专利名称：工作面过风氧化带区顶板控制方法
技术领域：
本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种工作面过风氧化带区顶板控制方法，尤其适用于采用小导管超前预注浆工艺的过风氧化带顶板控制方法。
背景技术：
风氧化带煤层由于受沉积环境的影响，煤层顶板岩层裂隙发育、岩体孔隙率高、强度衰减速度快、自稳性能、承载能力差。且煤质松软，无法形成传递岩梁，在整个推进过程中工作面承受较大的压力，煤壁塑性变形范围大，顶板难以管理。煤层开采以后，垮落带和导水断裂带可能会波及到底部弱至中等含水层，发生突水溃砂事故，危及矿井的安全生产。长期以来被视为开采的禁区，既造成了大量的资源浪费，也严重制约着企业发展和经济效 益的提闻。工作面过风氧化带区域时，一般采用铺设金属网+超前注高分子加固材料+提高支架初撑力这一回采工艺来控制顶板。一般的办法是先注浆加固，再进行回采作业。超前小导管注浆进行岩体加固在地下工程中是现有的一种辅助开挖工艺。但是由于强风氧化带区域的煤岩裂隙发育，煤岩松散，加之受顶板淋水的影响，煤岩强度低，渗透性差，一般的浆液很难注入，且扩散半径较小，注浆效果更不容易保证。加之没有好的施工工艺，严重制约着工作面的推进速度。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种工作面过风氧化带区顶板控制方法。采用密集的小导管注浆管超前预注浆来加固围岩，其具有超前支护、工艺简单、安全可靠、成本低廉、适用性强的优点，可以实现综放工作面安全快速的通过风氧化带区域，具有显著的经济和社会效益。本发明是通过如下技术方案实现的一种工作面过风氧化带区顶板控制方法，包括以下步骤a.风氧化带范围及其强度的确定从工作面的两侧巷道向煤层中打钻孔并结合工作面前方煤壁的钻孔，利用多点位移计、钻孔窥视仪来观测得到钻孔窥视图，分析出风氧化带的分布区域及风氧化带的强度；b.注浆参数的确定采用理论计算和数值模拟的方法确定出注浆的各项参数。包括注浆孔的深度、注浆压力、注浆扩散半径、注浆时间、注浆孔间排距、注浆顺序、小导管单孔注浆量；c.打设钻孔及注浆在工作面顶板(3)与前方煤壁(2)交接处以倾角a为10。 20。向前上方打钻孔，孔深L为4 6m;小导管排距m为(1/2 2/3)L，间距n为
0.3nT0. 5m，然后进行注浆作业；d.开采煤层正常回采注浆完成后，工作面进行正常作业。超前预注浆与采煤机割煤交替进行，直至工作面采完。
所述小导管的直径为Cj5 30mm 小60臟。所述钻孔深度的确定是采用数值模拟来确定工作面前方支承压力的峰值位置，以此定出煤岩层塑性区的范围，作为确定注浆孔深度的参考依据。所述注浆时间的确定是通过数值模拟得出工作面随注浆时间变化的浆液渗透范围图和孔隙压力扩散云图，浆液扩散速度很慢且趋于稳定时即为合适的注浆时间。注浆顺序是先注中间小导管的孔，再注两侧小导管的孔，采用间隔跳孔的注浆方式。有益效果本发明针对风氧化带区域的煤层顶板自稳性能、承载能力差的特点，采用小导管超前预注浆工艺。小导管注浆可以加固煤岩层形成承载板，具有板效应、加固效应和隔层效应，具有显著的支护效果；使用的机具均为常用的小型机械，无需配备专用设备，工艺操作简便，容易掌握。用小导管超前支护手段，通过调节浆液凝结时间，可大大缩短施工周期，施工成本低，经济效益好。加固效果好，注浆质量容易控制，成拱后界面好，后期强度较高，对使用阶段防塌陷有良好作用。本发明设计合理、施工进度快、简单易行、支护效果 好、推广应用前景广泛，可以大幅度提高矿井生产安全水平与技术经济效益。
图I为小导管超前预注浆加固钻孔布置图。图2为小导管结构示意图。图3为小导管注浆系统设备布置图。图4为小导管预注浆施工工艺流程图。图中1_小导管；2_开采煤层；3_巷道顶板；4_工作面煤壁；5_溢浆孔；6_专用封口器；7_专用注射枪；8_高压胶管；9_注浆泵；10_注浆A液；11_注浆B液。
具体实施例方式下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述如图I所示，本发明的工作面过风氧化带区顶板控制方法，主要是控制风氧化带区域煤层工作面顶板的稳定性。具体实施步骤如下I、风氧化带范围及其强度的确定从工作面的两侧巷道向开采煤层2中打钻孔并结合工作面前方工作面煤壁4的钻孔，利用多点位移计、钻孔窥视仪得到钻孔窥视图，分析出风氧化带的分布区域及确定风氧化带的强度。2、注浆参数的确定采用理论计算和数值模拟的方法确定出注浆各项参数。包括注浆孔的深度、注浆压力、注浆扩散半径、注浆时间、注浆孔间排距、注浆顺序、小导管单孔
