【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到矿业工程的沿空留巷注浆加固，具体涉及到一种煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法。
技术介绍
1、在矿业工程中，沿空留巷的稳定性对整个矿区的安全至关重要。在实施沿空留巷的前期可能出现较大的顶板下沉，因此为了确保巷道的稳定，通常采用注浆加固改性增强顶板煤岩体强度、高强度高预应力锚索强化顶板结构、增加护煤帮处的支护长度等治理方法。然而对于注浆加固技术而言，由于地下岩层的复杂性，顶板下沉以及裂隙发育所导致水泥浆流入采空区等因素的影响，不仅降低了注浆的效果，还影响了巷道的稳定性，甚至可能引发地面的沉降或塌陷。
2、现有注浆监测技术包括地质雷达、分布式光纤应变测量技术等方法，但这些技术往往受限于地质条件、设备精度和操作复杂性。例如，地质雷达的监测深度和精度可能受到地质条件的限制，分布式光纤应变测量技术可能存在安装繁琐、受人为因素干扰和依靠连续供电等问题。
3、针对这一问题，本专利技术提出了一种煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，该方法的核心是提出了一种结合压力监测、流速监测、低频电磁波探测、超声波探测以及现场钻孔排浆监测的综合系统，通过多重监控手段实时判断注浆过程中的流动情况，全面监控注浆过程,并配合调配不同粒径尺寸的水泥浆进行分阶段式注浆的方法，精准控制注浆量，保证裂隙的完全填充，避免水泥浆无效流失。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提供一种使用方便，维护简单，零污染，高效率以及强稳定性的注浆加固及精准控制注浆量的
2、本专利技术提出了一种煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法。该技术能够在不改变巷道整体结构的前提下，充分利用地下空间，通过将压力监测、流速监测、低频电磁波探测、超声波探测以及现场钻孔排浆监测相结合，实现对注浆过程的实时监测，并配合分阶段、分粒径的注浆方法达到注浆量的精准控制。该方法通过注浆过程中的物理变化来监测，达到了对环境的零污染，同时将监测设备的使用损耗降到了最低，在最大程度上降低了成本。
3、为实现上述目的，本专利技术将采用如下的技术方案：
4、(1)在注浆工作开始前，将压力监测设备安装在注浆泵的出口，用于实时监测注浆过程中的压力变化。在注浆过程中，水泥浆进入封闭裂隙时，压力会逐渐上升并趋于稳定，如果压力突然下降或无法保持平衡，则证明注浆过程中发生了跑浆的现象，注浆材料流入采空区。将多普勒法超声波流速计安装在注浆管道的外侧，该设备基于多普勒效应工作，当超声波遇到流体中的颗粒或气泡时，频率发生变化，变化量与流速成正比。结合压力数据、流速数据可以帮助判断注浆过程中的流体分布情况，避免水泥浆无效流失。
5、(2)在顶板中部沿垂直方向和在顶板靠近采空区侧沿倾斜方向间隔一定距离设置注浆钻孔，通过监测实时观察相邻注浆孔是否出现排浆来判断水泥浆的扩散情况。如果相邻钻孔中出现排浆现象且排浆量高于设定值时，表明水泥浆已接近采空区，此时应暂停注浆，等待一段时间后重启注浆。此监测方法作为注浆效果的辅助检测手段，与其他监测设备结合使用，提供更准确的判断。
6、(3)将超声波接发器安装在沿空留巷顶板的中部，使得超声波垂直于岩层发射便于接收反射信号，通过超声波的发射与接收，判断巷道顶板中部离层区是否被水泥浆完全填充。具体来说，当超声波发射信号进入裂隙区域后，反射波的强度可以反映裂隙的填充情况，如果接收到的反射信号强烈，说明裂隙中还有较大的孔隙尚未被水泥浆填满，空气依然存在。如果接收到的反射信号减弱并且趋于稳定，说明水泥浆已经逐渐填充裂隙，孔隙减少。
