CN111764864B - 一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿开采支护领域，提供一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，根据钻孔是否塌孔、孔壁是否可以成形以及是否有喷浆钻头三种方式，分别采用交替执行钻进操作和喷浆操作、交替执行退钻操作和退钻喷浆操作、交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作完成钻孔的喷浆。本发明可以提高钻孔孔壁及破碎围岩的稳定性，提高锚固剂与孔壁、锚固剂与锚杆锚索的粘合效果，进而使得深部破碎煤岩体、浅部破碎煤岩体、孔壁、锚固剂和锚杆锚索组成大范围高可靠性的锚固体，使锚杆锚索支护系统一开始就在松散破碎煤岩体中高效锚固，从而显著提高锚杆锚索对松散破碎煤岩体的锚固效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采支护领域，具体涉及一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法。
背景技术
随着我国煤炭资源的大量回采，煤炭开采已由浅部开采转向深部开采，开采深度的增加也使巷道围岩应力逐渐增大，同时“三高一扰动”环境对巷道围岩稳定性影响日益明显，尤其在松软破碎煤岩层中，巷道需要多次翻修才能满足生产需要。长时间的翻修不仅造成巷道的维修成本增加，而且工人在施工过程中的危险系数也在不断增加。深部巷道破碎围岩支护成为深部开采关键，同时也是深部开采难题，为此许多科研工作者进行了深入研究，力求解决深部巷道破碎围岩的支护问题。
架棚、注浆与锚杆锚索是围岩支护的主要手段。架棚是通过架设U型钢与背板等支护围岩，为被动支护；注浆是通过在巷道顶底板及两帮施工注浆孔进行注浆，提高巷道围岩强度以及增强巷道围岩抗变形能力；锚杆锚索可及时主动给围岩提供支护力、有效控制围岩变形。虽然这几种方式在围岩支护中被广泛应用，但也有如下的缺点与不足：
采用架棚支护时，由于巷道断面的不平整，需巷道变形一段距离使巷道围岩与架棚接触才能起到支护作用，架棚的支护阻力较小且为被动支护，不能及时有效控制巷道围岩变形，尤其在破碎围岩条件下不能及时控制围岩破碎范围的持续扩大。
采用锚杆锚索支护时，若巷道围岩本身松散破碎，在钻孔过程中，孔壁成形较差，有时甚至出现不同程度的塌孔。孔壁凹凸不平、成形差以及不同程度的塌孔，会影响后期锚固剂与孔壁、锚固剂与锚杆锚索的粘合，难以保证有效锚固长度，无法施加足够的预紧力，不能及时地提供主动支护，从而锚杆锚索的主动支护圈无法形成，影响锚固效果，巷道支护质量大大下降，甚至导致锚杆索支护完全失效。
采用注浆支护，整个巷道注浆的施工工程量较大，施工时间较长，成本较高，特别是对于使用时间较短的回采巷道，大面积注浆控制不论在经济上还是效率上均大打折扣。
发明内容
为了解决上述巷道围岩本身松散破碎影响锚固效果问题，本发明提出一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，具体包括以下步骤：
S1、当进行煤岩体钻孔钻进时，若钻孔塌孔且孔壁不能成形，则执行步骤S2；当进行煤岩体钻孔钻进时，若钻孔能成孔，但安装锚杆锚索时发生局部塌孔现象，则执行步骤S3；
S2：交替执行钻进操作和喷浆操作，直至完成整个钻孔的钻进、喷浆；
所述钻进操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头钻进指定长度d1时停止钻进；所述喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆钻头喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d1范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆钻头，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆；
S3：若现场有带喷浆功能的喷浆钻头，则执行步骤S4；若现场无带喷浆功能的喷浆钻头，则执行步骤S5；
S4：带有喷浆功能的喷浆钻头完成钻孔后，交替执行退钻操作和退钻喷浆操作，直至完成整个钻孔的退钻、喷浆；
所述退钻操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头退钻指定长度d2；所述退钻喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆钻头喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d2范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆钻头，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆；
