一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水方法

摘要

本发明公开了一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水的方法，其是：在地面设置一字形注浆钻孔，钻孔间距30m；钻孔分上下两段，全孔无岩芯钻进；上段钻孔内安装套管；下段为注浆管，终孔深度至煤层顶板基岩内；注浆方式采用跳孔间隔，下行前进式注浆方式注浆，间歇透孔，多次灌注；注浆终孔压力达到注浆结束标准后，封孔，注浆结束。本发明的技术方案安全可靠，技术成果通用性强，将砾石含水层改造成隔水层或弱含水层。

权利要求

1.一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、参数的确定：注浆钻孔布置形式、范围与间距；钻孔参数的确定；注浆段高度的确定；注浆方式的确定；注浆终孔压力的确定；单孔注浆结束的标准；

步骤二、注浆钻孔布置形式、范围与间距：在地面上设置注浆钻孔，注浆钻孔布置采用一字形布置，范围从工作面外推50±2m；注浆钻孔按间距30m设置，灌浆最大扩散半径大于

15m；钻孔数量设置根据瞬变电磁勘探查出的工作面煤层顶板含水层富水异常区面积确定；

步骤三、钻孔参数的确定：钻孔分上下两段，全孔无岩芯钻进；上段钻孔内安装套管，为非注浆管；下段为注浆管，注浆管直径小于套管直径，套管深入砾石含水层，终孔深度至煤层顶板基岩内；

上段钻孔直径 套管直径 注浆段钻孔直径

步骤四、注浆段高度的确定：依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》导水裂隙带高度Hli和保护层厚度Hb的计算公式计算、求和确定；

步骤五、注浆方式的确定：采用跳孔间隔，即相邻的钻孔不同时注浆；下行前进式注浆方式注浆，间歇透孔，多次灌注，循环进行；

步骤六、注浆终孔压力的确定：孔口注浆压力不小于2.5MPa，吸浆量小于35L/min，并持续30min以上；

步骤七、单孔注浆结束的标准：标准1、注浆终孔压力不小于含水层静水压力的1.5倍；

标准2、注浆结束时的进浆量小于35L/min；标准3、孔口注浆压力不小于2.5MPa，并持续

30min以上；上述3种标准中选择任意一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：导水裂隙带高度Hli按照公式(1)、(2)分别计算，取数值较大者：注浆改造高度H注＝Hli+Hb；

其中，Hb＝6A，A＝∑M/n；∑M为累计采厚，取3m；n为分层层数，取1。

说明书

一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水方法

技术领域

[0001] 本发明涉及采煤工作面顶板富水砾石层注浆施工技术领域，具体涉及到一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水的方法。

背景技术

[0002] 华北型煤田的部分矿区煤层顶板基岩较薄，基岩上为砂、砂砾石、砂卵石及半固结的砂砾岩和泥灰岩，其上覆第四系、新近系厚松散层孔隙水。因井田基岩层(厚度4～40m，平均9m)不同程度地遭受风化，裂隙发育，隔水性差，工作面开采后顶板冒落裂隙带的存在，将使其完全失去隔水作用。若不采取合理有效的维护措施，不仅降低回采效率，无法保证支架初撑力，而且很容易发生工作面顶板冒落、松散层水溃入矿井事故。

[0003] 为解决这一问题，目前采用的方法主要有注浆加固提高松散岩体的整体性和受力性能。但由于构成地层的岩石成分差异大，顶板含水层一般分布范围较广，且含水状态变化较大，采用顶板注浆的方法成本高、效果差。国内外学者针对工作面顶板含水层的注浆加固研究较少，目前的注浆加固方法在施工中往往达不到预期的要求和进度目标，一般钻孔较浅，且钻孔密集，孔间距只有1-2m，施工工艺繁琐。对采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水，保持顶板的整体性，目前国内还没有成熟的技术。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水方法，通过该方法的实施，实现加固强度适宜，避免出现注浆盲区，保证隔水层加固效果，使煤层工作面顶板隔水层彻底解决顶板漏水、渗水问题。

[0005] 为了实现发明目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤一、参数的确定：注浆钻孔布置形式、范围与间距；钻孔参数的确定；注浆段高度的确定；注浆方式的确定；注浆终孔压力的确定；单孔注浆结束的标准；

[0008] 步骤二、注浆钻孔布置形式、范围与间距：在地面上设置注浆钻孔，注浆钻孔布置采用一字形布置，范围从工作面外推50±2m；注浆钻孔按间距30m设置，灌浆最大扩散半径大于15m；钻孔数量设置根据瞬变电磁勘探查出的工作面煤层顶板含水层富水异常区面积确定；

[0009] 步骤三、钻孔参数的确定：钻孔分上下两段，全孔无岩芯钻进；上段钻孔内安装套管，为非注浆管；下段为注浆管，注浆管直径小于套管直径，套管深入砾石含水层，终孔深度至煤层顶板基岩内；

