一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法
【專利摘要】舊式采煤工藝采用巷式高落式采煤，在一些資源整合礦井殘采區內遺留了大量空巷，其中多數巷道已冒頂，形成冒落廢巷；如今在工作面回采穿越這些廢巷時，極易出現片幫、冒頂事故。必須采取注漿加固方案防治頂板事故，但該方案卻存在冒落破碎區打鉆困難、易漏漿等問題；故本發明提供了一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法；該方法通過選用一種水灰比可調范圍大的新型雙液無機注漿材料，采用“分次成孔，插管注漿”的工藝，解決了在廢巷冒落破碎區打鉆注漿經常遇到的卡鉆、塌孔、漏漿等諸多問題，避免工作面開采時片幫、冒頂事故的發生；此外該方法施工工藝簡單且效果顯著，具有廣泛的實用性。
【專利說明】
一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法
技術領域
[0001]本發明涉及煤礦廢巷加固領域，特別是指一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法。【背景技術】
[0002]隨著煤炭資源的大規模高強度開采，我國許多煤礦尤其是資源整合型礦井存在著工作面過廢巷問題。這些廢巷通常為過去小煤礦采用落后的采煤方法留下的以掘代采的煤巷。這些廢巷的存在嚴重影響著礦井的采掘部署與工作面的生產安全，貿然通過極易引發瓦斯、頂板事故。根據這些廢巷的存在形式可將其分為完整型與冒落型。如圖3所示，前兩種廢巷為完整型，第三種為冒落型。完整型廢巷的特點為:由于維護條件相對較好，沒有出現大范圍冒頂、片幫現象，巷道具有連續且較大的空間。冒落型廢巷的特點為:在原來巷式開采后，巷道處于無支護或較差的支護條件下，頂板在長期礦壓作用下發生冒落，巷道空間被碎脹的煤矸石填滿充實。如果不對以上兩種類型的廢巷進行治理，采煤工作面推進至廢巷影響區域時將很可能會發生片幫、冒頂事故。針對完整型廢巷治理已有相關較為有效的方法，然而針對冒落型廢巷卻缺少行之有效的治理方法。
[0003]針對注漿法治理冒落廢巷，首先由于鉆孔要穿越冒落矸石區，鉆孔深度可達數十米甚至上百米，一方面在一些破碎及空虛較嚴重段會出現鉆進困難現象，可能會遇到排渣困難、卡鉆、掉鉆甚至扭斷鉆桿情況，另一方面可能會出現因塌孔引發的成孔難問題;其次由于新掘回采巷道時大范圍揭露了這些廢巷，冒落矸石帶與巷道空間相連通，構成了漏漿通道。若不采取有效措施，直接注漿一方面可能會因漿液固化較慢出現淺部漏漿問題，另一方面可能會因漿液固化較快出現漿液擴散范圍變小，引發固化漿液封堵鉆孔情況，導致深部破碎區域得不到有效加固。
【發明內容】
[0004]本發明解決了現有技術中在廢巷冒落破碎區打鉆注漿經常遇到的卡鉆、塌孔、漏漿等諸多問題，避免工作面開采時片幫、冒頂事故的發生的問題，提出一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其步驟包括:(1)分步成孔:a.由液壓鉆機斜交巷道開孔，用直徑多110mm的鉆頭鉆進3?6m，之后退鉆，下套筒(5)， 為便于排渣鉆孔要設置一定的仰角，一般為3°?6° ;b.安裝套筒法蘭蓋(1 )，在孔口處塞入棉紗(4)，將注漿管路連接套筒截止閥(3);c.選用雙液注漿栗并采用0.8:1?1.0:1的新型注漿材料一次注漿加固孔口，等孔口返漿后停注；d.半小時后，變換75mm直徑鉆頭，開鉆套孔，鉆頭將依次穿越漿液固結體、煤體或冒落區矸石；e.鉆進過程中，出現卡鉆、排渣困難等異常現象時，應立即退鉆，重復步驟c注漿加固破碎區松散煤矸，此時注漿量不可過大，否則會封堵漏漿通道，影響后續注漿時漿液擴散范圍，一般注漿壓力要小于IMPa;半小時后開鉆套孔，再次出現鉆進異常時，重復注漿、套孔工藝，直至孔深達設計深度，鉆孔終孔一般要穿越破碎區。
