域的地质结构强度，当工作面揭露断层时，松软破碎的煤岩体在超前支承压力的影响下往往会直接导致工作面出现片帮、冒顶的情况，严重威胁工作面安全生产，即断层对工作面回采的影响依然存在。

发明内容

1、要解决的问题

针对采煤工作面遇到断层等地质构造，断层破碎带煤岩体的完整性受到严重破坏，煤岩体破碎，现有断层破碎带治理方法难以进行有效支护的问题，本发明提供一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法。本发明在采煤工作面回采过程中对工作面区域存在的断层等地质构造进行注浆加固治理，减小断层对采煤工作面回采的影响。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，包括如下步骤：

S1、确定加固区域：根据断层在采煤工作面内的赋存情况和发育范围，确定注浆加固区域；

S2、静态治理：根据断层落差、影响程度及影响范围，进行支承压力范围之外的静压预注浆，所述的静压预注浆采用帷幕止浆层注浆、浅孔注浆、中深孔注浆、深孔注浆四种注浆工艺中的一种或多种；

S3、动态治理：采煤工作面回采至超前支承压力影响范围之内时，在静压预注浆基础上，进行断层破碎带的动压预注浆加固，所述的动压预注浆采用浅孔注浆、中深孔注浆、深孔注浆三种注浆工艺中的一种或多种；

S4、局部治理：采煤工作面回采至面内揭露断层后，进行工作面面内浅孔注浆。

更进一步地，所述S2中，帷幕止浆层注浆工艺施工时，在巷道高度为3-3.5m时，采用两排注浆孔，且注浆孔呈三花眼布置，第一排注浆孔位于巷道肩窝位置，第二排注浆孔位于距巷道顶板1-1.5m位置，每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m，相邻两排注浆孔错开的沿注浆孔排布方向的间距为2-3m，注浆孔深度为3-4m，两排注浆孔施工时采用先下后上的注浆顺序，下排注浆孔注浆完成后，再施工位于巷道肩窝位置的注浆孔，第一排注浆孔仰角20°-30°，第二排注浆孔垂直于巷道煤壁施工；

在巷道高度大于3.5m时，采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置，第一排注浆孔位于巷道肩窝位置，第二排注浆孔位于距巷道顶板1-1.5m位置，第三排注浆孔位于距第二排注浆孔1-1.5m位置；每排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m，相邻两排的注浆孔错开的沿注浆孔排布方向的间距为2-3m，注浆孔深度为3-4m，三排注浆孔施工时采用先下后上的注浆顺序，下排注浆孔注浆完成后，继续施工上排的注浆孔，第一排注浆孔仰角20°-30°，第二、三排注浆孔垂直于巷道煤壁施工；

所述帷幕止浆层注浆时，注浆孔的孔径为Φ42mm，注浆压力为3-5MPa；

所述帷幕止浆层注浆时，对巷道帮部进行喷浆处理，可以防止注浆孔周边出现漏浆。

更进一步地，所述S2、S3中，浅孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔的终孔位置位于煤岩交界面以上2-3m处，且终孔穿过断层面2-3m，注浆孔深度为20-40m，注浆压力为5-10MPa，注浆孔封孔长度为10-15m。

更进一步地，所述S2、S3中，中深孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上3-5m处，且终孔穿过断层面2-3m；注浆孔深度为40-85m，注浆压力为10-15MPa，注浆孔封孔长度为15-20m。

更进一步地，所述S2、S3中，深孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上5-7m处，且终孔穿过断层面2-3m，注浆孔深度为85-130m，注浆压力为15-20MPa，注浆孔封孔长度为20-25m。

更进一步地，采用机、风巷平行孔布置方式时，相邻的两个注浆孔的终孔位置在平面上的投影距离为5-10m，采用钻场内集中布孔方式时，相邻的两个注浆孔的终孔位置在平面上的投影沿垂直回采方向的距离为10-15m；