[0010] 步骤四、注浆段高度的确定：依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》导水裂隙带高度Hli和保护层厚度Hb的计算公式计算、求和确定；

[0011] 步骤五、注浆方式的确定：采用跳孔间隔，即相邻的钻孔不同时注浆，例如采用钻孔1、3、5…同时注浆，或钻孔2、4、6…同时注浆；下行前进式注浆方式注浆，间歇透孔，多次灌注，循环进行，即当注浆口压力达到终孔压力时停止注浆，进行透孔，然后再次注浆；

[0012] 步骤六、注浆终孔压力的确定：孔口注浆压力不小于2.5MPa，吸浆量小于35L/min，并持续30min以上；

[0013] 步骤七、单孔注浆结束的标准：注浆终孔压力不小于含水层静水压力的1.5倍；注浆结束时的进浆量小于35L/min；孔口注浆压力不小于2.5MPa，并持续30min以上；上述三种方法中选择任意一种或者多种。

[0014] 进一步地：上段钻孔直径 套管直径 注浆段钻孔直径

[0015] 进一步地：导水裂隙带高度Hli按照公式(1)、(2)分别计算，取数值较大者：

[0016]

[0017]

[0018] 注浆改造高度H注＝Hli+Hb；

[0019] 其中，Hb＝6A，A＝∑M/n；∑M为累计采厚，取3m；n为分层层数，取1。

[0020] 本发明的有益效果为：

[0021] 本发明公开了一种采煤工作面顶板富水砾石层注浆加固隔水的方法，在地面设置一字形注浆钻孔，钻孔间距30m；钻孔分上下两段，全孔无岩芯钻进；上段钻孔内安装套管；下段为注浆管，终孔深度至煤层顶板基岩内；注浆方式采用跳孔间隔，下行前进式注浆方式注浆，间歇透孔，多次灌注；注浆终孔压力达到注浆结束标准后，封孔，注浆结束。注浆钻孔采用一字形排列，范围从工作面外推50±2m，既确保采煤工作面范围内顶板加固隔水效果，又避免工作面范围以外加固强度过高而浪费注浆材料；钻孔分非注浆段(套管)和注浆段，在砾石层注浆加固，依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》导水裂隙带高度Hli和保护层厚度Hb的计算公式计算、求和确定注浆段高度，可精准确定施工工程量，减少了注浆材料的使用量，提高了施工效率，缩短工期；注浆方式采用跳孔间隔，防止了相邻钻孔之间因浆液扩散不均匀而造成漏堵或空洞；下行前进式注浆方式注浆，“钻进→注浆→透孔”的循环进行多次注浆，促进了灌浆扩散半径的扩大，钻孔间距达30m，减少了钻孔施工费用。本发明的技术方案安全可靠有效，技术成果通用性强；本发明可应用于矿区采煤工作面顶板的加固隔水，将砾石含水层改造成隔水层或弱含水层，增强了煤层工作面顶板隔水效果，消除孔隙水对煤层工作面回采的威胁。

附图说明

[0022] 图1为本发明的实施方案，图中标记：1为套管，2为钻孔与套管之间的环隙，3为钻孔，4为注浆管。

具体实施方式

[0023] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0024] 实施例1

[0025] 某煤矿针对瞬变电磁勘探查出的某工作面煤层顶板含水层富水异常区和疑似富水异常区暂布置8个钻孔，呈一字形排列，钻孔间距30m布置。其中钻1、钻2、钻3、钻4是对疑似富水异常区和非富水异常区的检查。各孔位坐标见表1：

[0026] 表1各钻孔的孔位坐标

[0027]孔号 经距 纬距 地面标高(推测)
钻1 38369572.3 3828237.5 190.4
钻2 38369620.2 3828240.3 189.1
钻3 38369693.7 3828243.6 189.6
钻4 38369742.4 3828232.7 193.1
钻5 38369791.2 3828212.8 193.5
钻6 38369840.0 3828210.9 194.1
钻7 38369888.8 3828200.0 195.3
钻8 38369945.5 3828190.4 195.3

[0028] 各钻孔设计参数见表2：

[0029] 表2钻孔设计参数表

[0030]

[0031]

[0032] 工程自2018年5月5日开始，至2019年2月20日结束，历时291天，共施工钻孔8个，总进尺1840.75m，下套管1320m。

[0033] 工程效果：本次工程施工的8个注浆钻孔终孔均达到煤层顶板基岩层位，通过对煤层顶板第四系、新近系底部砾石含水层逐层反复高压注浆改造，终孔注浆结束时，孔口压力均≥2.5MPa，吸浆量均≤35L/min，持续时间均≥30min，钻孔所揭露第四系、新近系底部砾石含水层孔隙得以充填密实，达到了将第四系、新近系底部砾石含水层改造成弱含水层的目的。

[0034] 以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。