S5：完成钻孔后，交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作，直至完成整个钻孔的喷浆；
所述进喷浆管操作：把喷浆管放进钻孔指定长度d2；所述进喷浆管喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆管喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d2范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆管，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆。
进一步的，所述喷浆钻头上均匀布置有喷浆眼；所述喷浆管顶端设有喷浆环，所述喷浆环上均匀布置有喷浆孔。
进一步的，所述预定厚度h为0.5-2cm，且喷浆后钻孔内径比锚杆直径大4-6mm。
进一步的，所述指定长度d1为0.05-0.2m，所述指定长度d2为0.5-1m。
进一步的，所述复合速凝浆液的喷浆压力为1～10MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，通过喷浆钻头或喷浆管在高压作用下将复合速凝浆液喷射到钻孔孔壁以及渗入到钻孔围岩中，加固钻孔围岩及钻孔孔壁，避免钻孔钻进或安装锚杆锚索时的塌孔。该方法通过在钻孔孔壁喷射复合速凝浆液，实现在松散破碎软煤岩的钻孔孔壁及浅部破碎围岩加固，提高钻孔孔壁及破碎围岩的稳定性，提高锚固剂与孔壁、锚固剂与锚杆锚索的粘合效果，进而使得深部破碎煤岩体、浅部破碎煤岩体、孔壁、锚固剂和锚杆锚索组成了大范围高可靠性的锚固体，使锚杆锚索支护系统一开始就在松散破碎煤岩体中高效锚固，从而显著提高锚杆锚索对松散破碎煤岩体的锚固效果。而且此方法可以对钻孔孔壁快速喷浆，施工工艺简单，安全可靠，施工成本低。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例的交替执行钻进操作和喷浆操作过程示意图；
图2为本发明实施例的交替执行钻进操作和喷浆操作完成示意图；
图3为本发明实施例的交替执行退钻操作和退钻喷浆操作过程示意图；
图4为本发明实施例的未喷浆钻孔示意图；
图5为本发明实施例的交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作过程示意图；
图6为本发明实施例的交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作完成示意图；
图7为本发明实施例的喷浆效果断面示意图；
图8为本发明实施例的锚固剂安装示意图；
图9为本发明实施例的锚索支护效果示意图。
以上图1-9中：1-钻孔围岩体；2-钻孔；3-钻杆；4-喷浆钻头；5-喷浆眼；6-复合速凝浆液；7-喷浆管；8-喷浆孔；9-喷浆环；10-锚固剂；11-锚索。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示，当进行煤岩体钻孔2钻进时，若钻孔2塌孔、钻孔围岩体1破碎且孔壁不能成形，影响后期锚索11安装及支护系统的稳定性，则交替执行钻进操作和喷浆操作，直至完成整个钻孔2的钻进、喷浆，加固孔壁及钻孔围岩体1，具体的实施步骤为：
(1)钻进操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头4钻进0.08m时停止钻进；
(2)喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液6通过喷浆钻头4上的喷浆眼5快速均匀的喷射到孔壁上，复合速凝浆液6渗入到钻孔围岩体1中并迅速凝结。喷浆同时在喷浆钻头4钻进的0.08m范围内的钻孔2内来回匀速移动喷浆钻头4。喷浆压力为2MPa，喷浆压力不能过高，以复合速凝浆液6不切割孔壁的喷浆压力为上限，以免破坏孔壁围岩的稳定性。直至喷浆厚度达到1cm后停止喷浆。喷浆厚度太薄，复合速凝浆液6渗透不到破碎钻孔围岩体1中，后期锚杆锚索支护系统难以形成高可靠性的锚固体；喷浆厚度太厚，施工时间长；
(3)以此交替执行钻进操作和喷浆操作，直至完成整个钻孔2的钻进、喷浆；
(4)待钻孔2的钻进、喷浆完成后，清洗喷浆钻头4、钻杆3，以备后续使用，并安装锚固剂10与锚索11，后经拉拔试验验证完全满足设计要求。
实施例2
如图3所示，当进行煤岩体钻孔2钻进时，若钻孔2能成孔，但安装锚杆锚索22时发生局部塌孔现象，影响锚索11安装及支护系统的稳定性，则交替执行退钻操作和退钻喷浆操作，直至完成整个钻孔2的退钻、喷浆，加固孔壁及钻孔围岩体1，具体的实施步骤为：
(1)退钻操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头4退钻0.5m；