所述浅孔注浆、中深孔注浆或深孔注浆施工时，钻机孔径均为Φ73mm、Φ94mm和Φ113mm中的任意一种。

更进一步地，所述S4中，在采煤工作面面内浅孔注浆施工时，当工作面煤壁高度为3-3.5m，采用两排注浆孔，且注浆孔呈三花眼布置，第一排注浆孔位于支架伸缩梁位置处，相对于水平面仰角30°施工，第二排位于支架伸缩梁下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m；

在工作面煤壁高度大于3.5m时，采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置，第一排注浆孔位于支架伸缩梁位置，相对于水平面仰角30°施工，第二排位于支架伸缩梁下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，第三排位于第二排注浆孔下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m；

采煤工作面面内浅孔注浆的施工顺序为先下后上，下排注浆孔注浆完成后，再施工上排注浆孔，施工时注浆孔深度为4-6m，注浆压力为3-6MPa。

更进一步地，所述S2-S4中，注浆时采用的注浆材料为水泥浆、无机复合注浆材料、化学材料或其他适用的注浆材料中的任意一种或几种组合。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明改变了传统断层破碎带采煤工作面被动治理的观念，采用断层破碎带主动治理思路，基于现有注浆工艺的基础上，提出了区域治理和局部治理相结合的治理思路，以弥补现有技术中短距离注浆、注浆不及时及注浆效果差等问题。具体地，区域治理超前于采煤工作面一定距离实施，区域治理分为静态治理和动态治理两个治理方案，更重要的是，在上述治理方式采取了超前注浆加固治理，这种治理方式还能够在空间上把施工及断层对生产的影响降至最低，并在时间上为浆液的凝固提供充足的时间，充分保障了注浆效果，克服了现有技术中，注浆后由于注浆环境不利于浆液充分凝固，导致当工作面揭露断层时，松软破碎的煤岩体在超前支承压力的影响下导致工作面出现片帮、冒顶的情况；局部治理在采煤工作面面内实施，局部性的对断层破碎带进行强化治理；区域治理和局部治理结合可以实现分步递进式的对断层破碎带进行治理，能够做到全面、动态、无死角的治理断层。

(2)本发明采用帷幕止浆层、浅孔注浆、中深孔注浆和深孔注浆等多种注浆工艺，其有益效果在于可以逐步、分段的对断层破碎带影响区域进行治理，前一步注浆均形成后一步注浆的止浆层，能够最佳地实现防止浆液渗漏，提高注浆加固效果。

(3)本发明的帷幕止浆层注浆工艺参数选择是根据浆液的扩散半径来确定的，在巷道高度3-3.5m时，采用两排注浆孔；在巷道高度大于3.5m时，采用三排注浆孔；参数的设置可以满足全断面注浆的需求，能够在整个巷帮形成完整止浆层，为后续注浆的实施奠定良好基础。

(4)本发明采用的技术方案中，采煤工作面面内浅孔注浆参数选择是根据浆液的扩散半径来确定的。在工作面煤壁高度3-3.5m时，采用两排注浆孔，且注浆孔呈三花眼布置；在工作面煤壁高度大于3.5m时，施工采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置；参数的设置可以使顶、帮各部分形成一整体，能够大大增强煤壁的抗压能力，使得顶、帮不易掉顶、片帮。

附图说明

图1为本发明的施工流程图；

图2为本发明采煤工作面断层注浆加固方法关系示意图；

图3为本发明c断层平面图；

图4为本发明c断层帷幕注浆三花眼布置示意图；

图5为本发明c断层第一排帷幕注浆孔垂直回采方向的剖面图；

图6为本发明e断层平面图；

图7为本发明e断层帷幕注浆五花眼布置示意图；

图8为本发明e断层工作面面内浅孔注浆示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

实施例1

本实施例中，以某矿a采煤工作面开采为工程背景，a工作面煤层情况：b煤，黑色，粉末状，含少量的块状及薄片状，宏观煤岩类型属半暗-半亮型煤，宏观特征为煤层松软、易碎，破碎成碎片状、粉末状，b煤层平均倾角6°-8°，局部受断层等地质构造影响，b煤层产状和厚度发生一定的变化，b煤层平均厚度3.4m，属于较稳定煤层。

