一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法技术

本发明专利技术公开了一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其包括如下施工步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法


[0001]本专利技术涉及矿业工程领域，尤其涉及一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法。

技术介绍

[0002]伴随煤矿开采方法不断完善和机械装备水平提高，沿空留巷已成为当前我国深部矿井煤炭开采的科学模式和技术发展的重要方向之一，是实现深部煤层煤与瓦斯共采的重要途径，在我国煤炭行业中得到快速发展并已在多个矿区推广应用且占据突出地位。但是，深部沿空留巷开采模式必然带来采场侧向支承压力范围和峰值显著增大化、采动影响程度剧烈化和矿山压力显现严重化，加之深部煤系地层软岩分布范围广，建设和发展大型集约化矿井使巷道断面尺寸增大，传统沿空留巷围岩控制理论与技术难以甚至根本不能适应新的深部矿井开采生产技术条件和发展对保障深部沿空留巷安全畅通之研究主体——顶板变形破坏与控制的要求，尤其是在复合顶板条件下的沿空留巷，顶板冒顶事故占有相当大比重，严重威胁煤矿安全生产。
[0003]在深部复合顶板条件下沿空留巷现场工程实践中发现，采用高强度支护的复合顶板经过剧烈采动影响后，复合顶板内部在垂直方向和水平方向仍旧裂隙发育、破碎严重，出现大量支护结构松弛失效损毁乃至冒顶等矿压现象。施工现场尝试采用注浆方式对沿空留巷复合顶板的采动裂隙进行补强加固，但由于在采煤工作面开采的不同时间段，沿空留巷顶板采动裂隙的不同区域处于不同的破裂软化阶段，其内部的裂隙发育程度、裂隙分布特征以及裂隙开度等都存在极大的差异，仅凭工程经验采用单一不分区注浆方法的注浆加固效果不佳，导致复合顶板注浆固结体密实度较差而难以形成完整承载结构，不能有效保障沿空留巷复合顶板的整体性、稳定性和安全性，使得一些矿井在应用沿空留巷技术时没有取得预期效果，甚至沿空留巷失败，从而限制了该技术在我国更广泛地推广应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种专门针对沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，旨在提高沿空留巷复合顶板采动裂隙的注浆固结体密实度，确保其复合顶板形成一个完整承载结构，保障留巷顶板的整体性、稳定性和安全性。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其包括如下步骤，第一步，在滞后采场的沿空留巷内进行复合顶板离层观测，确定复合顶板稳定区间段范围；第二步，对沿空留巷复合顶板进行钻孔窥视，判定复合顶板采动裂隙的分布范围和发展方向；第三步，沿空留巷横截面的垂直方向和水平方向，将复合顶板采动裂隙区划分为多个分区；
第四步，判断沿空留巷复合顶板采动裂隙区中各分区的岩体完整程度，确定各分区注浆的参量，计算沿空留巷复合顶板各分区的注浆量；第五步，实施沿空留巷复合顶板的注浆补强加固方案，进行复合顶板注浆施工，完成复合顶板各分区差异化注浆工作。
[0006]进一步地，在滞后采场100~200m范围内的沿空留巷复合顶板布置顶板离层测站，所述顶板离层测站钻孔位于复合顶板中部且垂直布置，沿巷道轴线方向，布置6~17个顶板离层测站，最末端的顶板离层测站距离充填区域5m，各顶板离层测站间距为15m。
[0007]进一步地，当沿空留巷稳定区间段的复合顶板长度达到15m时，在最先进入稳定区间段的复合顶板布置窥视钻孔，同一沿空留巷横截面上所述窥视钻孔布设三个，所述窥视钻孔位于顶板离层测站靠近充填区域一侧且距其水平距离250mm~400mm，靠近充填区域复合顶板的窥视钻孔向采空区倾斜15
°
~30
°
，位于复合顶板中间的窥视钻孔垂直布置，靠近实体煤帮一侧的窥视钻孔向左侧倾斜15
°
~30
°
，钻孔深度为复合顶板厚度的1~2倍，钻孔直径为25~35mm。
[0008]进一步地，根据沿空留巷横截面上复合顶板采动裂隙的分布范围和发展方向，从垂直方向划分，将复合顶板采动裂隙的发育程度从下向上划分为强发育区、中发育区和弱发育区；再从水平方向划分，将复合顶板采动裂隙的发育程度从待采实体煤帮至采空区划分为强发育区、中发育区和弱发育区，所述采动裂隙区可分为九个分区，充填墙体上部由下至上分别设置为I区、II区、III区，沿空留巷上部由下至上分别设置为IV区、V区、VI区，实体煤帮上部由下至上分别设置为VII区、VIII区、IX区。
[0009]进一步地，在沿空留巷每个横截面上布置三个顶板注浆钻孔，I区、II区、III区布置注浆钻孔A，IV区、V区、VI区仅布置注浆钻孔B，VII区、VIII区、IX区仅布置注浆钻孔B，各分区注浆量计算公式为Q
i=
S
i
×
η
×
β单位长度的复合顶板理论注浆量计算公式为，式中：Q
i
—单位长度复合顶板第i区岩体的注浆量，m3；S
i
—复合顶板第i区岩体的横截面积，m3；Q
总
