采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统及其注浆方法与流程

本发明涉及煤矿下的采空区防止遗煤自燃领域，具体为一种采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统及其注浆方法，适于各种煤矿中对采空区的防自燃应用。

背景技术：

塔山煤矿是大同煤矿集团公司为开发大同煤田石炭二叠系煤层而新建的第一座特大型现代化矿井。矿井现采石炭系二叠系3-5#煤层埋深300-500m，平均煤层厚度15m，赋存稳定，煤层自燃倾向性为自燃。8206工作面于2009年12月5日开始生产，2010年8月回采完毕并完成封闭。自工作面封闭以来，采空区o2浓度在1.8%-3.0%之间，co为0ppm，各项自燃发火标志性气体均控制在标准要求范围内。5204巷是8204小煤柱工作面的回风顺槽，与8206采空区相邻，留设煤柱仅为6米。自该巷道进入小煤柱掘进阶段以来，8206采空区o2及co浓度出现明显的上升趋势，并呈现明显的“呼吸”现象，根据束管监测数据及取样化验数据显示，8206采空区o2浓度最高达到14%，co最高达到80ppm。为有效遏制采空区“呼吸”现象，防止8204工作面掘进及回采期间采空区气体溢出，杜绝采空区遗煤自燃，需要一种可靠的防止采空区遗煤自燃的技术。

技术实现要素：

本发明为了解决有效遏制采空区“呼吸”现象，防止回采期间采空区气体溢出的问题，提供了一种采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统及其注浆方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统，包括多组钻孔，每组钻孔均贯穿煤柱，每组钻孔包括一个高位注浆孔和一个低位注浆孔，所述高位注浆孔与水平面的夹角大于低位注浆孔与水平面的夹角，所述高位注浆孔和低位注浆孔内均安装有钻孔套管，所述钻孔套管伸出煤柱、伸入采空区内的端部为花管，每组钻孔之间间距为9-10米，所述钻孔套管和钻孔之间灌注有水泥浆，所述钻孔套管位于第二巷道内的另一端部通过高压胶管连接于注浆泵，所述高压胶管上设有阀门和两通，所述注浆泵通过高压胶管与激发剂容器和液态混料容器连接。

本发明是为了防止采空区遗煤自燃而发明的，主要是使用套管穿过回采工作面的煤柱，向采空区内输入黄土固结剂，使采空区内的遗煤与空气隔绝，防止回采期间采空区气体溢出，因此在煤柱上开有多组钻孔，钻孔内安装有钻孔套管，钻孔套管伸出煤柱，伸入采空区内，黄土固结剂从钻孔套管注入采空区；每组钻孔包括一个高位注浆孔和一个低位注浆孔，高位注浆孔与水平面的夹角大于低位注浆孔与水平面的夹角，目的是为了使高位注浆孔内注入的黄土固结剂处于一个较高的位置，可以均匀喷洒在采空区中，低位注浆孔是为了使黄土固结剂从低处流入采空区，流于遗煤表面，相邻的钻孔之间间距为9-10米，因为采空区较大，间隔一段距离设置一组钻孔，可以保证在间距较大的情况下，依然可以可靠注浆。钻孔套管伸出煤柱、伸入采空区内的端部为花管，花管功能类似于花洒，即在套管上均匀的开有多个孔，使黄土固结剂能够从孔中喷出；在钻孔和钻孔套管之间灌注有水泥浆，使钻孔套管和钻之间封闭；钻孔套管位于第二巷道内的另一端部通过高压胶管连接于注浆泵，注浆泵将浆液注入钻孔套管，然后再注入到采空区，高压胶管上设有阀门和两通，注浆泵通过高压胶管与激发剂容器和液态混料容器连接，从两个容器中按既定比例吸入浆液并混合后输入钻孔套管。

本发明的具体操作步骤如下：

㈠注浆前准备：

①开启注浆泵，利用清水试验注浆泵内部管路导通情况，观察各个钻孔套管是否全部导通；

②注浆泵利用清水试验期间，调节注浆泵的吸浆管控制阀门，即调节液态混料和激发剂的混合比例；

③准备两个容器，分别盛装液态混料和激发剂；

④利用高压胶管将注浆泵与钻孔套管连接；

⑤按比例配比浆液，黄土和固结剂质量比例为4:1，二者混合后称为混料，水和混料的质量比例为0.6~0.8:1，并进行搅拌，形成液态混料，将液态混料注入至液态混料容器中，将激发剂注入至激发剂容器中，准备工作完成；

