一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法。該方法通過選用一種礦用早強(qiáng)深孔注漿材料配合高壓大流量注漿泵，采取提前成孔、插管、封孔、超前支承壓力區(qū)注漿的工藝，解決了大采高、放頂煤等高產(chǎn)高效采煤工作面常會遇到的片幫問題，該方法不影響工作面生產(chǎn)，并且從本質(zhì)上改善了煤體的力學(xué)性質(zhì)，重塑了煤體的整體性，具有良好的推廣性。
【專利說明】
一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及綜采工作面煤壁片幫防治領(lǐng)域，特別是指一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前煤炭工業(yè)正朝著高產(chǎn)高效的大型機(jī)械化方向發(fā)展，大采高采煤法由于具有高產(chǎn)高效的突出優(yōu)勢，紛紛應(yīng)用于我國許多礦區(qū)；然而大采高采煤法由于工作面推進(jìn)速度往往較快一天可達(dá)十米以上且其采高較大，一般大于6m，工作面煤壁在開采過程中尤其是在末采階段極易發(fā)生片幫現(xiàn)象，片幫之后嚴(yán)重影響工作面的生產(chǎn)安全并且耽誤生產(chǎn)進(jìn)度。
[0003]當(dāng)前防治工作面煤壁片幫的方式一般是改進(jìn)支護(hù)設(shè)備或工作面煤壁注漿;對于前者由于不能從根本上改善煤體的力學(xué)性質(zhì)，在一些煤質(zhì)松軟的礦區(qū)往往得不到很好的防片幫效果;對于后者由于在工作面煤壁直接注漿作業(yè)，會大大干擾工作面的正常生產(chǎn)，也較少采用;此外如果在工作面平巷直接打孔注漿可能會遇到打鉆作業(yè)跟不上生產(chǎn)進(jìn)度的情況或者會遇到因注漿時(shí)機(jī)選擇不合理，煤體裂隙尚未發(fā)育而導(dǎo)致漿液注不進(jìn)的情況；由于高產(chǎn)高效采煤工作面推進(jìn)速度較快，如果選用的注漿材料不合理，也可能會遇到漿液結(jié)石體強(qiáng)度提升跟不上工作面推進(jìn)速度的情況;故本發(fā)明人根據(jù)高產(chǎn)高效采煤工作面的時(shí)空轉(zhuǎn)化關(guān)系及圍巖裂隙演化規(guī)律，選用一種礦用早強(qiáng)深孔注漿材料，提出了提前成孔并在工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對綜采工作面特別是大采高工作面在生產(chǎn)中常遇到的片幫難以有效處理的問題，提出了煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其步驟包括:提前成孔、插管、封孔、超前支承壓力區(qū)注漿四個(gè)工藝流程；
(1)提前成孔:超前采煤工作面(I)彡200m，沿工作面運(yùn)輸平巷(2)、回風(fēng)平巷(3)或主撤巷道(5)進(jìn)行打鉆作業(yè)，提前鉆成注漿孔(4)，鉆孔深度覆蓋整個(gè)超前采煤工作面的長度；
(2)插管工藝:鉆孔淺部距孔口1m?20m范圍內(nèi)插入無縫鋼管(9)，鉆孔深部直至孔底需插入PE管(7);
(3)封孔工藝:首先，將一節(jié)長度為1m?20m的鋁塑管(10)插入鉆孔中并在孔口處塞入棉紗(8)封堵鉆孔;然后，將鋁塑管(10)與雙液注漿系統(tǒng)連通;最后，采用雙液注漿材料進(jìn)行封孔，在封孔過程中，緩慢將鋁塑管(1 )由里向外拉出。
[0006]超前支承壓力區(qū)注漿工藝中，注漿時(shí)機(jī)選擇在工作面的超前支承壓力影響范圍覆蓋鉆孔區(qū)域時(shí)，一般超前采煤工作面15m?30m，此時(shí)采用兩套注漿設(shè)備在工作面兩平巷或主撤巷道內(nèi)平行作業(yè)。
[0007]超前支承壓力區(qū)注漿工藝中，采用單液注漿設(shè)備及材料。
[0008]所述沿工作面兩平巷或主撤巷道內(nèi)的鉆孔分上下兩排，上下兩排鉆孔呈三花眼布置，孔徑為75或94mm，鉆孔仰角一般為1°?3°，鉆孔左右間距為5m?10m，上下排距為1.5 m
?3m0
[0009]所述的無縫鋼管(9)及PE管(7)每節(jié)均為2m，PE管直徑為32mm，無縫所述在孔口處的無縫鋼管(9)末端焊有一個(gè)截止閥(11)。
[0010]步驟2中所述的雙液注漿系統(tǒng)由一臺小型氣動(dòng)雙液注漿栗(14)，兩臺氣動(dòng)攪拌機(jī)(13)、輸漿管路及連接件組成。