7、(4)在水泥浆中按一定比例混入碳黑，使浆液具有良好的导电性。采用水泥浆将顶板靠近采空区一侧上部的直角处喷涂形成弧形区域,利用耦合剂将圆弧式低频电磁波探测器和顶板岩层以及喷浆弧形区进行耦合接触，圆弧式低频电磁波探测器用于发射和接收电磁波信号。对顶板靠近采空区侧进行注浆，利用低频电磁波的穿透性，穿透顶板结构，实现实时探测浆液的空间扩展情况。通过各个设备的协同工作，系统可以在注浆过程中提供全面的监测，确保水泥浆的有效填充，同时避免水泥浆流入采空区等无效区域。
8、(5)在启动注浆阶段，为了初步填充较大的裂隙和空隙，建立基础的支撑力并逐渐增加压力，选用微米级水泥浆，其水泥含量为400kg/m3-450kg/m3，水灰比为0.7-0.8，添加1％-2％的碱水剂，用于增强浆液流动性。控制流速在0.18m/s-0.36m/s，以便浆液缓慢填充大裂隙区域，确保初步稳定性。适当监测压力，以便及时调整，防止初期过压导致跑浆。
9、(6)在较大裂隙填充完成后，为了进一步填充中等裂隙，保持稳定的压力，提升填充效果。继续使用微米级水泥浆，其水泥含量为450kg/m3-500kg/m3，水灰比保持在0.6-0.7，添加2％-3％的膨胀剂，保证浆液在固化过程中的密实度。逐步增压，使压力维持在5mpa左右，流速保持0.36m/s左右，以达到中等裂隙的填充效果。
10、通过压力和流速的逐步调控，使浆液渗透到裂隙中。
11、(7)重启注浆后，由于在填充过程中出现跑浆迹象，及时调整浆液以适应微小裂隙，水泥浆选用纳米级与微米级水泥浆的混合，水泥含量为520kg/m3-570kg/m3，水灰比0.3-0.5，流速逐步增加至0.36m/s，添加5％的膨胀剂，确保浆液密封效果。
12、本专利技术与其他注浆监测技术相比，具有以下特点：
13、第一，本专利技术结合多重监测手段，通过压力监测、流速监测、低频电磁波探测、超声波探测和现场钻孔排浆监测提供全面的监控，确保注浆过程高效、精准。
14、第二，本专利技术具有实时监测的高灵敏度。压力探测设备与多普勒法超声波流速计能够实时监测注浆管中水泥浆的压力变化，提供了更为直接和实时的监测手段。同时，该专利技术充分利用超声波探测技术和低频电磁波探测技术，准确捕捉到水泥浆的填充效果和空间分布，提高了注浆的效率。
15、第三，本专利技术具有精准控制、适应性强的特点。通过分阶段、分粒径的水泥浆选择和注浆控制，能够针对不同裂隙大小调整配比，适应性更强。大裂隙采用微米级水泥浆，小裂隙采用纳米级和微米级水泥浆混合，从而实现精准填充。
16、第四，本专利技术具有高密实度、提升支护效果的特点。使用不同粒径水泥浆，可以有效填充裂隙，提高填充后的密实度和结构稳定性，提升沿空留巷的整体支护效果，延长巷道使用寿命。
17、第五，本专利技术能够适配不同温度和地质条件下的注浆作业并且在最大限度上减少对环境的污染。压力监测、流速监测、超声波探测以及低频电磁波探测都属于物理范畴，它们都是利用物理原理来实现监测和探测的目的，不涉及到化学反应，对矿井内环境几乎没有污染。
18、第六，本专利技术具有智能化控制的特点。能够自动处理监测数据并及时做出决策，如自动停止注浆，这减少了人为干预，提高了操作的智能化水平。
19、第七，本专利技术充分利用地下空间。该方法利用地下空间进行注本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是：压力监测设备用于监测注浆过程中浆液的压力变化，当压力下降超过的数值大于1MPa时，系统判断发生跑浆现象，自动触发报警模块并暂停注浆作业，待压力恢复至1MPa-2MPa之间时再重新启动注浆；多普勒法超声波流速计用于监测浆液的流速，当流速超过0.5m/s时，系统判断可能发生跑浆现象或浆液流入采空区，触发系统，暂停注浆并发出警报，待流速恢复至0.18m/s-0.36m/s之间后再恢复注浆作业。