㈡注浆：

①将注浆泵的吸浆管分别接入液态混料容器和激发剂容器内；

②开启注浆泵开始注浆，使液态混料和激发剂质量比例为50:1混合注浆，钻孔注浆顺序为从里到外，即从位于最内部的一组钻孔开始注浆，依次向外部的每组钻孔注浆，且为先注低位注浆孔，后注高位注浆孔；钻孔内浆液注不进或者注浆泵压力达到5mpa时停止注浆；

㈢注浆后：

①利用清水冲洗液态混料容器和激发剂容器；

②倒入清水至容器内，开启注浆泵，利用清水清洗注浆泵，确保注浆泵内无残留浆液。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：（1）黄土固结剂的固结时间相对于黄土水泥浆来说大大延长，初凝时间在10h以上，一方面解决了黄土水泥浆易堵管的问题，另一方面有充分的时间渗入微小裂隙内部，发挥更好的堵水效果；加入固结剂的黄土浆在速凝剂的作用下能实现3分钟内快速凝固，可满足井下作业的要求；（2）黄土固结剂的初始粘度低、流动性好、可注性强；（3）具有良好的粘结力和粘结速度，后期强度发挥快；（4）结石体具有较高的抗压、抗拉强度，抗渗性好，抗冲刷及耐久性好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等的腐蚀；（5）常温、常压下能长时间存放且基本性质不改变，存放时不受温度、湿度变化的影响；（6）浆液固化后能与固结体有较强的粘结力。黄土固结剂可以使黄土也参与聚合反应，形成网状结构，固结后不会产生收缩缝，不仅可以滴水不漏，而且可以使强度提高3倍以上等特点，向采空区灌注黄泥固结剂材料，一方面起到覆盖采空区遗煤隔绝空气的作用；另一方面可以有效充填采空区裂隙、裂缝及孔洞，起到遏制采空区“呼吸”现象的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为高位注浆孔内的钻孔套管的结构示意图。

图3为低位注浆孔内的钻孔套管的结构示意图。

图4为本发明的钻孔套管位于回采巷道位置的结构示意图。

图中标记如下：

1-采空区，2-第二巷道，3-煤柱，4-第一巷道，5-顶板，6-高位注浆孔，7-低位注浆孔，8-花管，9-钻孔套管，10-水泥浆，11-搅拌机，12-注浆泵，13-激发剂容器，14-激发剂容器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统，如图1至图4所示，包括多组钻孔，每组钻孔均贯穿煤柱，每组钻孔包括一个高位注浆孔6和一个低位注浆孔7，所述高位注浆孔6与水平面的夹角大于低位注浆孔7与水平面的夹角，所述高位注浆孔6和低位注浆孔7内均安装有钻孔套管9，所述钻孔套管9伸出煤柱、伸入采空区1内的端部为花管8，每组钻孔之间间距为9-10米，所述钻孔套管9和钻孔之间灌注有水泥浆10，所述钻孔套管9位于第二巷道2内的另一端部通过高压胶管连接于注浆泵12，所述高压胶管上设有阀门和两通，所述注浆泵12通过高压胶管与激发剂容器13和液态混料容器14连接。

本实施例中，还包括有两台搅拌机11，本实施例中设置有24组钻孔，还穿过了第一巷道进入采空区。

本实施例具体操作为：采空区灌注黄土固结剂防止自燃系统的注浆方法，包括如下步骤：

㈠注浆前准备：

①开启注浆泵12，利用清水试验注浆泵12内部管路导通情况；

②注浆泵12利用清水试验期间，调节注浆泵的吸浆管控制阀门；

③准备两个容器，分别盛装液态混料和激发剂；

④利用高压胶管将注浆泵12与钻孔套管9连接；

⑤按比例配比浆液，黄土和固结剂质量比例为4:1，二者混合后称为混料，水和混料的质量比例为0.6~0.8:1，并进行搅拌，形成液态混料，将液态混料注入至液态混料容器14中，将激发剂注入至激发剂容器13中，准备工作完成；

㈡注浆：

①将注浆泵12的吸浆管分别接入液态混料容器14和激发剂容器13内；

②开启注浆泵12开始注浆，使液态混料和激发剂质量比例为50:1混合注浆，钻孔注浆顺序为从里到外，即从位于最内部的一组钻孔开始注浆，依次向外部的每组钻孔注浆，且为先注低位注浆孔7，后注高位注浆孔6；钻孔内浆液注不进或者注浆泵压力达到5mpa时停止注浆；

㈢注浆后：

①利用清水冲洗液态混料容器14和激发剂容器13；

②倒入清水至容器内，开启注浆泵，利用清水清洗注浆泵，确保注浆泵内无残留浆液。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。