一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法与流程

本发明涉及采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆施工技术领域，具体涉及一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法。

背景技术：

华北型煤田的部分矿区煤层顶板基岩较薄，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。

注浆加固技术是提高松散岩体的整体性和受力性能的有效途径，目前被广泛用于加固采煤工作面底板。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，施工工艺复杂、繁琐。而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。

技术实现要素：

本发明提供了一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，要解决的技术问题是：因松散层下煤层工作面顶板基岩较薄，砾石含水层水通过顶板冒落裂隙带导入工作面的可能性较大，而当前注浆加固方法在施工中往往达不到预期要求的不足。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，其特点在于：包括钻孔和注浆；所述钻孔分成上下两段，上段安装套管，下段钻孔直接作为注浆管，从上而下钻孔直径逐段减小；所述注浆为地面造浆，采用下行前进式注浆方式钻探注浆，采用“钻进-注浆-透孔”的循环方式；注浆结束后封孔。

进一步地，所述注浆结束后封孔是待终孔注浆压力达到注浆结束标准后，用比重不小于1.5的纯水泥浆进行封孔。

进一步地，所述钻孔的方法为全孔无岩芯钻进。

进一步地，上段钻孔采用地面施工钻孔，从地面垂直向下钻孔，孔深达砾石层上2-3m，在钻孔内安装套管，套管与钻孔之间保留3mm的环隙间距，环隙内填充水泥封堵，固定套管；下段钻孔，是从套管终端向下钻孔、注浆，采用下行前进式注浆方式钻探注浆，直至穿过砾石含水层，为终孔深度。

进一步地，所述地面造浆，是由泥浆泵从注浆站沿着注浆管路输送到注浆钻孔，采用下行前进式注浆方式钻探注浆。

进一步地，所述“钻进-注浆-透孔”的循环方式，是每次钻孔注浆待压力达到注浆结束标准后，停注，透孔，再注浆，循环进行。

进一步地，所述纯水泥浆是水泥与水搅拌的混合物。

更进一步地，所述注浆结束标准是下述三种标准中的至少一种：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。

本发明的有益效果体现在：

本发明采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，其是：采用地面施工钻孔，从地面垂直向下钻孔，深达砾石层上2-3m，钻孔内安装套管，套管与钻孔之间的环隙填充水泥固定；从套管终端向下采用下行前进式“钻进→注浆→透孔”循环注浆，终孔深度为基岩层，待终孔注浆压力达到注浆结束标准后，用纯水泥浆封孔，注浆结束。由于采用了分成上下两段的钻孔(上段安装套管，下段钻孔直接作为注浆管)，只在砾石含水层中注浆，充填加固砾石层，减少了注浆材料的使用量；注浆方法采用了下行前进式注浆方式钻探注浆，“钻进→注浆→透孔”的循环方式，可促进注浆材料沿砾石含水层径向扩散，使浆体能够有效进入钻孔周围砾石缝隙中，提高了松散岩体的整体性和受力性能；全孔无岩芯钻进，避免了取岩芯的麻烦和取出岩芯的堆积难题，施工工艺简化，施工费用降低。本发明的方法安全可靠有效，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

图1为本发明的施工方案图，图中标号：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

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。

实施例1

一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，包括以下步骤：

(1)钻孔孔深为236.21m，终孔层位达煤层顶板基岩；

(2)孔径结构：0～181.64m孔径为φ152mm，181.64～236.21m孔径为φ94mm；

(3)管径结构：0～148.6m为φ127mm套管；

(4)注浆施工：2018年6月16日开始注浆，到2018年9月24日注浆结束；钻孔注浆共进行了3个序次：①2018年6月16日～2018年6月22日第1次注浆，孔深197.27m(砾石层)，注浆结束时孔口压力2.7mpa、流量235l/min，持续时间超过30min；②2018年6月27日～2018年9月2日第2次注浆，孔深236.21m(终孔)，注浆结束时孔口压力3.1mpa、流量236l/min，持续时间超过30min；③2018年9月7日～2018年9月24日第3次注浆，孔深236.21m(终孔)，注浆结束时孔口压力3.3mpa、流量35l/min，持续时间超过30min。

(5)封孔：2018年9月24日封孔完成，封闭段0～236.21m，以孔内返浆方法，用p.o32.5水泥5t，浆液比重大于1.5，封孔质量合格。

实施例2

一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，包括以下步骤：

(1)钻孔孔深为221.64m，终孔层位达煤层顶板基岩；

(2)孔径结构：0～130m孔径为φ152mm，130～184.55m孔径为φ94mm，184.55～221.64m孔径为φ75mm；

(3)管径结构：0～130m为φ127mm套管；130～184.55m为φ108mm套管；

(4)注浆施工：2018年6月13日开始注浆，2018年8月16日注浆结束；钻孔共进行了2个序次注浆：①2018年6月13日～2018年7月2日第1次注浆，孔深184.5m(砾石层)，注浆结束时孔口压力2.0mpa、流量235l/min；②2018年7月14日～2018年8月16日第2次注浆，孔深221.64m(终孔)，注浆结束时孔口压力2.7mpa、流量35l/min并持续30min以上；钻孔进行2次透孔、延伸、注浆施工；

(5)封孔：2018年8月17日封孔完成，封闭段0～221.64m，以孔内返浆方法，用p.o32.5水泥5t，浆液比重大于1.5，封孔质量合格。

实施例3

一种采煤工作面顶板富水砾石层钻孔注浆方法，包括以下步骤：

(1)钻孔孔深为232.19m，终孔层位达煤层顶板基岩；

(2)孔径结构：0～149.52m孔径为φ152mm，149.52～232.19m孔径为φ94mm；

(3)管径结构：0～141.62m为φ127mm套管；

(4)注浆施工：2019年6月2日开始注浆，到2019年8月27日注浆结束；钻孔注浆共进行了2个序次：①2018年6月2日～2018年6月29日第1次注浆，孔深212.04m(砾石层)，注浆结束时孔口压力3.2mpa、流量250l/min，持续时间超过30min；②2018年7月1日～2018年8月27日第2次注浆，孔深232.19m(终孔)，注浆结束时孔口压力4.2mpa、流量35l/min，持续时间超过30min。按注浆工艺要求，在注浆过程中及时调节压力、比重、流量等参数，保证了注浆质量。钻孔进行多次透孔、延伸、注浆施工；

(5)封孔：2018年8月27日封孔完成，封闭段0～232.19m，以孔内返浆方法，用p.o32.5水泥5t，浆液比重大于1.5，封孔质量合格。

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。