[0006](2)插管注漿:分步成孔后，將鋁塑管插入鉆孔直至距孔底1?2m，之后將鋁塑管與鍍鋅鋼管用連接件(9)連接并繼續向鉆孔內插入直至孔底，然后向鉆孔內塞入棉紗(4)并捅入孔內距孔口 5?8m，之后在鉆孔內插入封孔導流管(7)直至孔口 5?8m的棉紗處，之后在孔口處塞入棉紗，然后連接封孔導流管(7)，選用低水灰比的新型注漿材料，通過雙液注漿設備進行注漿封孔，最后連接直通(6)，選用高水灰比新型注漿材料，通過注漿設備對廢巷冒落區進行注漿加固，當巷道表面出現漏漿時，用棉紗及時堵漏，并降低注漿材料水灰比，成功堵漏后，再次增大注漿材料水灰比，復注；(3)效果檢測:首先，在對冒落廢巷影響區域首輪設計鉆孔(11)打鉆、注漿加固完成后， 設計檢驗鉆孔(12)，檢驗鉆孔(12)與巷道中線的傾斜方向與首輪設計鉆孔相反;然后，用液壓鉆機施工檢驗鉆孔，根據檢驗鉆孔在鉆進工程中的出現卡鉆、掉鉆、排渣困難等異常現象的情況，判斷首輪注漿效果;之后，在檢驗鉆孔(12)施工完成后，采用鉆孔窺視儀對檢驗鉆孔進行窺視，根據窺視情況，判斷首輪注漿擴散情況，最后，根據之前對檢驗鉆孔注漿效果的判斷情況，決定是否有必要復注。
[0007]進一步，步驟(1)中開孔直徑多110mm，終孔直徑多75mm，套筒直徑略小于開孔直徑，套筒上焊有截止閥用于連接注漿管路，并且焊有法蘭盤(2)。
[0008]進一步，步驟(1)中采用的注漿材料為一種雙液無機注漿材料，其分A、B兩種組分構成，A組分由主料硫鋁酸鹽水泥熟料以及按重量計配配以4%?6%的添加劑組成，B組分由 70%?85%的石膏和15%?30%的石灰以及按重量計配以3%?5%的添加劑組成;該材料低水灰比為0.8:1?1.0:1，在該水灰比下兩組分混合后衆液可實現3?5min初凝，5?15min終凝； 該材料高水灰比為3.0:1?4.0:1，在該水灰比下兩組分混合后漿液可實現10?30min初凝， 30?60min終凝。
[0009]進一步，步驟(1)中鉆孔的深度要根據冒落廢巷的情況，一般要穿過破碎區；為了便于排渣，鉆孔設置一定仰角，一般為3°?6°。
[0010]進一步，步驟(2)中鋁塑管及鍍鋅鋼管一般為六分管；孔口鍍鋅鋼管上焊有直通 (6)，以連接注漿管路。
[0011]進一步，注漿系統主要由一臺大流量液壓雙液注漿栗，兩臺氣動攪拌桶及一些管路設施組成。
[0012]本發明的有益效果是:1.工藝簡單，施工效率高。采用了依靠新型注漿材料的分步成孔工藝，大大減少了掉鉆、卡鉆、排渣困難等鉆進異常現象，提高了破碎區成孔效率，減少了施工時間。[〇〇13]2.成本低廉、安全性好。鉆孔淺部1?2m插管采用了鍍鋅鋼管，能夠耐壓保證安全；深部選用了較為廉價的鋁塑管，大大節省了成本且不影響割煤。
[0014]3.通過本方法可以使得漿液的擴散趨勢變為由鉆孔深部向淺部，有效保證了整個破碎區域的加固效果，并且避免了漿液過慢、過快凝固引發的漏漿、堵孔問題，通過插管也避免了因塌孔引發漿路不暢的問題。
[0015]4.通過效果檢測可以了解首輪注漿加固作業的情況，發現其中的不足，并且針對效果不好的區域進行補注，提高了加固工程的可靠性。【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0〇17]圖1鉆孔插管不意圖；圖2套筒示意圖；圖3廢巷剖面圖；圖4鉆孔布置平面示意圖。
[0018] 其中，1.法蘭蓋，2.法蘭，3.截止閥，4.棉紗，5.套筒，6.直通，7.封孔導流管，8.鍍鋅鋼管，9.連接件，10.錯塑管，11.設計鉆孔，12.檢驗鉆孔。【具體實施方式】[〇〇19]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0020] —種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，1.分步成孔工藝按如下步驟操作進行::a.由液壓鉆機斜交巷道開孔，用直徑彡110_的鉆頭鉆進3?6m，之后退鉆，下套筒5，為便于排渣鉆孔要設置一定的仰角，一般為3°?6°。[〇〇21 ] b.安裝套筒法蘭蓋1，在孔口處塞入棉紗4，將注漿管路連接套筒截止閥3。
[0022] c.選用雙液注漿栗并采用0.8:1?1.0:1的新型注漿材料一次注漿加固孔口，等孔口返漿后停注。[〇〇23] d.半小時后，變換75mm直徑鉆頭，開鉆套孔，鉆頭將依次穿越漿液固結體、煤體或冒落區矸石。
