專利名稱：工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于采礦技術領域，具體涉及一種工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，尤其適用于采用小導管超前預注漿工藝的過風氧化帶頂板控制方法。
背景技術：
風氧化帶煤層由于受沉積環(huán)境的影響，煤層頂板巖層裂隙發(fā)育、巖體孔隙率高、強度衰減速度快、自穩(wěn)性能、承載能力差。且煤質(zhì)松軟，無法形成傳遞巖梁，在整個推進過程中工作面承受較大的壓力，煤壁塑性變形范圍大，頂板難以管理。煤層開采以后，垮落帶和導水斷裂帶可能會波及到底部弱至中等含水層，發(fā)生突水潰砂事故，危及礦井的安全生產(chǎn)。長期以來被視為開采的禁區(qū)，既造成了大量的資源浪費，也嚴重制約著企業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟效 益的提聞。工作面過風氧化帶區(qū)域時，一般采用鋪設金屬網(wǎng)+超前注高分子加固材料+提高支架初撐力這一回采工藝來控制頂板。一般的辦法是先注漿加固，再進行回采作業(yè)。超前小導管注漿進行巖體加固在地下工程中是現(xiàn)有的一種輔助開挖工藝。但是由于強風氧化帶區(qū)域的煤巖裂隙發(fā)育，煤巖松散，加之受頂板淋水的影響，煤巖強度低，滲透性差，一般的漿液很難注入，且擴散半徑較小，注漿效果更不容易保證。加之沒有好的施工工藝，嚴重制約著工作面的推進速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術中存在的問題，提供一種工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法。采用密集的小導管注漿管超前預注漿來加固圍巖，其具有超前支護、工藝簡單、安全可靠、成本低廉、適用性強的優(yōu)點，可以實現(xiàn)綜放工作面安全快速的通過風氧化帶區(qū)域，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，包括以下步驟a.風氧化帶范圍及其強度的確定從工作面的兩側(cè)巷道向煤層中打鉆孔并結(jié)合工作面前方煤壁的鉆孔，利用多點位移計、鉆孔窺視儀來觀測得到鉆孔窺視圖，分析出風氧化帶的分布區(qū)域及風氧化帶的強度；b.注漿參數(shù)的確定采用理論計算和數(shù)值模擬的方法確定出注漿的各項參數(shù)。包括注漿孔的深度、注漿壓力、注漿擴散半徑、注漿時間、注漿孔間排距、注漿順序、小導管單孔注漿量；c.打設鉆孔及注漿在工作面頂板(3)與前方煤壁(2)交接處以傾角a為10。 20。向前上方打鉆孔，孔深L為4 6m;小導管排距m為(1/2 2/3)L，間距n為
0.3nT0. 5m，然后進行注漿作業(yè)；d.開采煤層正?；夭勺{完成后，工作面進行正常作業(yè)。超前預注漿與采煤機割煤交替進行，直至工作面采完。
所述小導管的直徑為Cj5 30mm 小60臟。所述鉆孔深度的確定是采用數(shù)值模擬來確定工作面前方支承壓力的峰值位置，以此定出煤巖層塑性區(qū)的范圍，作為確定注漿孔深度的參考依據(jù)。所述注漿時間的確定是通過數(shù)值模擬得出工作面隨注漿時間變化的漿液滲透范圍圖和孔隙壓力擴散云圖，漿液擴散速度很慢且趨于穩(wěn)定時即為合適的注漿時間。注漿順序是先注中間小導管的孔，再注兩側(cè)小導管的孔，采用間隔跳孔的注漿方式。有益效果本發(fā)明針對風氧化帶區(qū)域的煤層頂板自穩(wěn)性能、承載能力差的特點，采用小導管超前預注漿工藝。小導管注漿可以加固煤巖層形成承載板，具有板效應、加固效應和隔層效應，具有顯著的支護效果；使用的機具均為常用的小型機械，無需配備專用設備，工藝操作簡便，容易掌握。用小導管超前支護手段，通過調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間，可大大縮短施工周期，施工成本低，經(jīng)濟效益好。加固效果好，注漿質(zhì)量容易控制，成拱后界面好，后期強度較高，對使用階段防塌陷有良好作用。本發(fā)明設計合理、施工進度快、簡單易行、支護效果 好、推廣應用前景廣泛，可以大幅度提高礦井生產(chǎn)安全水平與技術經(jīng)濟效益。


圖I為小導管超前預注漿加固鉆孔布置圖。圖2為小導管結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為小導管注漿系統(tǒng)設備布置圖。圖4為小導管預注漿施工工藝流程圖。圖中1_小導管；2_開采煤層；3_巷道頂板；4_工作面煤壁；5_溢漿孔；6_專用封口器；7_專用注射槍；8_高壓膠管；9_注漿泵；10_注漿A液；11_注漿B液。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的描述如圖I所示，本發(fā)明的工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，主要是控制風氧化帶區(qū)域煤層工作面頂板的穩(wěn)定性。具體實施步驟如下I、風氧化帶范圍及其強度的確定從工作面的兩側(cè)巷道向開采煤層2中打鉆孔并結(jié)合工作面前方工作面煤壁4的鉆孔，利用多點位移計、鉆孔窺視儀得到鉆孔窺視圖，分析出風氧化帶的分布區(qū)域及確定風氧化帶的強度。2、注漿參數(shù)的確定采用理論計算和數(shù)值模擬的方法確定出注漿各項參數(shù)。包括注漿孔的深度、注漿壓力、注漿擴散半徑、注漿時間、注漿孔間排距、注漿順序、小導管單孔