[0011 ]步驟3中所述的雙液注漿材料為一種無機(jī)雙液速凝注漿材料。
[0012]所述的單液注漿材料為超細(xì)水泥改性材料，該材料使用水灰比為0.6?0.8:1，3d齡期單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上。
[0013]所述的單液注漿設(shè)備主要由單液高壓大流量液壓注漿栗(12)及電動(dòng)或氣動(dòng)攪拌機(jī)(13)組成，其中注漿栗額定流量彡50L/min，額定壓力彡30 MPa。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
1.從本質(zhì)上改善了煤體的力學(xué)性質(zhì)，重塑了破碎煤巖的完整性，從而避免了受采動(dòng)影響所導(dǎo)致煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生。
[0015]2.采用提前成孔的辦法，避免了直接在工作面開孔而影響工作面生產(chǎn)進(jìn)度的情況，并且采取在工作面上下平巷或主撤巷道內(nèi)同時(shí)進(jìn)行注漿作業(yè)，大大縮短了注漿時(shí)間，充分適應(yīng)高產(chǎn)高效采煤工作面快速推進(jìn)的需要。
[0016]3.成孔后及時(shí)插管可避免鉆孔受采動(dòng)影響而塌孔的問題，并且可以使?jié){液從鉆孔深部在栗壓作用下沿鉆孔向淺部區(qū)域流動(dòng)，保證了整個(gè)鉆孔覆蓋區(qū)域的加固效果。
[0017]4.選擇合理的注漿時(shí)機(jī)，即工作面超前支承壓力區(qū)開始影響鉆孔區(qū)域時(shí)，即圖1中原巖應(yīng)力區(qū)與應(yīng)力升高區(qū)分界處，由于此時(shí)煤體裂隙逐漸發(fā)育，可注性強(qiáng)，注漿效果明顯，并且可以保證漿液結(jié)石體具有一定的強(qiáng)度發(fā)展時(shí)間。
[0018]5.采用單液超細(xì)水泥改性材料作為注漿材料，由于其粒徑較小且凝結(jié)時(shí)間比雙液材料相對較長，可大大提高漿液的滲透性與擴(kuò)散效果。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1注漿系統(tǒng)示意圖；
圖2回采巷道鉆孔布置平面示意圖；
圖3主撤巷道鉆孔布置平面示意圖；
圖4巷幫鉆孔布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]—種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其步驟包括:提前成孔、插管、封孔、超前支承壓力區(qū)注漿四個(gè)工藝流程；
(1)提前成孔:超前采煤工作面I多200m，用液壓鉆機(jī)沿工作面運(yùn)輸平巷2、回風(fēng)平巷3或主撤巷道的表面5進(jìn)行打鉆作業(yè)，提前鉆成注漿孔4，鉆孔深度覆蓋整個(gè)工作面長度，其中鉆孔在巷幫分上下兩排，上下排鉆孔呈三花眼布置，孔徑75mm，鉆孔仰角為2°，鉆孔左右間距為5m，上下排距為2m;
(2)插管工藝:在成孔后，將直徑為32mm的PE管7按每節(jié)2m逐節(jié)插入鉆孔中，PE管7之間用連接件相連，在距孔底1m范圍內(nèi)的PE管7上需開對穿射漿孔，孔徑為10mm，孔距為Im;然后在鉆孔淺部距孔口 1m范圍內(nèi)插入無縫鋼管9，在與PE管7相連的一節(jié)無縫鋼管9上需纏上棉紗，并用鐵絲捆牢；
(3)封孔工藝:首先，將一節(jié)長度為1m?20m的鋁塑管10插入鉆孔中并在孔口處塞入棉紗8封堵鉆孔;然后，將鋁塑管10與雙液注漿系統(tǒng)連通;最后，采用雙液注漿材料進(jìn)行封孔，在封孔過程中，緩慢將鋁塑管1由里向外拉出，等待30min漿液充分凝固后，封孔即完成。
[0023]待工作面推進(jìn)至距鉆孔30mm時(shí)，連接注漿系統(tǒng)，選用兩套注漿設(shè)備，在工作面上下兩平巷進(jìn)行平行注漿作業(yè)，待壓力值達(dá)到20MPa后停止注漿作業(yè)并關(guān)閉截止閥。
[0024]超前支承壓力區(qū)注漿工藝中，采用單液注漿設(shè)備及材料。
[0025]所述在孔口處的無縫鋼管9末端焊有一個(gè)截止閥11。
[0026]步驟2中所述的雙液注漿系統(tǒng)由一臺小型氣動(dòng)雙液注漿栗14，兩臺氣動(dòng)攪拌機(jī)13、輸漿管路及連接件組成。
