一种井工煤矿软岩破碎带区域注浆改性加固方法与流程

本发明涉及一种井工煤矿软岩破碎带区域注浆改性加固方法，属于矿产开采。

背景技术：

1、随着煤矿开采机械化程度的不断加大，浅部煤层资源逐渐枯竭，深部资源将是煤炭企业进军的主要对象。随着煤炭企业开采深度的不断加大，深部资源由于地压大、受断层带影响导致岩层较破碎或煤层顶板泥岩等软岩特性的影响，存在巷道开挖时围岩变形量大，泥岩遇水泥化、遇风风化现象，导致软岩条件下的煤层在开采过程中顶板极易破碎，掘进或开采期间巷道围岩控制难度较大且掘进形成的巷道，后期由于矿压的影响，围岩收敛严重，后期修复工程量较大且支护参数极其复杂；软岩破碎带裂隙发育的特点导致工作面顺槽留巷困难，需留设顺槽保护煤柱开采，导致资源浪费。如何有效控制软岩条件下采掘巷道变形量，如何对目标煤层软岩进行注浆改性加固，顶板为软岩的采煤工作面如何进行沿空留巷成为了煤矿科研工作者需要解决的技术难题。

2、目前顶板软岩改性方案主要采取地面打钻孔进行注浆改性或在掘进迎头进行超前预注浆的方式，取得了一定的治理效果，但在现场工程应用中存在以下技术弊端：

3、1.地面注浆改性技术需在地面合适的位置打钻孔注浆对破碎软岩带进行改性，需占用地面征地且施工成本较高。

4、2.地面注浆改性技术需在地面打钻孔注浆改性软岩破碎带，若煤矿企业为已经开采的多煤层矿井，目标煤层上方存在采空区，上覆岩层裂隙较为发育，导致地面注浆具有不确定性。

5、3.地面注浆改性技术注浆区域范围较大，无法根据被改性采煤工作面的需要精准注浆，存在注浆区域利用率低的问题。

6、4.工作面迎头预注浆技术，存在注浆与工作面掘进不能平行作业的问题，导致掘进效率相对较低。

7、5.工作面迎头预注浆技术，对顶板软岩控制范围较小，不能够实现对软岩破碎带的区域性加固改性。

8、6.煤层顶板软岩破碎带条件导致沿空留巷顶板无法形成预裂切缝面，工作面顺槽沿空留巷效果差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述存在的技术问题，提供一种井工煤矿软岩破碎带区域注浆改性加固方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、即一种井工煤矿软岩破碎带区域注浆改性加固方法，包括以下步骤：

4、s1：根据矿井及目标煤层的地质条件，设计目标煤层开采的工作面，确定工作面开采的范围；

5、s2：根据设计的工作面选择井下施工钻场；

6、s3：在上覆煤层采区准备大巷中设置井下施工钻场，并布置定向钻机；

7、s4：按照设计方位、倾角固定钻机，开孔使用φ133mm无芯钻头，钻进5m，下一级φ108mm套管4m，注浆固管，待水泥凝固24小时后，用φ75mm钻头钻孔至孔底，并用注浆泵进行耐压试验；

8、s5：分析目标煤层地质条件、下伏煤层预开采工作面的范围以及软岩顶板的情况，分析钻孔试验场地与目标岩层的关系，并设计定向钻孔的长度以及注浆改造加固区域，定向钻孔内布置注浆管，利用φ75mm钻头施工至软岩破碎带；

9、s6：根据设计的钻孔长度及倾角，施工定向钻孔至稳定中砂岩下方的软岩顶板；

10、s7：钻孔结束后用注浆泵和注浆管将配置好的超细水泥浆压入设计好的钻孔内，对软岩破碎带进行连续式注浆，同时时刻观测注浆泵压力，待注浆压力达到3mpa时停止注浆，保证超细水泥浆充满软岩破碎带裂隙，完成注浆封孔；