注漿量。本實施例中，鉆孔深度是采用FLAC3d來進行數(shù)值模擬計算，確定工作面前方支承壓力的峰值位置是在煤壁前方5m，取注漿孔的深度L為6m。注漿時間是通過數(shù)值模擬計算，得出工作面隨注漿時間變化漿液滲透范圍圖和孔隙壓力擴散云圖。最終選取單孔注漿時間為12分鐘。小導管I的直徑取30mm，沿頂板單排布置，間距n為400mm，排距m為3200_，角度以水平向上15°。注漿時先注中部的眼，再注四周的孔，隔孔注漿。注漿壓力選用0. 3^0. 5Mpa，注漿孔擴散半徑為0. 3m。為了保證注漿能將裂隙充填密實，原則上應注到不吃漿液為止。注漿材料選用優(yōu)樂加固I號-L型，此材料屬于有機高分子樹脂材料，由A、B兩組份組成。3、打設鉆孔及注漿在工作面頂板3與前方煤壁2交接處以a =15°向前上方傾斜打鉆孔，小導管I的排距m為3. 2m,間距n為0. 4m,然后進行注衆(zhòng)作業(yè)。小導管I的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。小導管I的前端加工成圓錐形，長度w為200mm，并予以封焊嚴實。管身設$ =12mm的溢漿孔5，孔距v=200mm，按照梅花形排列，在距后端U=Im范圍內(nèi)不設溢漿孔。如果無法打孔，則小導管I改為由自鉆注漿錨桿代替。小導管注漿系統(tǒng)設備布置見圖3。注漿施工工藝流程見圖4:打眼一埋設小導管I—安裝封口器6—用高壓膠管8連接注射槍7和注射泵9 —將兩根吸管分別插入裝有A液和B液的桶內(nèi)一開泵注漿一沖洗機具一停泵一拆卸注射槍。圖3為小導管注漿系統(tǒng)設備布置圖。圖4為小導管預注漿施工工藝流程圖。 4、開采煤層正?；夭勺{完成后，工作面進行正常作業(yè)。超前預注漿與采煤機割煤交替進行，直至工作面采完。本實施例中，工作面完成四個作業(yè)循環(huán)，即工作面一次向前推進3. 2m后停止推進，再進行一次超前小導管預注漿來加固頂板3，超前預注漿與采煤機割煤交替進行，直至工作面采完。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明的任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單的修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均屬于本發(fā)明的技術方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，其特征在于，它包括以下步驟 a.風氧化帶范圍及其強度的確定從工作面的兩側(cè)巷道向煤層(2)中打鉆孔并結(jié)合工作面前方煤壁(4)上的鉆孔，利用多點位移計、鉆孔窺視儀得到鉆孔窺視圖，分析出風氧化帶的分布區(qū)域及確定風氧化帶的強度； b.注漿參數(shù)的確定采用理論計算和數(shù)值模擬的方法確定出注漿的各項參數(shù)，包括注漿孔的深度、注漿壓力、注漿擴散半徑、注漿時間、注漿孔間排距、注漿順序和小導管單孔注漿量； c.打設鉆孔及注漿在工作面頂板(3)與前方煤壁(2)交接處以傾角α為10。 20°向前上方打鉆孔，孔深L為4 6m ;小導管排距m為(1/2 2/3) L,間距η為O. 3πΓθ· 5m,然后進行注漿作業(yè)； d.開采煤層正?；夭勺{工作完成后，工作面進行正常的回采作業(yè)；超前預注漿與 采煤機割煤交替進行，直至工作面采完。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，其特征在于所述小導管(O的直徑為Φ 30mm Φ60_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，其特征在于步驟b中所述鉆孔深度的確定是采用數(shù)值模擬來確定工作面前方支承壓力的峰值位置，以此定出煤巖層塑性區(qū)的范圍，作為確定注漿孔深度的參考依據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，其特征在于步驟b中所述注漿時間的確定是通過數(shù)值模擬得出工作面隨注漿時間變化的漿液滲透范圍圖和孔隙壓力擴散云圖，漿液擴散速度很慢且趨于穩(wěn)定時即為合適的注漿時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，其特征在于步驟c中注漿順序是先注中間小導管的孔，再注兩側(cè)小導管的孔，采用間隔跳孔的注漿方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工作面過風氧化帶區(qū)頂板控制方法，屬于采礦技術領域。采用小導管超前預注漿技術加固工作面圍巖，通過鉆孔窺視圖分析出風氧化帶區(qū)域的范圍及其強度，通過數(shù)值模擬及理論計算確定出注漿參數(shù)。在工作面頂板與煤壁交接處以傾角α為10°~20°向前上方打鉆孔，每排密集布管，然后進行注漿作業(yè)。注漿工作結(jié)束后，工作面即可進行正常的回采作業(yè)。該發(fā)明小導管加固層能形成承載板，具有板效應、加固效應和隔層效應，使采煤工作在“硬板”下安全進行。可以實現(xiàn)工作面的超前支護，工藝簡單、安全可靠、成本低廉、支護效果好，可以大幅度提高礦井生產(chǎn)安全水平，具有明顯的技術經(jīng)濟效益。
文檔編號E21D9/10GK102966359SQ20121044802
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者李沖, 崔樹江, 徐金海, 劉海濱, 修成智, 李安洪, 靳曉艷, 王中亮, 李良兵, 王中奎, 郭志義, 吳銳, 何青源, 秦帥, 李衛(wèi)濤 申請人:山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司, 中國礦業(yè)大學