一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺的制作方法

1.本发明涉及矿井通风安全中煤矿废弃巷道有害气体封堵技术领域。具体地说是一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺。


背景技术：

2.近年来随着浅部煤炭资源日趋枯竭，西部矿区矿井开采深度逐步向深部延拓。由于上部开采遗留大量废弃巷道与通风井连通，在矿井通风方式调整过程中，为防止上部采空区中有害气体沿贯通巷溢出，需要对与通风斜井贯通的废弃巷道进行密闭处理。因此，进行废弃巷道低成本高效封堵对保障矿井深部延拓安全快速建设和斜井长期安全通风具有重要意义。
3.目前，常规废弃巷道处理方法主要为砌筑密闭门。该技术需要施工人员进入废弃巷道内进行施工作业，劳动强度大、安全风险较高；砌筑密闭门封堵范围仅为巷道断面空间，不能有效封堵巷道周边的采动裂隙；而且，在矿山压力作用下密闭门耐久性不足，随时间推移，密闭门普遍存在不同程度的破损，难以保证对有害气体的长期封堵。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种不限封堵范围和长期封堵稳定性好的与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，包括如下步骤：
7.步骤a：在已有的密闭门上钻第一注浆孔，将第一注浆管穿过第一注浆孔伸入到通风斜井贯通的煤矿废弃巷道，注入高膨胀快凝注浆材料，构筑挡浆墙；
8.步骤b：在已有的密闭门上钻第二注浆孔，将第二注浆管穿过第二注浆孔伸入到密闭门与挡浆墙形成的空间内，注入密封材料，回填废弃巷道，形成填充隔离带；
9.步骤c：在密闭门四周的废弃巷道周边钻帷幕注浆孔，采用帷幕注浆技术进行高压注浆，注入帷幕注浆浆液，封堵废弃巷道采动裂隙。
10.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，在步骤a中：所述第一注浆管分为第一注浆长管和第一注浆短管两组，第一注浆长管比第一注浆短管长1.5～3.0m，从而确保挡浆墙的厚度为1.5～3.0m；所述第一注浆管为钢管，直径φ32～φ60mm。
11.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，第一注浆孔的布孔位置：使第一注浆管靠近巷道顶板。
12.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，高膨胀快凝注浆材料，其配方为：水泥浆：水玻璃：发泡剂＝2:1：0.05；水泥的浆水灰比1:1，水玻璃a的模数为2.6～3.8，水玻璃a的浓度为36～42be'，发泡剂为烷基磺酸钠；初凝凝结时间控制在40～70s；挡浆墙的强度为5-7.5mpa；
13.挡浆墙施工完成需等待48～72h，再进行步骤b的施工。
14.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，在步骤b中，沿巷道方向填充隔离带的长度为10～15m；填充隔离带采用充填注浆治理回填废弃巷道空间；
15.填充隔离带充填注浆施工中，第二注浆管分为3组，长度别为2m、5m、10m，直径φ40～φ80mm，确保第二注浆管的始端自密闭门开始，使第二注浆管的终端伸入到废弃巷道内；
16.第二注浆孔的布孔位置：使第二注浆管靠近废弃巷道顶板布置。
17.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，密封材料为矸石粉水泥浆和水泥粉煤灰浆；
18.所述矸石粉水泥浆由惰性矸石粉、水泥和水搅拌而成；所述惰性矸石粉为煤矸或固体废弃材料研磨而成，粒度为0.25～10mm；水泥采用普通硅酸盐水泥，型号p.o.32.5～p.o.42.5；所述矸石粉水泥浆配合比为：水泥：惰性矸石粉：水为1:4:1～1:7:1；
19.所述水泥粉煤灰浆材由水和粉料组成，水与粉料的质量之比为0.6～1.2：1；所述粉料由粉煤灰、水泥和复合添加剂组成，粉煤灰和水泥的质量之比为5:1～10:1，复合添加剂的用量为水泥质量的0.3～0.5wt％，所述复合添加剂由食盐、三乙醇胺和水玻璃a组成，食盐的用量为水玻璃a的质量的0.3～0.5wt％，三乙醇胺的用量为水玻璃a的质量的0.01～0.03wt％；水玻璃a的模数为2.6～3.8，水玻璃a的浓度为36～42be'。
