[发明专利]大采高工作面过特殊地质的深孔预注浆加固顶板方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体是一种大采高工作面过特殊地质的深孔预注浆加固顶板方法。 

背景技术

大采高工作面由于采高较大、煤质较软，造成大采高工作面矿压显现明显，容易诱发冒顶事故。特别是遇到陷落柱、断层、软煤区等特殊地质条件，由于这些特殊地质区域内岩体破碎，造成煤帮片帮长度基本在2.5米以上，更加容易引起冒顶事故的发生，严重影响矿井的安全生产。为了减少过特殊地质构造时煤帮的片帮长度，提高煤帮得承载能力，目前很多矿井都逐步加强了对注浆加固技术的研究。 

在已有的研究成果中，大采高工作面煤帮加固主要有两种方法：打锚杆加固和注浆加固两种技术。其中，由于煤帮注浆加固技术控制效果好，见效快、施工安全、能够不影响生产而备受关注。注浆加固技术根据注浆材料可以分为水泥注浆和高分子材料注浆；根据注浆深度可以分为深部注浆和浅部注浆。目前，大多数矿井采用水泥浆单液浅和高分子双液浅部注浆技术。但是由于水泥浆液扩散半径较小、初凝时间长、注浆效果较差和高分子材料价格昂贵，每吨价格大约在30000元以上及浅部注浆对生产影响严重，不能提供大采高工作面生产效率，所以不能够在大采高工作面推广使用。 

发明内容

本发明的目的是为了防止大采高工作面因特殊地质条件容易发生顶板局部冒落，造成人员、设备等事故灾害；同时，也为了解决现有的水泥浆液超前加固特殊地质效果不好、高分子浅部注浆成本昂贵等问题，而提供一种大采高工作面过特殊地质的深孔预注浆加固顶板方法。本发明方法可超前加固特殊地质构造内的破碎煤体，并能够有效提高破碎煤体的承载能力，从而防止大采高工作面过特殊地质构造时发生局部冒顶，从而保证矿井的安全生产。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种大采高工作面过特殊地质的深孔预注浆加固顶板方法，包括如下步骤：

1）确定特殊地质在大采高工作面内的影响范围，然后在巷帮上由上至下依次布置三排钻孔：第一、二、三排钻孔；相邻两排钻孔的间距为0.6m，第一排钻孔距巷道顶板的距离为0.6m；每排钻孔的孔距为3.0m，每排钻孔的钻孔数量要保证能将特殊地质覆盖在内；相邻的两排钻孔呈交叉状布置，即：第二排的各钻孔位置位于第一排各钻孔之间、第三排的各钻孔位置位于第二排各钻孔之间；第一排钻孔中，奇数钻孔的向上倾角为44°、孔深不小于8m，偶数钻孔的向上倾角为20°、孔深不小于16m；第二排钻孔中，奇数钻孔的向上倾角为15°、孔深不小于24m，偶数钻孔的向上倾角为11°、孔深不小于32m；第三排钻孔中，奇数钻孔的向上倾角为10°、孔深不小于40m，偶数钻孔的倾角为8°、孔深不小于48m；每排钻孔的孔深都达到了回采面顶部以上5m的区域内，形成了梅花状进行加固。

2）每个钻孔开孔后，在孔口下入φ108套管并用浆液固结，然后使用注浆塞进行封孔；钻孔时，将注浆塞取出，然后进行钻孔，每钻进5m注浆一次，注浆完毕后用注浆塞封孔，待浆液初凝后取出注浆塞扫孔并继续钻进下一段次；施工过程中遵循进尺5m一个小循环，待浆液凝固后扫孔继续钻进直至达到设计深度结束，即：钻进5.0m→注浆→扫孔5.0m→钻进10m→注浆→扫孔10m→钻进15m→注浆→扫孔15m→钻进20m→注浆→扫孔20m，以此类推直到达到设计深度结束，施工完一个钻孔后按照上述工艺继续对第二个钻孔进行施工；其中，所述的浆液是由水、525水泥、XPM纳米灌注剂三者按质量比为1:1:0.1～0.3配制而成，注浆终压为2-5Mpa。每段注浆后一般4-7小时后即可扫孔钻进下一段，然后进行重复注浆。注浆前如吸水量小，可延长压水时间，将裂隙中泥沙冲洗干净。在注浆过程中，要及时观测和记录注浆压力，泵量变化情况，发现跑浆立即停泵。 

本发明中的各钻孔的角度、终孔位置等参数是通过大量的理论分析计算和工程实践而优选出的。该种布孔方式起到了多点、多面的有效距离加固。 

钻进方法采用清水钻进，如钻孔发生塌孔、卡钻等异常现象，应立即停止钻进，迅速提出钻杆、钻具，关闭孔口阀门，并准备注浆。 

本发明注浆以水泥液浆为主、XPM纳米灌注剂为辅，在注浆前先要进行冲孔、洗孔，然后接上注浆管路注浆。其中，XPM纳米灌注剂在水中不分解、不离析、不收缩、5s凝结，减水率为37%，结石强度高，抗压强度可提高200%—300%，且无毒、无害、无污染。