如图3所示，a工作面面内距离切眼平均290m位置发育c断层，断层性质为逆断层，走向187°，倾向98°，倾角86°，落差5.2m，断层走向影响32m，倾向影响109m，对工作面安全回采影响较大。

利用机巷已施工完毕的巷帮钻场集中布孔，进行支承压力影响范围之外的静压预注浆，首先在c断层影响范围之内进行帷幕止浆层注浆，以形成良好的止浆层，其次在巷帮钻场内施工浅孔、中深孔和深孔，进行断层破碎带超前预注浆加固。

如图4、图5所示，巷道高度3.4m，在断层影响范围内布置两排帷幕注浆孔，呈三花眼布置，第一排帷幕注浆孔位于巷道肩窝位置，注浆孔的仰角为30°。第一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为6m；第二排注浆孔位于巷道肩窝位置向下1.5m，垂直煤壁施工。第二排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距也为6m，且与第一排注浆孔沿钻孔排布方向的错开间距3m，按照以上注浆孔布置方式共布置11个帷幕注浆孔，两排帷幕注浆孔孔深均为4m，帷幕注浆孔施工时，注浆孔直径为42mm，注入无机复合注浆材料，注浆压力控制在5MPa。

本实施例是在a采煤工作面机巷内对c断层进行超前注浆加固治理，减小断层对工作面回采的影响。在遇到断层或工作面区域存在地质异常区时，由于事先已超前对断层破碎带进行注浆治理，加固了断层破碎带煤岩体，使得不连续的煤岩体胶结成连续完整的高强受力体，所以当工作面揭露断层时，工作面出现片帮、冒顶的现象减少，对工作面安全生产的影响也大大减小。

本实施例在超前注浆加固治理时采用分步、递进式思路，帷幕止浆层注浆会在巷道帮部形成一道屏障层，能够防止浅孔、中深孔、深孔注浆时在巷帮位置出现漏浆的情况。浅孔注浆能够在帷幕止浆层范围之外形成一道屏障层，能够防止中深孔、深孔注浆时在浅孔范围出现漏浆的现象，同时加固了浅孔范围之内的煤岩体，提高了煤岩体的力学性能；中深孔注浆能够为深孔注浆提供一道屏障层，防止深孔注浆时在中深孔范围出现漏浆情况。帷幕止浆层、浅孔、中深孔和深孔注浆相互配合，在浆液的粘合作用下把原来破碎松软的煤岩体胶结起来，提升其整体力学性能，减小断层对a采煤工作面回采的影响。

图3是c断层平面图，也是a工作面平面图。本实施例在递进式注浆过程中，在帷幕止浆层注浆完成后，由于c断层在平面图上的倾向影响范围为109m，采用钻场内集中布孔方式时，相邻注浆孔终孔位置在平面上的投影，沿垂直回采方向上的距离为15m，所以选择在巷帮钻场内布置7个注浆孔，每个注浆孔与c断层的交叉位置对应一个沿倾向方向预想剖面图，见图3中的1#-7#注浆孔在平面上的投影线。根据a工作面平面图和7个c断层的倾向方向预想剖面图进行浅孔、中深孔和深孔注浆孔参数设计，具体注浆孔布置参数如下表1所示。

需要补充说明的是：本实施例中，钻孔即注浆孔，其直径均为Φ94mm，注入无机复合注浆材料。

通过a工作面平面图确定注浆孔在投影面上的平距，要求注浆孔水平投影超过断层面2-3m，即注浆孔终孔穿过断层面2-3m。当注浆孔终孔穿过断层面2-3m时，注浆孔注浆的范围能够使得断层处破碎的煤岩体有效加固；当注浆孔终孔穿过断层面大于3m时，虽能更加有效地加固断层处破碎的煤岩体，但钻孔工程量增加，且增加注浆材料的使用量；当注浆孔终孔穿过断层面小于2m时，断层面处破碎煤岩体的胶结力度不足，影响煤岩体力学性能的提升，注浆加固效果明显降低。