[0024]e.在步驟d鉆進過程中，出現卡鉆、排渣困難等異常現象時，應立即退鉆，重復步驟 b注漿加固破碎區松散煤矸，此時注漿量不可過大，否則會封堵漏漿通道，影響后續注漿時漿液擴散范圍，一般注漿壓力要小于IMPa;半小時后開鉆套孔，再次出現鉆進異常時，重復注漿、套孔工藝，直至孔深達設計深度，鉆孔終孔一般要穿越破碎區。
[0025]2.插管注漿工藝按如下步驟操作進行:a.成孔后，將鋁塑管插入鉆孔直至距孔底1?2m，之后將鋁塑管與鍍鋅鋼管用連接件(9) 連接，并繼續向鉆孔內插入直至孔底。[0〇26] b.向鉆孔內塞入棉紗并捅入孔內距孔口5?8m。[〇〇27] c.在鉆孔內插入封孔導流管(7)直至孔口 5?8m的棉紗處，之后在鉆孔淺部塞入棉紗⑷。
[0028]d.連接封孔導流管(7)，選用0.8:1?1.0:1水灰比的新型注漿材料，通過雙液注漿設備進行注漿封孔。
[0029]e.連接直通(6)，選用3.0:1?4.0:1水灰比新型注漿材料，通過注漿設備對廢巷冒落區進行注漿加固，當巷道表面出現漏漿時，用棉紗及時堵漏，并降低注漿材料水灰比，成功堵漏后，再次增大注漿材料水灰比，復注，注漿終止壓力一般不低于8MPa。
[0030]3.效果檢測方法按如下步驟操作進行:a.在對冒落廢巷影響區域首輪設計鉆孔(11)打鉆、注漿加固完成后，設計檢驗鉆孔 (12)，檢驗鉆孔(12)與巷道中線的傾斜方向與首輪設計鉆孔(11)相反。[〇〇31] b.用液壓鉆機施工檢驗鉆孔(12)，根據檢驗鉆孔(12)在鉆進工程中的出現卡鉆、 掉鉆、排渣困難等異常現象的情況，判斷首輪注漿效果。[〇〇32] c.在檢驗鉆孔(12)施工完成后，采用鉆孔窺視儀對檢驗鉆孔(12)進行窺視，根據窺視情況，判斷首輪注漿漿液擴散情況。
[0033]d.根據步驟b、步驟c對檢驗鉆孔注漿效果的判斷情況，決定是否有必要補注。
[0034]要實現上述目的，開孔位置一般選在實體煤處，盡量不要選在破碎區域，鉆孔與巷道中線的夾角要根據現場冒落廢巷的分布情況，一般為40°?60°。[〇〇35]要實現上述目的，鍍鋅鋼管宜采用每節1.5?2.0m，一般情況下當鉆孔深度小于 50m時，鍍鋅鋼管及鋁塑管均選用四分管，在鉆孔深度大于50m時，則選用六分管。
[0036]要實現上述目的，需采用一種新型雙液無機注漿材料，本方法中選用的新型注漿材料分A、B兩種組分構成，A組分由主料硫鋁酸鹽水泥熟料以及按重量計配配以4%?6%的添加劑組成，B組分由70%?85%的石膏和15%?30%的石灰以及按重量計配以3%?5%的添加劑組成;該材料低水灰比為0.8:1?1.0:1，在該水灰比下兩組分混合后漿液可實現3?5min初凝，5?15min終凝;該材料高水灰比為3.0:1?4.0:1，在該水灰比下兩組分混合后漿液可實現10?30min初凝，30?60min終凝。
[0037]通過依靠低水灰比新型注漿材料的速凝作用來快速實現固定套管、封孔、加固破碎區孔壁煤矸，有效避免了卡鉆、掉鉆、塌孔等諸多問題，并有助于節省施工時間，快速成孔;成孔后鉆孔淺部5?8m插入鍍鋅鋼管和封孔導流管并注入低水灰比的新型注漿材料實現封孔，可避免注漿初始時破碎介質漏漿，提高封孔質量，淺部鍍鋅鋼管可以起到承壓的作用，保證了安全并利于提高注漿壓力;在鉆孔深部直至孔底插入鋁塑管，鋁塑管與鉆孔將形成環形空間，形成漿液流動通道。之后灌注高水灰比新型注漿材料，此時漿液凝結時間變長，到達孔底后，將首先使鉆孔深部破碎區域得到加固，之后隨著注漿壓力的升高，漿液將沿鉆孔環形空間逆流，實現鋁塑管內外壓力均衡并逐步對淺部破碎區域加固；通過效果檢測環節可以了解注漿情況，并且針對一些效果不好的區域進行補注，保證了加固工程的可靠性。
[0038]要實現上述目的，注漿系統需由一臺大流量液壓雙液注漿栗，及兩臺氣動攪拌桶與一些管路設施組成；由于冒落區注漿量往往較大，大流量注漿栗可滿足注漿需要，提高施工效率，氣動攪拌桶操作靈活，可根據漿液的稀稠情況調節轉速，以達到最佳的攪拌效果。