20.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，在步骤b中，注浆过程中：先采用所述矸石粉水泥浆进行注浆填充，直至注浆压力达到0.5mpa；然后更换为水泥粉煤灰浆进行填充，直至注浆压力达到1.2mpa时，废弃巷道内的填充隔离带初次充填注浆施工完成；
21.等48～72h后，进行扫孔复注，扫孔复注浆液采用水泥粉煤灰浆，注浆结束压力为1.2mpa。
22.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，在步骤c中：废弃巷道周边帷幕注浆孔为帷幕注浆钻孔，帷幕注浆孔布孔方式：双排交错布置，内排帷幕注浆孔和外排帷幕注浆孔的排距为1～2m，钻孔间距为1.5～3m，孔深为3～6m；
23.帷幕注浆孔为直孔，分为孔口管段和注浆段；孔口管段的开孔孔径为φ90mm～φ110mm，下入孔口管，孔口管孔长0.3～0.5m，直径为φ70mm～φ90mm，在孔口管上安装注浆阀门和压力表；注浆段为裸孔结构，钻孔孔径φ50mm～φ80mm。
24.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，帷幕注浆浆液为水泥水玻璃双液浆；水泥浆与水玻璃b的体积比为1:0.2～1:0.5；水泥浆的水灰比为0.75:1～1:1；水玻璃b的模数2.4～3.4，水玻璃b的浓度30～40be'。
25.上述一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，在步骤c中，注浆过程中：内排帷幕注浆孔和外排帷幕注浆孔采用内外跳孔方式进行注浆施工，内排帷幕注浆孔的注浆终压为竖直应力的1.5～2.0倍时，注浆结束；外排帷幕注浆孔的注浆终压为竖直应力的1.2～1.5倍时，注浆结束。
26.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
27.(1)本发明提供一种与通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，该技术结合充填注浆和帷幕注浆技术的优点，可实现安全快速处理与通风斜井贯通的废弃巷道，充填残余空洞和围岩裂隙，封堵地下水和有害气体，消除治理范围内有害气体溢出安全隐患，保证通风斜井长期稳定性和通风安全。
28.(2)本发明采用长、短孔定位注浆注入双组分高膨胀快速凝结性材料在与通风斜井贯通的煤矿废弃巷道构筑挡浆墙，可有效避免后续充填注浆中浆液沿废弃巷道涌入采空区，节省浆材；隔离带充填注浆钻孔沿废弃巷道顶板布设，注浆钻孔设置多组且进行复注，可保证隔离带废弃巷道充填密实性和接顶率。废弃巷道松动圈裂隙采用帷幕注浆封堵，帷幕钻孔设置两圈并交错布置，封堵效率高。
29.(3)本发明注浆材料采用无毒无害的矸石粉水泥浆和水泥粉煤灰浆作为惰性充填材料，采用注浆终压控制保证注浆效果。本发明的技术关键可避免施工人员进入废弃巷道，施工安全性高。同时本发明结合充填注浆和帷幕注浆技术的优点，对废弃巷道残余空洞和围岩裂隙进行永久注浆加固和封堵，注浆效率高，密封性良好，具有重要的应用价值和推广价值。
附图说明
30.图1本发明挡浆墙注浆施工示意图；
31.图2本发明挡浆墙注浆施工密封门一侧的示意图
32.图3本发明填充隔离带注浆施工示意图；
33.图4本发明帷幕注浆施工示意图。
34.图中附图标记表示为：1-密闭门；2-第一注浆管；2-1-第一注浆长管；2-2-第一注浆短管；3-挡浆墙；4-第二注浆管；5-填充隔离带；6-帷幕注浆孔；6-1-内排帷幕注浆孔；6-2-外排帷幕注浆孔。
具体实施方式
35.针对现有技术中已经砌筑密闭门，对废弃巷道构筑挡浆墙，结合充填注浆和帷幕注浆技术，实现安全快速处理与通风斜井贯通的废弃巷道，充填残余空洞和围岩裂隙，封堵地下水和有害气体，消除治理范围内有害气体溢出安全隐患，保证通风斜井长期稳定性和通风安全。
36.在本实施例中，以四老沟矿与南羊斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工程为实施例，采用本发明的方法对斜井贯通的废弃巷道进行注浆治理。
37.四老沟矿与南羊通风斜井贯通的废弃巷道有害气体封堵工艺，具体包括如步骤：
38.步骤a：在已有的密闭门1钻第一注浆孔，将第一注浆管2穿过第一注浆孔伸入到通风斜井贯通的煤矿废弃巷道，注入高膨胀快凝注浆材料，构筑挡浆墙3；