同时根据a工作面平面图，测量各个注浆孔与巷道走向之间的夹角，设定与回采方向相反的方向为正方向，夹角的测量结果对应记录在表1中；利用c断层倾向方向的预想剖面图进行注浆孔长度和注浆孔倾角设计，要求在各注浆孔的终孔位置超过断层煤岩交界面上方的距离符合设计规范的前提下，确定出注浆孔的倾角，再根据三角函数关系，最终确定注浆孔长度。需要强调的是，注浆孔长度和注浆孔倾角设计，以及根据三角函数关系推出注浆孔长度的过程为现有技术的直接应用，本领域技术人员明显应当知晓具体操作，此不赘述。

浅孔注浆时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上2.1-2.5m；中深孔钻孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上3.1-4.4m；深孔钻孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上5.1-6.4m；通过以上不同条件下的注浆孔位置设置，抵消施工注浆孔时钻杆下垂带来的影响，使得注浆孔终孔位于断层影响范围之内。经过大量实践证明，若设置过长，则会使得注浆孔终孔位置偏离断层影响之上；设置过短，则会使得注浆孔终孔位置偏离断层影响之下；超出以上设定范围的终孔位置设置均会影响注浆加固效果。

注浆压力和注浆孔封孔长度是利用数值模拟研究手段，对浆液扩散距离、扩散形态进行计算，以合理确定出注浆压力及注浆孔封孔长度。依据a工作面工程地质条件，建立数值计算模型，对浆液在不同注浆压力和注浆孔封孔长度下的扩散距离进行计算，优化获得适合的注浆压力和注浆孔封孔长度，并对应记录在表1中。需要进一步补充说明的是：以上数值模拟研究手段采用COMSOL Multiphysics等数值分析软件，结合以上给出的现有煤岩体、断层等参数，可以模拟得出具体结果，为本领域技术人员所知，因此软件分析过程不具体记载和赘述，直接将分析结果列出。

本实施例中浅孔、中深孔和深孔开孔位置距顶板位置为1.5m，易于钻机工操作，便于操作人员施工，以提高注浆孔施工的效率。

表1 c断层注浆孔布置参数表

本实施例中，注浆的顺序为：在帷幕止浆层注浆的基础上，先进行浅孔注浆；浅孔注浆完成后，进行中深孔注浆；在中深孔注浆结束的基础上，最后进行深孔注浆，以上整体注浆工艺为超前工作面静态治理方法。

效果考察：

对实施例1中c断层进行断层破碎带注浆加固，注浆后，实施例1中a工作面揭露c断层期间，工作面发生顶板破碎、片帮的现象明显减少，且连续架次不超过5架，片帮位置顶板相对完整，对回采影响较小，基本上实现了a工作面顺利过c断层。

通过对c断层进行注浆加固，将破碎的围岩体很好的胶结在一起，顶板完整性较好，基本无大范围片帮、冒顶现象，有效的预防了冒顶事故，围岩稳定性得到了良好的控制。同时改善了工作面工作环境，增强了综采工作面过断层期间的安全性，提高了工人生产的积极性，为a工作面安全、高效回采创造了有利条件。

实施例2

本实施例中，以某矿d工作面开采为工程背景，d工作面煤层情况：f煤，黑色，粉末状，亮煤，有玻璃光泽，性软，局部含平均0.5-0.8m厚的夹矸(泥岩)，煤层平均厚度4.5m，倾角平均8-10°，属于稳定煤层。d工作面倾向平均长度149m，在距离切眼142m位置发育e断层，性质为正断层，走向208°，倾向119°，倾角50°，落差3.0m。e断层走向影响30m，倾向影响130m，对工作面安全回采影响较大，如图6所示。

采取风巷平行布孔方式，进行超前支承压力范围之外的静压预注浆。首先在e断层影响范围内进行帷幕止浆层注浆；其次在风巷内依次施工浅孔、中深孔和深孔，进行断层破碎带超前预加固注浆；d工作面揭露e断层后，进行工作面面内浅孔注浆。

