J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法

摘要

本发明公开了一种J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，步骤1：依据需加固软弱采煤工作面上覆风氧化基岩带位置和面积大小，确定J型主注浆孔位置、数量及其相邻J型主注浆孔间距；步骤2：钻探J型主注浆孔，该J型主注浆孔包括直孔段、造斜段和水平段；步骤3：根据水平注浆段长度，在每个J型主注浆孔的周围设置2～4个羽翼分支孔；步骤4：对J型水平羽翼分支孔采用前进式注浆方式进行注浆。本发明的J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，具有可有效地提高采煤工作面上覆风氧化基岩带地层的预注浆加固效果、防止采煤工作面压架等事故发生、提高采煤工作的安全可靠性等优点。

说明书

技术领域

本发明属于矿井建设领域，涉及涉及一种J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法。 

背景技术

注浆技术通常以注浆泵为动力源，利用注浆泵提供的压力，将配制好的、具有充塞胶结性能的浆液，通过输浆管路和注浆孔注入到含水或软弱松散岩（土）层中，使浆液以充填或渗透等形式扩散到上述地层的裂隙、孔隙或空洞中，待浆液凝结后封堵裂隙、隔绝水路、固结松散岩（土）体、充填空洞，从而起到堵水或加固作用。在煤矿建设中的注浆技术按注浆目的分类，可分为立井地面预注浆、立井工作面预注浆和斜井（巷）、平巷工作面预注浆。 

在风氧化带薄基岩无关键层条件下，此类采煤工作面回采时，随着工作面的持续回采，顶板经历3-4个小周期后，岩层运动影响到上部高位岩层运动，会出现一次大范围的破断、整体移动（大周期），如此的循环规律与一般覆岩条件的工作面上覆岩层运动规律是不同的。当小周期来压时，工作面液压支架一般可以承受，但产生大周期来压时，大范围破断的岩层整体性移动所产生的载荷将由矸石及液压支架共同承担，当上覆岩层荷载过大超出液压支架的承载能力时，严重的会造成压架事故。 

为了最大限度的减轻工作面回采时上覆岩层大周期来压矿压显现剧烈程度，避免发生压架事故，可以采用注浆方法对工作面上覆风氧化基岩带进行注浆加固，即在工作面顶板岩层中人工构筑一层主关键层，以防止采煤工作面压架事故发生。常规的注浆方法是采用巷道工作面预注浆，掘进至含水层或断层破碎带时（预留一定厚度），停止掘进，按设计要求预留止浆岩帽或者施工止浆墙，然后从工作面钻孔注浆，进行堵水或加固后可再恢复井巷施工。但巷道工作面注浆施工注浆段较小，占用巷道工期，空间受限。而工作面上覆风氧化基岩带范围较大，巷道工作面预注浆不适用这种地质状况。 

立井地面预注浆通常在井筒开挖以前，从地面打钻孔对含水和破碎岩层预先进行注浆，地面预注浆可在施工准备期进行，且作业条件好，安全。 

针对采煤工作面上方具有较大面积的上覆风氧化基岩带，并为了充分利用了地面预注浆的优点，在地面就对风氧化带薄基岩进行加固，本发明提出了一种J型水平羽翼分支孔的注浆孔布置方式，结合定向钻孔技术和水平预注浆技术，进行采煤工作面顶板风氧化基岩带的地面预注浆施工。由于螺杆钻具的问世，确保了J型水平羽翼分支孔成孔质量，有效地提高采煤工作面上覆风氧化基岩带地层的预注浆加固效果。当钻孔到达预定孔深之后，沿水平方向进行钻孔，其竖向剖面呈J型，水平向钻孔呈羽翼状分布。这是一种比较新颖的地面预注浆孔布置方式，结合了地面预注浆的优点，有效地提高采煤工作面上覆风氧化基岩带地层的预注浆加固效果。 

本发明采用J型水平羽翼分支孔布孔方式，对采煤工作面上覆风氧化基岩带地层进行地面预注浆，可大幅减少直孔段钻孔量，并且注浆压力高，浆液扩散距离远，有效提高采煤工作面上覆风氧化基岩带地层预注浆加固效果。 

另外，随着矿井开发深度的不断增大，地质条件复杂，断层、破碎带等软弱复杂地层对深井连接硐室群和运输大巷围岩稳定性和支护体系的安全威胁越发严重，为了改善围岩力学特性，采用J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法对井底车场大断面巷道，如马头门及其相关硐室群、中央水泵房、中央变电所和交叉点三角带处软弱破碎围岩进行地面预注浆加固，可确保深井连接硐室群和运输大巷施工安全。 

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供了一种J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，以提高采煤工作面上覆风氧化基岩带预注浆加固效果、提高采煤工作的安全可靠性。 

