一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法

摘要

本发明公开了一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法，包括：确定构造赋存状态、制定过构造技术方案、确定超前加固范围、选择加固材料、超前支承压力影响范围外浅孔注浆加固和深孔注浆加固、超前支承压力影响范围内浅孔注浆加固和深孔注浆加固。本发明通过超前工作面一定距离，利用工作面上、下顺槽或钻场对需加固区域精准施工钻孔，通过专用设备注入无机加固充填材料，对影响工作面生产的构造破碎带煤(岩)体超前固化，提高煤(岩)体的完整性和承载强度。本发明解决了综采工作面过构造破碎带易发生片帮、冒顶、陷底、倒架歪架等问题，降低高风险作业，降低职工劳动强度，保证了工作面过构造破碎带期间生产安全稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿生产技术领域，具体涉及一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法。

背景技术

煤矿开采一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，为井工煤矿。

煤矿开采过程中，很多综采工作面必须硬过断层、褶曲、陷落柱等地质构造破碎带，若治理不到位，过构造破碎带期间工作面极易发生片帮、冒顶事故，甚至导致工作歪架、倒架，轻则影响工作面推进度，降低产量，重则造成瓦斯超限、采空区着火、人身伤亡事故。

传统的处理方法包括被动处理，即工作面过构造破碎带期间采用降低采高、软煤注水、铺网、带压擦顶移架、增设临时支护、人工超前使棚等措施，但是职工劳动强度大，施工安全风险高，严重影响安全生产，且往往达不到预期效果。还包括边生产边治理，即工作面临近或揭露构造破碎带时，在工作面内向煤壁或顶板施工浅孔，注入化学浆，但化学浆成本高，扩散半径小，注浆占用生产时间长，并易产生着火隐患。

发明内容

为了克服上述传统处理方法劳动强度差、安全风险高、并且效率和质量较差，并且传统的注入化学浆工艺具有较大安全隐患，并且生产时间长的技术问题，本发明的目的在于提供一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法，用以解决煤矿综采工作面过构造破碎带期间现有治理方法难以改变构造破碎带煤岩体自身强度，不能从根本上解决现场安全生产问题，本发明对确定构造破碎带赋存状态、制定过构造破碎带技术方案、确定加固区域、选择加固材料、明确加固方法等方面作了具体说明，采用本发明能很好解决综采工作面过构造破碎带问题，实现工作面安全高效回采。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法，包括以下步骤：

步骤一：分析并确定工作面内构造赋存状态，利用地面高密度三维地震、精细解释、井下坑透和槽波的物探成果资料结合井下工程实揭资料综合分析工作面内构造赋存状态，并绘制综采工作面倾向和走向网格式地质剖面图；

步骤二：依据步骤一绘制的网格式地质剖面、煤层顶板岩性、煤层底板岩性和历史生产经验，制定过构造技术方案；

步骤三：在过构造技术方案基础上，根据构造影响范围确定加固平面、层面范围；

步骤四：选择加固材料，加固材料选用具有超细、速凝、流动性强、黏合度高和强度大的无机加固封堵材料；

步骤五：在步骤三的加固范围和步骤四的加固材料基础上，设计注浆工艺、施工注浆钻孔、下管护孔和严密封孔，并确定注浆时机，在注浆时机范围内注入步骤四中的加固材料。

作为本发明进一步的方案：所述网格式地质剖面图包括若干个平行工作面和若干个垂直工作面，若干个平行工作面之间的间隔为9-12m，若干个垂直工作面之间的间隔为25-35m。

作为本发明进一步的方案：过构造技术方案包括工作面回采层位、挑顶幅度、刹底幅度和起始位置。

作为本发明进一步的方案：加固范围包括易发生片帮、冒顶和陷底事故的松散煤体和松散岩体，松散煤体和松散岩体的形成因素包括煤层赋存状态变化、工作面支架变坡回采、托顶煤和丢底煤回采。

作为本发明进一步的方案：注浆时机采用综采工作面回采支承压力影响范围外注浆，支承压力影响范围外注浆在工作面回采前实施或超前工作面200米之外实施。

作为本发明进一步的方案：注浆时机采用综采工作面回采支承压力影响区注浆，该注浆方法中的注浆孔提前施工，并距回采工作面30-50m时注浆，并加固区煤岩体裂隙相对发育，以提高可注性，并增大注浆扩散半径，提高注浆量。

作为本发明进一步的方案：注浆工艺包括浅孔注浆工艺和深孔注浆工艺；

浅孔注浆工艺包括双排布置和三排布置，双排布置和三排布置的孔深均为5-8m，孔径为38-45mm，间排距根据浆液扩散半经确定，注浆孔全程下4分注浆导流铁管，并采用专用封孔器封孔，注浆压力为3-5MPa；

深孔注浆工艺中的注浆孔与过构造破碎带的间距为3-5m，且注浆孔的孔径为75mm、94mm和113mm中的任一种，注浆孔的孔口端封孔处理，封孔深度为10-20m，并且孔口端采用囊袋"两堵一注"带压封孔，注浆压力为10-15MPa。