39.如图1和图2所示：钻孔过程中，第一注浆管2分为第一注浆长管2-1和第一注浆短管2-2两组，第一注浆长管2-1比第一注浆短管2-2长2.0m，从而确保挡浆墙3的最小厚度为2.0m；所述第一注浆管2为钢管，直径φ32mm；第一注浆孔的布孔位置：使第一注浆管2的靠近巷道顶板。
40.沿废弃巷道顶板布置6个第一注浆孔，6个第一注浆孔分别下入3个第一注浆长管2-1和3个第一注浆短管2-2；第一注浆长管2-1的管长为15.0m，第一注浆短管2-2的管长为13m；第一注浆管2为钢管。
41.注浆过程：注入高膨胀快凝注浆材料。高膨胀快凝注浆材料为双组分高膨胀快速凝结性材料，初凝凝结时间控制在40～70s。高膨胀快凝注浆材料凝固后充填体具有一定的
强度和膨胀性，避免浆液析水造成浆液凝固后会有空隙，保证挡浆墙密实性。
42.高膨胀快凝注浆材料，其配方为：水泥浆：水玻璃：发泡剂＝2:1：0.05；水泥浆的水灰比1:1，水玻璃a的模数为2.6～3.8，水玻璃a的浓度为36～42be'，发泡剂为烷基磺酸钠；
43.挡浆墙注浆施工完成需等待48～72h，可以实现挡浆墙3最小有效厚度为2米，抗压强度达到5.0mpa，可以抵抗填充废弃巷道的注浆压力。待挡浆墙具有一定强度后再进行步骤b施工。
44.步骤b：在已有的密闭门1钻第二注浆孔，将第二注浆管4穿过第二注浆孔伸入到密闭门1与挡浆墙3形成的空间内，注入密封材料，回填废弃巷道，形成填充隔离带5；如图3所示。
45.沿巷道方向填充隔离带5的长度为13m；填充隔离带5采用充填注浆治理回填废弃巷道空间；
46.填充隔离带充填钻孔施工中，第二注浆孔的布孔位置：使第二注浆管4靠近废弃巷道顶板布置。
47.第二注浆管4分为3组，长度别为2m、5m、10m，直径φ50mm，确保第二注浆管4的始端自密闭门开始，使第二注浆管4的终端伸入到废弃巷道内；
48.填充隔离带充填注浆施工中，密封材料为矸石粉水泥浆和水泥粉煤灰浆；
49.所述矸石粉水泥浆由惰性矸石粉、水泥和水搅拌而成；所述惰性矸石粉为煤矸或固体废弃材料研磨而成，平均粒度为0.45mm；水泥采用普通硅酸盐水泥，型号p.o.42.5；所述矸石粉水泥浆配合比为：水泥：惰性矸石粉：水为1:4:1；
50.所述水泥粉煤灰浆材由水和粉料组成，水与粉料的质量之比为1:1；所述粉料由粉煤灰、水泥和复合添加剂组成，粉煤灰和水泥的质量之比为5:1，复合添加剂的用量为水泥质量的0.3wt％，所述复合添加剂由食盐、三乙醇胺和水玻璃a组成，食盐的用量为水玻璃a的质量的0.5wt％，三乙醇胺的用量为水玻璃a的质量的0.02wt％；水玻璃a的模数为3.8，水玻璃a的浓度为36be'。
51.注浆过程中：先采用所述矸石粉水泥浆进行注浆填充，直至注浆压力达到0.5mpa；然后更换为水泥粉煤灰浆进行填充，以达到快速充填骨料之间残余空隙的目的，直至注浆压力达到1.2mpa时，废弃巷道内的填充隔离带5初次充填注浆施工完成；矸石粉浆液颗粒粒度大，浆液沉积颗粒间易出现空隙，采用水泥粉煤灰浆液进一步充填。
52.等48h后，进行扫孔复注，扫孔复注浆液采用水泥粉煤灰浆，注浆结束压力为1.2mpa。复注施工主要在于保证充填体和废弃巷道顶板的接顶率，避免浆液沉积析水造成充填体中存在残余空隙。
53.步骤c：在废弃巷道周边钻帷幕注浆孔6，采用帷幕注浆技术进行高压注浆，注入帷幕注浆浆液，封堵废弃巷道采动裂隙，如图4所示。
54.钻孔施工：废弃巷道周边帷幕注浆孔6为帷幕注浆钻孔，帷幕注浆孔布孔方式：双排交错布置，内排帷幕注浆孔和外排帷幕注浆孔的排距为1.0m，钻孔间距为1.7m，孔深为4.0m；
55.其中，帷幕注浆孔为直孔，分为孔口管段和注浆段；孔口管段的开孔孔径为φ94mm，下入孔口管，孔口管孔长0.3m，孔口管孔直径为φ76mm，在孔口管上安装注浆阀门和压力表；注浆段为裸孔结构，钻孔孔径φ50mm。
56.注浆过程中：帷幕注浆浆液为水泥水玻璃双液浆；水泥浆与水玻璃b的体积比为1:0.2；水泥浆的水灰比为1:1；水玻璃b的模数2.5，水玻璃b的浓度38be'。
57.内排帷幕注浆孔和外排帷幕注浆孔采用内外跳孔方式进行注浆施工，内排帷幕注浆孔的注浆终压为竖直应力的1.5倍时，注浆结束；外排帷幕注浆孔的注浆终压为竖直应力的1.2倍时，注浆结束。
58.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。