本发明实施前，首先对采煤工作面上覆风氧化基岩带地层进行取样，测试各层岩样的物理力学参数，主要包括：孔隙率、含水率、密度、抗压和抗拉强度等，以便确定注浆参数和注浆材料。本发明实施后，在采煤工作面回风顺槽8、胶带 机顺槽10和切眼处，向上钻取岩芯，测试注浆后岩石物理力学性能，评价采煤工作面9上覆风氧化基岩带地层注浆效果及其稳定性。 

本发明J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，包括以下步骤： 

步骤1：首先，依据需加固软弱采煤工作面上覆风氧化基岩带位置和面积大小，确定J型主注浆孔的位置、数量及其相邻主注浆的孔间距；所述J型主注浆孔开孔位置和钻孔起平点的距离L取200～300m，数量2～3个、间距a一般为20～30m； 

步骤2：其次，在地表处钻探J型主注浆孔，该J型主注浆孔包括直孔段、造斜段和水平段； 

步骤3：根据水平注浆段长度，在每个J型主注浆孔的两侧设置2～4个羽翼分支孔； 

步骤4：对J型水平羽翼分支孔采用前进式注浆方式进行注浆。 

本发明J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法的特点也在于： 

所述步骤1中，所述J型主注浆孔开孔位置和钻孔起平点的距离L为200～300m，数量2～3个、间距a一般为20～30m。 

所述步骤1中，每两个相邻的羽翼分支孔的间距c为40m左右。 

所述步骤4中，J型主注浆孔的直孔段（3）和造斜段（4）下套管并固井结束后，施工30m水平钻孔作为裸孔注浆水平段（5），并在J型主注浆孔的造斜段（4）底部安装止浆塞，进行地面预注浆，达到注浆设计要求后，取出造斜段（4）底部止浆塞，对前述30m裸孔注浆段水平钻孔进行扫孔，再向前施工30m水平钻孔作为裸孔注浆段，并在前述造斜段底部安装止浆塞，进行地面预注浆，如此反复，直到整个需注浆区域达到预定的要求。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

本发明的J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，利用定向钻孔技术，结合地面预注浆的优点对水平向的风化基岩带进行预注浆，解决了巷道工作面预注浆注浆段较小，占用巷道工期，空间受限的问题。 

本发明还可用于井底车场大断面巷道，如马头门及其相关硐室群、中央水泵房、中央变电所和交叉点三角带处软弱破碎围岩地面预注浆加固。 

本发明的J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，具有可有效地提高采煤工作面上覆风氧化基岩带地层的预注浆加固效果、防止采煤工作面压架等事故发生、提高采煤工作的安全可靠性等优点。 

附图说明

图1为J型水平羽翼分支孔的主注浆孔的竖向剖面示意图； 

图2为J型水平羽翼分支孔的主注浆孔的平面布置示意图； 

图3为具体实施方式竖向剖面示意图； 

图4为具体实施方式平面布置示意图； 

图中标号说明如下： 

1第一主注浆孔，2第二主注浆孔，3直孔段，4造斜段，5水平段，6地表，7风化基岩段，8回风顺槽，9工作面，10胶带机顺槽。 

图中标记含义如下： 

a—相邻主注浆孔的间距，b—风氧化基岩带宽度，c—羽翼分支孔间距，d—分支孔的轴向长度，h—注浆孔直孔深度，s—风氧化带基岩长度，L—主注浆孔（1，2）开孔位置和钻孔起平点的距离 

具体实施方式

针对某矿某一采区，采用J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法，参见附图1～图2，其包括以下步骤： 

1、首先，依据需加固软弱采煤工作面上覆风氧化基岩带位置和面积b′s，确定J型主注浆孔位置、数量及相邻主注浆孔间距；所述J型主注浆孔开孔位置和钻孔起平点的距离L为240m，数量2个、间距a为30m 

2、在地表6处钻探J型主注浆孔，该J型主注浆孔包括直孔段200m、造斜段240m和水平段200m；如图3所示，J型主注浆孔包括第一主注浆孔1和第二主注浆孔2，利用定向钻进技术进行施工，水平孔位于需注浆区域； 

步骤3：根据水平注浆段长度，在每个J型主注浆孔的周围设置3个羽翼分支孔；如图3所示，每两个相邻的羽翼分支孔之间的间隔c为40m； 

步骤4：对J型水平羽翼分支孔采用前进式注浆方式进行注浆。注浆材料和 参数依据岩石物理力学性质确定。这里采用单液水泥浆，水灰比1:1。J型主注浆孔的直孔段3和造斜段4下套管并固井结束后，施工30m水平钻孔作为裸孔注浆水平段5，并在J型主注浆孔的造斜段4底部安装止浆塞，进行地面预注浆，达到注浆设计要求后，取出造斜段4底部止浆塞，对前述30m裸孔注浆段水平钻孔进行扫孔，再向前施工30m水平钻孔作为裸孔注浆段，并在前述造斜段底部安装止浆塞，进行地面预注浆，如此反复，直到整个需注浆区域达到预定的要求。 

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。