如图7所示，巷道高度为4.5m，在e断层影响范围内布置三排帷幕注浆孔，呈五花眼布置，第一排帷幕注浆孔位于巷道肩窝位置，注浆孔仰角30°。第一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为6m；第二排注浆孔位于巷道肩窝位置向下1m，垂直煤壁施工。第二排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距也为6m，且与第一排帷幕注浆孔沿钻孔排布方向的错开间距为3m；第三排注浆孔距第二排注浆孔距离为1.5m，垂直煤壁施工，第三排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距也为6m，与第二排帷幕注浆孔沿钻孔排布方向的错开间距为3m，按以上方式共布置16个帷幕注浆孔，三排帷幕注浆孔孔深均为4m，帷幕注浆孔施工时注浆孔直径为42mm，注入无机复合注浆材料，注浆压力控制在5MPa左右。

帷幕注浆完成后，根据d工作面平面图可知，e断层在工作面面内走向方向的发育范围约15.3m，设计相邻平行注浆孔的间距为8m，因此，在风巷内布置3个平行注浆孔，注浆孔直径均为Φ94mm，注入无机复合注浆材料。开孔位置距巷道顶板1.5m，注浆孔终孔穿过断层面3m。

实施例2的浅孔、中深孔和深孔钻孔参数设计原理同实施例1，具体e断层注浆孔布置参数如表2所示。

表2 e断层注浆孔布置参数表

当d工作面揭露e断层后，在运输机的机尾向下15-32m范围实施工作面面内浅孔注浆，注入无机复合注浆材料。采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置，第一排注浆孔位于支架伸缩梁位置，相对于水平面仰角30°施工，第二排位于支架伸缩梁下方1m处，垂直于煤壁施工，第三排位于第二排注浆孔下方1.5m处，垂直于煤壁施工。每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为6m，注浆孔深度为4m，按照以上方式共布置11个面内浅孔注浆孔。注浆顺序为先施工下排的注浆孔，实施完成后，再逐步施工上排注浆孔，注浆时压力控制在3MPa左右，具体布置如图8所示。

本实施例注浆的顺序为：在超前支承压力影响范围之外先对e断层进行帷幕止浆层注浆，在此基础上，依次进行浅孔注浆、中深孔注浆和深孔注浆，然后在工作面揭露e断层后，进行工作面面内浅孔注浆，两者结合，实现分步递进式的对断层破碎带进行治理，能够做到全面、动态、无死角的治理断层。

效果考察：

对实施例2中的e断层进行超前支承压力范围之外的静压预注浆和工作面面内浅孔注浆。实施后，d工作面过e断层回采期间，片帮连续架次不超过4架，顶板破碎情况明显改善，无冒顶事故发生，实现了d工作面安全回采。

实施例3

本实施例是在采煤工作面回采至超前支承压力影响范围之内时，在实施例1的静态治理基础上再进行动态治理，动态治理是依据静态治理后的效果灵活补充使用。当静态治理效果与预想效果之间产生较大偏差，必要时，使用动态治理，即浅孔注浆、中深孔注浆、深孔注浆三种注浆工艺中的一种或多种对断层破碎带进行注浆强化，并且浅孔、中深孔和深孔钻孔参数设计原理同实施例1；若无偏差或并不必要，则可不必在静态治理的基础上进行动态治理。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，包括如下步骤：

S1、确定加固区域：根据断层在采煤工作面内的赋存情况和发育范围，确定注浆加固区域；

S2、静态治理：根据断层落差、影响程度及影响范围，进行支承压力范围之外的静压预注浆，所述的静压预注浆采用帷幕止浆层注浆、浅孔注浆、中深孔注浆、深孔注浆四种注浆工艺中的一种或多种；

S3、动态治理：采煤工作面回采至超前支承压力影响范围之内时，在静压预注浆基础上，进行断层破碎带的动压预注浆加固，所述的动压预注浆采用浅孔注浆、中深孔注浆、深孔注浆三种注浆工艺中的一种或多种；