注浆量。本实施例中，钻孔深度是采用FLAC3d来进行数值模拟计算，确定工作面前方支承压力的峰值位置是在煤壁前方5m，取注浆孔的深度L为6m。注浆时间是通过数值模拟计算，得出工作面随注浆时间变化浆液渗透范围图和孔隙压力扩散云图。最终选取单孔注浆时间为12分钟。小导管I的直径取30mm，沿顶板单排布置，间距n为400mm，排距m为3200_，角度以水平向上15°。注浆时先注中部的眼，再注四周的孔，隔孔注浆。注浆压力选用0. 3^0. 5Mpa，注浆孔扩散半径为0. 3m。为了保证注浆能将裂隙充填密实，原则上应注到不吃浆液为止。注浆材料选用优乐加固I号-L型，此材料属于有机高分子树脂材料，由A、B两组份组成。3、打设钻孔及注浆在工作面顶板3与前方煤壁2交接处以a =15°向前上方倾斜打钻孔，小导管I的排距m为3. 2m,间距n为0. 4m,然后进行注衆作业。小导管I的结构示意图如图2所示。小导管I的前端加工成圆锥形，长度w为200mm，并予以封焊严实。管身设$ =12mm的溢浆孔5，孔距v=200mm，按照梅花形排列，在距后端U=Im范围内不设溢浆孔。如果无法打孔，则小导管I改为由自钻注浆锚杆代替。小导管注浆系统设备布置见图3。注浆施工工艺流程见图4:打眼一埋设小导管I—安装封口器6—用高压胶管8连接注射枪7和注射泵9 —将两根吸管分别插入装有A液和B液的桶内一开泵注浆一冲洗机具一停泵一拆卸注射枪。图3为小导管注浆系统设备布置图。图4为小导管预注浆施工工艺流程图。 4、开采煤层正常回采注浆完成后，工作面进行正常作业。超前预注浆与采煤机割煤交替进行，直至工作面采完。本实施例中，工作面完成四个作业循环，即工作面一次向前推进3. 2m后停止推进，再进行一次超前小导管预注浆来加固顶板3，超前预注浆与采煤机割煤交替进行，直至工作面采完。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的任何限制，凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明的技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种工作面过风氧化带区顶板控制方法，其特征在于，它包括以下步骤 a.风氧化带范围及其强度的确定从工作面的两侧巷道向煤层(2)中打钻孔并结合工作面前方煤壁(4)上的钻孔，利用多点位移计、钻孔窥视仪得到钻孔窥视图，分析出风氧化带的分布区域及确定风氧化带的强度； b.注浆参数的确定采用理论计算和数值模拟的方法确定出注浆的各项参数，包括注浆孔的深度、注浆压力、注浆扩散半径、注浆时间、注浆孔间排距、注浆顺序和小导管单孔注浆量； c.打设钻孔及注浆在工作面顶板(3)与前方煤壁(2)交接处以倾角α为10。 20°向前上方打钻孔，孔深L为4 6m ;小导管排距m为(1/2 2/3) L,间距η为O. 3πΓθ· 5m,然后进行注浆作业； d.开采煤层正常回采注浆工作完成后，工作面进行正常的回采作业；超前预注浆与 采煤机割煤交替进行，直至工作面采完。
2.根据权利要求I所述的工作面过风氧化带区顶板控制方法，其特征在于所述小导管(O的直径为Φ 30mm Φ60_。
3.根据权利要求I所述的工作面过风氧化带区顶板控制方法，其特征在于步骤b中所述钻孔深度的确定是采用数值模拟来确定工作面前方支承压力的峰值位置，以此定出煤岩层塑性区的范围，作为确定注浆孔深度的参考依据。
4.根据权利要求I所述的工作面过风氧化带区顶板控制方法，其特征在于步骤b中所述注浆时间的确定是通过数值模拟得出工作面随注浆时间变化的浆液渗透范围图和孔隙压力扩散云图，浆液扩散速度很慢且趋于稳定时即为合适的注浆时间。
5.根据权利要求I所述的工作面过风氧化带区顶板控制方法，其特征在于步骤c中注浆顺序是先注中间小导管的孔，再注两侧小导管的孔，采用间隔跳孔的注浆方式。
全文摘要
本发明公开了一种工作面过风氧化带区顶板控制方法，属于采矿技术领域。采用小导管超前预注浆技术加固工作面围岩，通过钻孔窥视图分析出风氧化带区域的范围及其强度，通过数值模拟及理论计算确定出注浆参数。在工作面顶板与煤壁交接处以倾角α为10°~20°向前上方打钻孔，每排密集布管，然后进行注浆作业。注浆工作结束后，工作面即可进行正常的回采作业。该发明小导管加固层能形成承载板，具有板效应、加固效应和隔层效应，使采煤工作在“硬板”下安全进行。可以实现工作面的超前支护，工艺简单、安全可靠、成本低廉、支护效果好，可以大幅度提高矿井生产安全水平，具有明显的技术经济效益。
文档编号E21D9/10GK102966359SQ20121044802
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者李冲, 崔树江, 徐金海, 刘海滨, 修成智, 李安洪, 靳晓艳, 王中亮, 李良兵, 王中奎, 郭志义, 吴锐, 何青源, 秦帅, 李卫涛 申请人:山西潞安环保能源开发股份有限公司, 中国矿业大学