作为本发明进一步的方案：所述加固材料采用JD-WJF-1型无机加固封堵材料，且加固材料的水灰比为0.3-0.4：1。

本发明的有益效果：

相较于现有技术，本发明公开了对综采工作面回采区域构造破碎带分析探查及网络式地质剖面绘制方法，采用本办法可准确掌握构造区赋存状态。同时提前了综采工作面过构造破碎带回采技术方案制定方法，确保综采工作面精准回采，特别是针对需加固煤岩体的范围可做到精准控制，避免盲目加固影响效果及造成浪费；

同时本发明改变了综采工作面过构造破碎带传统治理方法，采用超前钻孔、护孔、封孔、注无机加固材料治理方法，提高构造破碎带煤岩体自身强度，可保证综采工作面过构造破碎带期间正常推进，避免片帮、冒顶、瓦斯、采空区着火及人身事故发生。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的治理方法实施步骤图；

图2为工作面地质剖面图；

图3为工作面过断层走向剖面图；

图4为工作面过断层倾向剖面图；

图5为底板岩巷探断层钻孔平面示意图；

图6为底板岩巷探断层钻孔剖面示意图；

图7为工作面断层探查顺层孔平面示意图；

图8为工作面断层探查顺层孔剖面示意图；

图9为工作面过断层深孔加固钻孔布置平面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9所示，一种综采工作面过构造破碎带超前注浆加固治理方法，包括以下步骤：

步骤一：分析并确定工作面内构造赋存状态，并绘制综采工作面倾向和走向的网格式地质剖面图；

步骤二：在网格式地质剖面图基础上，制订过构造技术方案；

步骤三：在过构造技术方案基础上，根据构造影响范围确定加固范围；

步骤四：选择加固材料；

步骤五：在步骤三的加固范围和步骤四的加固材料基础上，设计注浆工艺、施工注浆钻孔、下管护孔和严密封孔，并确定注浆时机，在注浆时机范围内注入步骤四中的加固材料。

本发明还包括以下实施例：

实施例1

确定构造赋存状态：利用物探成果资料结合井下工程实揭资料综合分析工作面内工作面构造赋存状态，绘制工作面倾向和走向网格式地质剖面图，得图2-图4；

依据构造赋存状态，煤层顶板岩性、煤层底板岩性及历史生产经验等，矿技术、地测等部门联合制定工作面过构造技术方案，明确过构造期间回采层位，挑顶、刹底幅度及起始位置；

依据已制定的过构造技术方案，确定加固范围，对过构造期间因煤层赋存状态变化、工作面支架变坡回采、托顶煤、丢底煤回采等易发生片帮、冒顶、陷底事故的松散破碎煤体和岩体全部实施注浆加固，通过注浆，浆液以充填、渗透和劈裂方式进入煤岩体缝隙，使松散破碎煤岩体胶结成整体，改善其物理力学性质，提高围岩的整体稳定性和自身承载强度；

选择具有超细、速凝、流动性强、黏合度高、强度大特点的JD-WJF-1型无机加固封堵材料作为加固材料；

综采工作面回采支承压力影响范围外注浆作为加固时机，在超前工作面200米之外实施，对工作面生产影响小，注浆施工时间宽裕；

注浆工艺选用浅孔注浆工艺，注浆钻孔在工作面上下顺槽内布孔，注浆钻孔采用双排呈三花布置，注浆钻孔孔径为42mm，孔深为7m，采用锚杆钻机成孔，全程下4分注浆导流铁管，采用FKSJ-38/6专用封孔器封孔，注浆材料采用JD-WJF-1型无机加固充填材料，水灰比0.35:1，采用风动注浆泵注浆泵注浆，注浆压力4.3Mpa。

实施例2

确定构造赋存状态：利用物探成果资料结合井下工程实揭资料综合分析工作面内工作面构造赋存状态，绘制工作面倾向和走向网格式地质剖面图，得图2-图4，并实施井下探查，进一步摸清构造赋存状态，得图5-图8；

依据构造赋存状态，煤层顶板岩性、煤层底板岩性及历史生产经验等，矿技术、地测等部门联合制定工作面过构造技术方案，明确过构造期间回采层位，挑顶、刹底幅度及起始位置；

依据已制定的过构造技术方案，确定加固范围，对过构造期间因煤层赋存状态变化、工作面支架变坡回采、托顶煤、丢底煤回采等易发生片帮、冒顶、陷底事故的松散破碎煤体和岩体全部实施注浆加固，通过注浆，浆液以充填、渗透和劈裂方式进入煤岩体缝隙，使松散破碎煤岩体胶结成整体，改善其物理力学性质，提高围岩的整体稳定性和自身承载强度；

选择具有超细、速凝、流动性强、黏合度高、强度大特点的JD-WJF-1型无机加固封堵材料作为加固材料；

综采工作面回采选用支承压力影响区注浆作为加固时机，注浆孔提前施工，并且距回采工作面45米时注浆，并加固区煤岩体裂隙相对发育，以提高可注性，增大注浆扩散半径，增加注浆量；

注浆工艺选用深孔注浆工艺，浆钻孔在工作面如图9所示在钻场内布孔，钻孔间排距、深度根据加固范围和浆液扩散半径确定，终孔位置超过构造破碎带4.2m，钻孔直径为94mm，采用坑道液压钻机成孔，钻孔全程下直径32mmPE筛管护孔，孔口端采用囊袋“两堵一注”带压封孔，封孔深度14m，浆材料采用JD-WJF-1型无机加固充填材料，水灰比0.38:1，采用BYSB80注浆泵注浆，注浆压力13Mpa。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。