[0027]步驟3中所述的雙液注漿材料為一種無機(jī)雙液速凝注漿材料。
[0028]所述的單液注漿材料為超細(xì)水泥改性材料，該材料使用水灰比為0.6?0.8:1,3d齡期單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上。
[0029]所述的單液注漿設(shè)備主要由單液高壓大流量液壓注漿栗12及電動(dòng)或氣動(dòng)攪拌機(jī)13組成，其中注漿栗額定流量彡50L/min，額定壓力彡30 MPa。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:其步驟包括:提前成孔、插管、封孔、超前支承壓力區(qū)注漿四個(gè)工藝流程； (1)提前成孔:超前采煤工作面(I)彡200m，沿工作面運(yùn)輸平巷(2)、回風(fēng)平巷(3)或主撤巷道(5)進(jìn)行打鉆作業(yè)，提前鉆成注漿孔(4)，鉆孔深度覆蓋整個(gè)超前采煤工作面的長度； (2)插管工藝:鉆孔淺部距孔口1m?20m范圍內(nèi)插入無縫鋼管(9)，鉆孔深部直至孔底需插入PE管(7); (3)封孔工藝:首先，將一節(jié)長度為1m?20m的鋁塑管(10)插入鉆孔中并在孔口處塞入棉紗(8)封堵鉆孔;然后，將鋁塑管(10)與雙液注漿系統(tǒng)連通;最后，采用雙液注漿材料進(jìn)行封孔，在封孔過程中，緩慢將鋁塑管(1 )由里向外拉出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:超前支承壓力區(qū)注漿工藝中，注漿時(shí)機(jī)選擇在工作面的超前支承壓力影響范圍覆蓋鉆孔區(qū)域時(shí)，一般超前采煤工作面15m?30m，此時(shí)采用兩套注漿設(shè)備在工作面兩平巷或主撤巷道內(nèi)平行作業(yè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:超前支承壓力區(qū)注漿工藝中，采用單液注漿設(shè)備及材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:所述沿工作面兩平巷或主撤巷道內(nèi)的鉆孔分上下兩排，上下兩排鉆孔呈三花眼布置，孔徑為75或94mm，鉆孔仰角一般為1°?3°，鉆孔左右間距為5m?10m，上下排距為1.5 m?3m05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:所述的無縫鋼管(9)及PE管(7)每節(jié)均為2m，PE管直徑為32mm，無縫鋼管為六分管，在與PE管相連的一節(jié)無縫鋼管上需纏繞棉紗并用鐵絲固定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:所述在孔口處的無縫鋼管(9)末端焊有一個(gè)截止閥(11)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:步驟2中所述的雙液注漿系統(tǒng)由一臺小型氣動(dòng)雙液注漿栗(14)，兩臺氣動(dòng)攪拌機(jī)(13)、輸漿管路及連接件組成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:步驟3中所述的雙液注漿材料為一種無機(jī)雙液速凝注漿材料。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:所述的單液注漿材料為超細(xì)水泥改性材料，該材料使用水灰比為0.6?0.8:1，3d齡期單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦綜采工作面超前支承壓力區(qū)深孔注漿工藝與方法，其特征在于:所述的單液注漿設(shè)備主要由單液高壓大流量液壓注漿栗(12)及電動(dòng)或氣動(dòng)攪拌機(jī)(13)組成，其中注漿栗額定流量彡50L/min，額定壓力彡30 MPa。
【文檔編號】E21D20/02GK105909287SQ201610323442
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】熊祖強(qiáng), 劉旭鋒, 王俊杰, 王雨利, 曹建波, 張耀輝, 袁印, 張建鋒, 陳兵, 李東華, 洪紫杰
【申請人】河南理工大學(xué), 山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司