(2)退钻喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液6通过喷浆钻头4上的喷浆眼5喷射到孔壁上，复合速凝浆液6渗入到钻孔围岩体1中并迅速凝结。喷浆同时在喷浆钻头4退钻的0.5m范围内的钻孔2内来回匀速移动喷浆钻头4。喷浆压力为3MPa，喷浆压力不能过高，以复合速凝浆液6不切割孔壁的喷浆压力为上限，以免破坏孔壁围岩的稳定性。直至喷浆厚度达到0.6cm后停止喷浆；
(3)以此交替执行退钻操作和退钻喷浆操作，直至完成整个钻孔2的退钻、喷浆；
(4)待钻孔2的退钻、喷浆完成后，清洗喷浆钻头4、钻杆3，以备后续使用，并安装锚固剂10与锚索11，后经拉拔试验验证完全满足设计要求。
实施例3
如图5、6所示，当进行煤岩体钻孔2钻进时，若钻孔2能成孔，但安装锚杆锚索22时发生局部塌孔现象，影响锚索11安装及支护系统的稳定性，且现场无带喷浆功能的喷浆钻头4，交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作，直至完成整个钻孔2的喷浆，加固孔壁及钻孔围岩体1，具体的实施步骤为：
(1)进喷浆管操作：把喷浆管7放进钻孔0.7m；
(2)进喷浆管喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液6通过喷浆环9上的喷浆孔8喷射到孔壁上，复合速凝浆液6渗入到钻孔围岩体1中并迅速凝结。喷浆同时在喷浆管7放进钻孔的0.7m范围内的钻孔2内来回匀速移动喷浆管7。喷浆压力为5MPa，喷浆压力不能过高，以复合速凝浆液6不切割孔壁的喷浆压力为上限，以免破坏孔壁围岩的稳定性。直至喷浆厚度达到0.5cm后停止喷浆；
(3)以此交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作，直至完成整个钻孔2的喷浆；
(4)待钻孔2的喷浆完成后，清洗喷浆管7，以备后续使用，并安装锚固剂10与锚索11，后经拉拔试验验证完全满足设计要求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、当进行煤岩体钻孔钻进时，若钻孔塌孔且孔壁不能成形，则执行步骤S2；当进行煤岩体钻孔钻进时，若钻孔能成孔，但安装锚杆锚索时发生局部塌孔现象，则执行步骤S3；
S2：交替执行钻进操作和喷浆操作，直至完成整个钻孔的钻进、喷浆；
所述钻进操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头钻进指定长度d1时停止钻进；所述喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆钻头喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d1范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆钻头，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆；
S3：若现场有带喷浆功能的喷浆钻头，则执行步骤S4；若现场无带喷浆功能的喷浆钻头，则执行步骤S5；
S4：带有喷浆功能的喷浆钻头完成钻孔后，交替执行退钻操作和退钻喷浆操作，直至完成整个钻孔的退钻、喷浆；
所述退钻操作：采用带有喷浆功能的喷浆钻头退钻指定长度d2；所述退钻喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆钻头喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d2范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆钻头，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆；
S5：完成钻孔后，交替执行进喷浆管操作和进喷浆管喷浆操作，直至完成整个钻孔的喷浆；
所述进喷浆管操作：把喷浆管放进钻孔指定长度d2；所述进喷浆管喷浆操作：在高压作用下将复合速凝浆液通过喷浆管喷射到孔壁上，喷浆同时在指定长度d2范围内的钻孔内来回匀速移动喷浆管，直至喷浆达到预定厚度h后停止喷浆；
所述喷浆钻头上均匀布置有喷浆眼；所述喷浆管顶端设有喷浆环，所述喷浆环上均匀布置有喷浆孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，其特征在于，所述预定厚度h为0.5-2cm，且喷浆后钻孔内径比锚杆直径大4-6mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，其特征在于，所述指定长度d1为0.05-0.2m，所述指定长度d2为0.5-1m。
4.根据权利要求1所述的一种用于松散破碎煤岩区的钻孔喷浆加固方法，其特征在于，所述复合速凝浆液的喷浆压力为1-10MPa。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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