—单位长度的复合顶板注浆量，m3；η—岩体空隙率，%；β—浆液在岩体裂隙内的有效充填系数，单位长度复合顶板各分区的注浆量计算公式为：Q
I、II、III
=Q
钻孔A
=Q
I
+Q
II
+Q
III
Q
IV、V、VI
=Q
钻孔B
=Q
IV
+Q
V
+Q
VI
Q
VII、VIII、IX
=Q
钻孔C
=Q
VII
+Q
VIII
+Q
IX
每个钻孔的注浆时间计算公式为：式中：t
钻孔i
—钻孔注浆时间，m3；v—注浆速度，m3/s。
[0010]进一步地，所述注浆钻孔A、注浆钻孔B、注浆钻孔C同一沿空留巷横截面各设置一个，安装注浆钻孔的横截面均匀分布于稳定区相邻两个顶板离层测站之间，所述注浆钻孔A底部孔口距离充填墙体100~300mm，朝向采空区一侧倾斜20
°
设置；所述钻孔B位于顶板中部，垂直布置；所述注浆钻孔C底部孔口距离实体煤帮100~300mm，朝向实体煤帮一侧倾斜20
°
设置，所述注浆钻孔A、注浆钻孔B、注浆钻孔C钻孔直径均为22~32mm，钻孔长度L=复合顶板厚度h+500mm。
[0011]进一步地，所述沿空留巷复合顶板的注浆补强加固方案为，在所述注浆钻孔A、注浆钻孔B、注浆钻孔C内均安装中空注浆锚索，并且喷浆封闭沿空留巷围岩。
[0012]进一步地，每完成沿空留巷复合顶板15m稳定区间段的注浆，即为一个注浆周期，当沿空留巷复合顶板稳定区间段再次达到15m时，即可开始下一阶段的注浆工作。
[0013]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）通过沿空留巷复合顶板钻孔窥视，及时掌握沿空留巷复合顶板稳定区间段的采动裂隙发育状态和发育方向，从垂直方向和水平方向，将复合顶板采动裂隙划分为9个分区，并精确计算出单位长度复合顶板每个分区的注浆量以及整个顶板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其特征在于，包括如下步骤，第一步，在滞后采场（7）的沿空留巷（2）内进行复合顶板（9）离层观测，确定复合顶板（9）稳定区间段范围；第二步，对沿空留巷复合顶板（9）进行钻孔窥视，判定复合顶板（9）采动裂隙的分布范围和发展方向；第三步，沿空留巷横截面的垂直方向和水平方向，将复合顶板（9）采动裂隙区划分为多个分区；第四步，判断沿空留巷复合顶板（9）采动裂隙区中各分区的岩体完整程度，确定各分区注浆的参量，计算沿空留巷复合顶板（9）各分区的注浆量；第五步，实施沿空留巷复合顶板（9）的补强加固方案，进行复合顶板（9）注浆施工，完成顶板（9）各分区差异化注浆工作。2.根据权利要求1所述的一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其特征在于，在滞后采场（7）100
‑
200m范围内的沿空留巷复合顶板（9）布置顶板离层测站（8），所述顶板离层测站（8）钻孔位于复合顶板（9）中部且垂直布置，沿巷道轴线方向，布置6~17个顶板离层测站（8），最末端的顶板离层测站（8）距离充填区域（5）5m，各顶板离层测站（8）间距为15m。3.权利要求2所述的一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其特征在于：当沿空留巷（2）稳定区间段的复合顶板（9）长度达到15m时，在最先进入稳定区间段的复合顶板（9）布置窥视钻孔（11），所述窥视钻孔（11）位于顶板离层测站（8）靠近充填区域一侧且距其水平距离250mm~400mm，同一沿空留巷横截面上所述窥视钻孔（11）布设三个，靠近充填区域（5）复合顶板（9）的窥视钻孔（11）向采空区（4）倾斜15
°
~30
°
，位于复合顶板（9）中间的窥视钻孔（11）垂直布置，靠近实体煤帮（1）一侧的窥视钻孔（11）向左侧倾斜15
°
~30
°
，钻孔深度为复合顶板（9）厚度的1~2倍，钻孔直径为25~35mm。4.权利要求3所述的一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其特征在于，根据沿空留巷（2）横截面上复合顶板采动裂隙的分布范围和发展方向，从垂直方向划分，将复合顶板采动裂隙的发育程度从下向上划分为强发育区、中发育区和弱发育区；再从水平方向划分，将复合顶板采动裂隙的发育程度从待采实体煤帮（1）至采空区（4）划分为强发育区、中发育区和弱发育区，所述采动裂隙区可分为九个分区，充填墙体（3）上部由下至上分别设置为I区（151）、II区（152）、III区（153），沿空留巷（2）上部由下至上分别设置为IV区（154）、V区（155）、VI区（156），实体煤帮（1）上部由下至上分别设置为VII区（157）、VIII区（158）、IX区（159）。5.根据权利要求4所述的一种沿空留巷复合顶板采动裂隙分区差异化注浆施工方法，其特征在于：在沿空留巷（2）每个横截面上布置三个顶板注浆钻孔，I区、II区、III...

【专利技术属性】
技术研发人员：武精科，董云，陈亚东，张继华，张春雷，陈家瑞，杨玉顺，孙华圣，殷伟，沈威，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：