3.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，沿巷道方向间隔8m-12m设置注浆钻孔，顶板靠近采空区侧的钻孔倾角范围为60°-80°，通过钻孔排浆监测浆液扩散至采空区的情况，当监测到相邻钻孔中排浆量超过3升时，暂停注浆作业2-4小时后再重新注浆，以防止浆液过度扩散和材料浪费。
4.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的
5.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，在水泥浆中按1％-5％的比例加入碳黑；通过耦合剂将圆弧式低频电磁波探测器和顶板岩层以及喷涂后的顶板靠近采空区直角处的圆弧形水泥浆进行耦合接触；开始注浆后，低频电磁波探测器发出频率范围在100kHz-500kHz的低频电磁波，将探测器的分辨率设定为5cm-10cm，通过逐点扫描生成空间分布图像，以便在注浆过程中实时观察水泥浆的扩散范围和填充效果。
6.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，启动注浆阶段使用微米级水泥浆，其水泥含量为400-450kg/m3，水灰比为0.7-0.8，并添加1-2％的减水剂，以增强浆液流动性；在较大裂隙填充完成后，继续使用微米级水泥浆，其水泥含量为450-500kg/m3，水灰比为0.6-0.7，添加2-3％的膨胀剂，以保证浆液在固化过程中的密实度；重启注浆后，使用纳米级与微米级水泥浆的混合，其水泥含量为520-570kg/m3，水灰比为0.3-0.5，添加5％的膨胀剂，以确保浆液密封效果。
7.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，系统具备自动控制模块，能够根据压力监测设备、超声波流速计、排浆钻孔、低频电磁波探测器及超声波接发器的数据，自动调节注浆压力、流速，并在浆液完全填充裂隙后自动停止注浆作业，确保浆液填充质量并避免材料浪费。
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是：压力监测设备用于监测注浆过程中浆液的压力变化，当压力下降超过的数值大于1mpa时，系统判断发生跑浆现象，自动触发报警模块并暂停注浆作业，待压力恢复至1mpa-2mpa之间时再重新启动注浆；多普勒法超声波流速计用于监测浆液的流速，当流速超过0.5m/s时，系统判断可能发生跑浆现象或浆液流入采空区，触发系统，暂停注浆并发出警报，待流速恢复至0.18m/s-0.36m/s之间后再恢复注浆作业。
3.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，沿巷道方向间隔8m-12m设置注浆钻孔，顶板靠近采空区侧的钻孔倾角范围为60°-80°，通过钻孔排浆监测浆液扩散至采空区的情况，当监测到相邻钻孔中排浆量超过3升时，暂停注浆作业2-4小时后再重新注浆，以防止浆液过度扩散和材料浪费。
4.根据权利要求1所述的煤矿沿空留巷复用顶板注浆加固及精准控制注浆量的方法，其特征是，超声波接发器安装在沿空留巷顶板中部，实时监测超声波反射信号强度变化；超声波接发器发射40khz-60khz的超声波信号，通过监测反射波强度判断裂隙的填充情况；当反射波强度小于0.2时，表明裂隙已充分填充浆液；当反射波强度高于0.6时，表明裂隙内存在空气或填充不充分，系统需进行进一步...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙运江，许宏帆，吴培林，李兴，左建平，谭越，潘锐，靳思维，翟辰翔，申小龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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