S4、局部治理：采煤工作面回采至面内揭露断层后，进行工作面面内浅孔注浆。

2.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S2中，帷幕止浆层注浆工艺施工时，在巷道高度为3-3.5m时，采用两排注浆孔，且注浆孔呈三花眼布置，第一排注浆孔位于巷道肩窝位置，第二排注浆孔位于距巷道顶板1-1.5m位置，每排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m，相邻两排的注浆孔错开的沿注浆孔排布方向的间距为2-3m，注浆孔深度为3-4m，两排注浆孔施工时采用先下后上的注浆顺序，下排注浆孔注浆完成后，再施工位于巷道肩窝位置的注浆孔，第一排注浆孔仰角20°-30°，第二排注浆孔垂直于巷道煤壁施工；

在巷道高度大于3.5m时，采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置，第一排注浆孔位于巷道肩窝位置，第二排注浆孔位于距巷道顶板1-1.5m位置，第三排注浆孔位于距第二排注浆孔1-1.5m位置；每排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m，相邻两排的注浆孔错开的沿注浆孔排布方向的间距为2-3m，注浆孔深度为3-4m，三排注浆孔施工时采用先下后上的注浆顺序，下排注浆孔注浆完成后，继续施工上排的注浆孔，第一排注浆孔仰角20°-30°，第二、三排注浆孔垂直于巷道煤壁施工；

所述帷幕止浆层注浆时，注浆孔的孔径为Φ42mm，注浆压力为3-5MPa；

所述帷幕止浆层注浆时，对巷道帮部进行喷浆处理。

3.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S2、S3中，浅孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔的终孔位置位于煤岩交界面以上2-3m处，且终孔穿过断层面2-3m，注浆孔深度为20-40m，注浆压力为5-10MPa，注浆孔封孔长度为10-15m。

4.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S2、S3中，中深孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上3-5m处，且终孔穿过断层面2-3m；注浆孔深度为40-85m，注浆压力为10-15MPa，注浆孔封孔长度为15-20m。

5.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S2、S3中，深孔注浆工艺采用在机、风巷内平行布孔，或在机、风巷钻场内集中布孔两种方式中的任意一种或两者相结合方式布孔；布孔时，注浆孔终孔位置位于煤岩交界面以上5-7m处，且终孔穿过断层面2-3m，注浆孔深度为85-130m，注浆压力为15-20MPa，注浆孔封孔长度为20-25m。

6.根据权利要求3-5任意所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

采用机、风巷平行孔布置方式时，相邻的两个注浆孔的终孔位置在平面上的投影距离为5-10m，采用钻场内集中布孔方式时，相邻的两个注浆孔的终孔位置在平面上的投影沿垂直回采方向的距离为10-15m；

所述浅孔注浆、中深孔注浆或深孔注浆施工时，钻机孔径均为Φ73mm、Φ94mm和Φ113mm中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S4中，在采煤工作面面内浅孔注浆施工时，当工作面煤壁高度为3-3.5m，采用两排注浆孔，且注浆孔呈三花眼布置，第一排注浆孔位于支架伸缩梁位置处，相对于水平面仰角30°施工，第二排位于支架伸缩梁下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m；

在工作面煤壁高度大于3.5m时，采用三排注浆孔，且注浆孔呈五花眼布置，第一排注浆孔位于支架伸缩梁位置，相对于水平面仰角30°施工，第二排位于支架伸缩梁下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，第三排位于第二排注浆孔下方1-1.5m处，垂直于煤壁施工，每一排注浆孔中，相邻两注浆孔沿钻孔排布方向的间距为4-6m；

采煤工作面面内浅孔注浆的施工顺序为先下后上，下排注浆孔注浆完成后，再施工上排注浆孔，施工时注浆孔深度为4-6m，注浆压力为3-6MPa。

8.根据权利要求1所述的一种采煤工作面断层破碎带注浆加固方法，其特征在于：

所述S2-S4中，注浆时采用的注浆材料为水泥浆、无机复合注浆材料、化学材料或其他适用的注浆材料中的任意一种或几种组合。

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