11、s8：待目标煤层顶板软岩破碎带完成区域注浆改性，破碎顶板形成一个整体后，根据预先设计的开采范围布置工作面上平巷和工作面下平巷，根据设计的支护参数对工作面上平巷、工作面下平巷进行原支护。

12、1.本发明通过选取井下合适的施工场景设计定向钻孔，钻孔长度根据地质条件可控可调，施工成本相对较低。

13、2.本发明借助上覆煤层采区准备大巷为施工钻场的地点，借助岩层间距高差压力，有利于增强注浆压力同时节约能耗，有利于注浆钻孔套管、固管及封孔。

14、3.本发明可根据目标煤层工作面开采范围合理确定注浆范围，对目标煤层工作面上平巷和工作面下平巷区域进行注浆改造，注浆范围较为精准，可避免无用注浆，节约能耗。

15、4.本发明可实现下覆煤层软岩破碎带的区域性整治，根据软岩破碎带改性治理情况，掘进期间可优化支护参数，降低掘进支护成本。

16、5.本发明对目标煤层软岩破碎带改性不确定性因素较少，注浆范围不会受到上覆煤层采空区的影响，对软岩治理可靠性较高。

17、6.本发明可在目标煤层工作面开采前，提前对顶板软岩进行治理，可实现注浆与掘进平行作业，提高了工作面掘进效率。

18、本发明的进一步改进还有，在步骤s2中，选取上覆煤层采区准备大巷做为井下施工钻场。煤层顶板软岩破碎带注浆改性加固方案充分可利用井下原有的采区准备大巷作为施工场景，实现废弃巷道资源化利用。

19、本发明的进一步改进还有，在步骤s4中，下套管之前，加大循环水流量，将残留岩粉冲洗干净，然后下套管并注入水泥浆液进行固管，下套管更加顺畅，注入的水泥浆液固定形也会更好。

20、本发明的进一步改进还有，在步骤s4中，耐压试验的试验压力不低于3.0mpa，持续30分钟以上。

21、本发明的进一步改进还有，在步骤s4中，耐压试验持续30分钟后若孔口管无松动、钻孔周围不漏水，则孔口管固定成功，若孔口管松动，管外返水，钻孔后重新固管，直至固管成功。

22、本发明的进一步改进还有，在步骤s8后还具有步骤s9：对改性后的工作面进行回采，提前对工作面留巷的顺槽施工锚索进行补强加固锚索，施工预裂切孔爆破后形成预裂切缝面，同时在采空区安装挡矸装置。改变了软岩破碎带的岩性，使顶板连成一个整体，为工作面回采沿空留巷预裂切缝面的形成创造的条件，改性后的顺槽顶板便于支护锚杆(索)、顶板加强锚索及预裂孔的施工，为留巷奠定了基础。

23、本发明的进一步改进还有，挡矸装置为单体的金属网。

24、本发明的进一步改进还有，挡矸装置为单体的涂塑布。

25、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

26、1.本发明通过选取井下合适的施工场景设计定向钻孔，钻孔长度根据地质条件可控可调，施工成本相对较低。

27、2.本发明借助上覆煤层采区准备大巷为施工钻场的地点，借助岩层间距高差压力，有利于增强注浆压力同时节约能耗，有利于注浆钻孔套管、固管及封孔。

28、3.本发明可根据目标煤层工作面开采范围合理确定注浆范围，对目标煤层工作面上平巷和工作面下平巷区域进行注浆改造，注浆范围较为精准，可避免无用注浆，节约能耗。

29、4.本发明可实现下覆煤层软岩破碎带的区域性整治，根据软岩破碎带改性治理情况，掘进期间可优化支护参数，降低掘进支护成本。

30、5.本发明对目标煤层软岩破碎带改性不确定性因素较少，注浆范围不会受到上覆煤层采空区的影响，对软岩治理可靠性较高。

31、6.本发明可在目标煤层工作面开采前，提前对顶板软岩进行治理，可实现注浆与掘进平行作业，提高了工作面掘进效率。