[0039]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其特征在于:其步驟包括:(1)分步成孔:a.由液壓鉆機斜交巷道開孔，用直徑多110mm的鉆頭鉆進3?6m，之后退鉆，下套筒(5)， 為便于排渣鉆孔要設置一定的仰角，一般為3°?6° ;b.安裝套筒法蘭蓋(1 )，在孔口處塞入棉紗(4 )，將注漿管路連接套筒截止閥(3 );c.選用雙液注漿栗并采用0.8:1?1.0:1的新型注漿材料一次注漿加固孔口，等孔口返 漿后停注；d.半小時后，變換75mm直徑鉆頭，開鉆套孔，鉆頭將依次穿越漿液固結體、煤體或冒落 區矸石；e.步驟d鉆進過程中，出現卡鉆、排渣困難等異常現象時，應立即退鉆，重復步驟b注漿 加固破碎區松散煤矸，此時注漿量不可過大，否則會封堵漏漿通道，影響后續注漿時漿液擴 散范圍，一般注漿壓力要小于IMPa;半小時后開鉆套孔，再次出現鉆進異常時，重復注漿、套 孔工藝，直至孔深達設計深度，鉆孔終孔一般要穿越破碎區；(2 )插管注漿:分步成孔后，將鋁塑管插入鉆孔直至距孔底1?2m，之后將鋁塑管與鍍鋅 鋼管用連接件(9)連接并繼續向鉆孔內插入直至孔底，然后向鉆孔內塞入棉紗(4)并捅入孔 內距孔口 5?8m，之后在鉆孔內插入封孔導流管(7)直至孔口 5?8m的棉紗處，之后在孔口處 塞入棉紗，然后連接封孔導流管(7)，選用低水灰比的新型注漿材料，通過雙液注漿設備進 行注漿封孔，最后連接直通(6)，選用高水灰比新型注漿材料，通過注漿設備對廢巷冒落區 進行注漿加固，當巷道表面出現漏漿時，用棉紗及時堵漏，并降低注漿材料水灰比，成功堵 漏后，再次增大注漿材料水灰比，復注；(3)效果檢測:首先，在對冒落廢巷影響區域首輪設計鉆孔(11)打鉆、注漿加固完成后， 設計檢驗鉆孔(12)，檢驗鉆孔(12)與巷道中線的傾斜方向與首輪設計鉆孔相反;然后，用液 壓鉆機施工檢驗鉆孔，根據檢驗鉆孔在鉆進工程中的出現卡鉆、掉鉆、排渣困難等異常現象 的情況，判斷首輪注漿效果;之后，在檢驗鉆孔(12)施工完成后，采用鉆孔窺視儀對檢驗鉆 孔進行窺視，根據窺視情況，判斷首輪注漿擴散情況，最后，根據之前對檢驗鉆孔注漿效果 的判斷情況，決定是否有必要復注。2.根據權利要求1所述的一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其特征在于: 步驟(1)中開孔直徑多1 l〇mm，終孔直徑多75mm，套筒直徑略小于開孔直徑，套筒上焊有截止 閥用于連接注漿管路，并且焊有法蘭盤(2)。3.根據權利要求1所述的一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其特征在于: 步驟(1)中采用的注漿材料為一種雙液無機注漿材料，其分A、B兩種組分構成，A組分由主料 硫鋁酸鹽水泥熟料以及按重量計配以4%?6%的添加劑組成，B組分由70%?85%的石膏和15% ?30%的石灰以及按重量計配以3%?5%的添加劑組成;該材料低水灰比為0.8:1?1.0:1，在 該水灰比下兩組分混合后漿液可實現3?5min初凝，5?15min終凝;該材料高水灰比為3.0: 1?4:1，在該水灰比下兩組分混合后衆液可實現10?30min初凝，30?60min終凝。4.根據權利要求1所述的一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其特征在于: 步驟(1)中鉆孔的深度要根據冒落廢巷的情況，一般要穿過破碎區；為了便于排渣，鉆孔設 置一定仰角，一般為3°?6°。5.根據權利要求1所述的一種煤礦殘采區冒落廢巷注漿加固工藝與方法，其特征在于:步驟(2)中鋁塑管及鍍鋅鋼管一般為六分管;孔口鍍鋅鋼管上焊有直通(6)，以連接注漿管 路。
【文檔編號】E21B47/005GK105952475SQ201610320869
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】熊祖強, 劉旭鋒, 王雨利, 王成, 張建鋒, 陳兵, 洪紫杰, 李東華, 熊志朋, 袁印, 王凱
【申請人】河南理工大學