分级分区注浆加固陷落柱使综采面直过软陷落柱的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿开采技术领域，具体是一种分级分区注浆加固陷落柱使综采面直 过软陷落柱的方法。
【背景技术】
[0002] 煤系地层下伏可溶性灰岩经地下水长期冲刷、溶蚀形成溶洞，在上覆岩层重力和 地质构造力的作用下，溶洞顶部地层逐步破碎塌陷，最终形成了陷落柱，又称无炭柱。
[0003] 陷落柱是煤矿生产中常见的一种地质灾害体，广泛分布在我国华北石炭二叠纪煤 系地层中。陷落柱的存在破坏了煤的连续性，严重影响了煤矿的正常生产。因此，寻找一种 使综采工作面直接通过陷落柱的方法在煤矿开采中变得刻不容缓。
[0004] 目前，在煤矿开采过程中综采工作面通过陷落柱的方法主要有搬家跳采、开掘绕 巷和直接硬过=种。对于含水性较强的陷落柱，为了保证安全需要留设保护煤柱，一般采用 搬家跳采、开掘绕巷的方式通过，但是对于一些含水性弱的陷落柱来说，直接硬过具有煤炭 损失少，对生产影响小，煤炭资源利用率和经济效益高等优点。根据陷落柱岩石的强度，直 接硬过的方法可大致分为通过硬陷落柱和软陷落柱两种。
[0005] 目前，对于直接过硬陷落柱的方法研究较多，公开的方法大致可分为物理方法和 化学方法。主要的物理方法有①预裂松动法；②钻孔弱化法。预裂松动法是采用爆破、高压 电脉冲破碎等手段对陷落柱实施预裂松动或破碎后工作面直接通过。对于爆破松动来说， 爆破不仅工艺复杂影响施工进度，并且飞石损害支架等问题。对于高压电脉冲破碎岩体来 说，主要应用油气井深部岩体的破碎，对于存在瓦斯、煤尘等易爆气体和有人工作的采煤工 作面来说，应用的安全性尚不可知。钻孔弱化法通过对陷落柱钻孔使其弱化后工作面直接 通过，但存在钻孔施工数量多，工程量大，工程进度慢的问题。常见的化学方法是对陷落柱 注入化学溶液，利用化学溶液溶解陷落柱岩石矿物成分，使其强度降低后切割通过，但是化 学溶液的注入量、化学溶液的渗透和溶解控制难度大，同时化学溶液可能腐蚀或影响采煤 机械，减少寿命。
[0006] 目前，对直接通过软陷落柱的方法只有注浆加固后再通过，由于软陷落柱内常被 一些泥质物充填胶结，但胶结性差，整体力学性能非常差，自身不具有承载能力，所W直接 通过会出现溃泄现象，造成工作面冒顶事故的发生，同时在支架通过时由于陷落柱底板松 软承载能力差导致支架底座下陷而难W通过，严重影响安全和生产进度。现在所用的陷落 柱注浆方法通常是对陷落柱进行不加区分的注浆，即，注浆时间、浆液种类和加固区域都不 区分，该造成了诸多问题。对于注浆时间，由于陷落柱柱体及周围岩层完整性及应力状态区 别于普通岩层，在工作面接近陷落柱时会引起陷落柱体内应力变化，造成柱体扰动破坏，如 果注浆时间不合适，则起不到加固的效果。对于注入的浆液和加固区域，如果加固的区域实 施注入同一种浆液，虽然陷落柱强度得到了提高，但是陷落柱截割区和对应的顶底板的强 度相等，提高了截割区的难度，甚至形成了人为的"硬陷落柱"，还需利用硬陷落柱直接硬过 方法进行二次处理。整体注浆如果强度过大难W切割，强度过小不足W保证安全通过该大 大增加了工作量和费用、浪费了材料，降低了效率和安全性。因此，寻找一种经济实用、简便 快捷、安全可靠的方法使得综采工作面直接通过软陷落柱是十分必要的。
[0007] 综上所述，在现有技术条件下，注浆加固陷落柱使综采工作面直接通过软陷落柱 的主要问题是加固时间和加固强度和区域的不区分所带来的工作量、材料浪费和费用的增 加，生产效率的降低和安全性较差。因此，寻找亟需一种经济实用、简便快捷、安全可靠的方 法对陷落柱进行分级分区加固，提高其相应力学性能和承载能力，确保综采工作面直接通 过软陷落柱。
【发明内容】
[000引本发明提供一种分级分区注浆加固陷落柱使综采面直过软陷落柱的方法，W解决 注浆加固陷落柱使综采工作面直接通过软陷落柱的主要问题即加固时间和加固强度和区 域的不区分所带来的工作量、材料浪费和费用的增加，生产效率的降低和安全性较差等。
[0009] 一种分级分区注浆加固陷落柱使综采面直过软陷落柱的方法，包括下述步骤： 步骤一、通过物探或钻探确定陷落柱的边界和陷落柱内含水情况，并排水； 步骤二、取样分析；即对陷落柱岩石进行钻孔取样，测定试样的天然单轴抗压强度、孔 隙率、含水率和渗透系数； 步骤=、分区并预测各区加固后的物理力学参数；即根据顶板加固厚度，底板加固厚度 和采煤机截割厚度将陷落柱在垂直方向划分为底板加固区、截割区和顶板加固区； 采用弹性理论的计算结果得出陷落柱各区的加固厚度为；顶板加固区厚度为煤层厚度 范围内，计算顶板加固后的力学参数时，W顶板加固区自身稳定所需的阻力和液压支架工 作阻力相等作为临界条件反推陷落柱加固后固结体的临界的容重、内摩擦角、抗压强度等 物理力学参数；底板加固厚度；底板加固厚度为煤层厚度的1/3~2/3,且底板加固厚度要 承载底板所承受的压力，底板所承受的压力为液压支架重量及顶板传递的顶板压力之和， W液压支架不下陷为准反推陷落柱加固后固结体的抗压强度等物理力学参数；截割区整体 加固，且需要保证注浆后固结体的硬度要小于采煤机截割的最大硬度，并反推陷落柱加固 后固结体的抗剪强度等物理力学参数； 步骤四、模拟注浆试验：根据步骤=得出的3个区域的固结体的物理力学参数，再通过 所取的陷落柱试样与不同类型和配比浆液进行模拟注浆试验，确定浆液的类型和配比。
[0010] 步骤五、根据步骤二中测定的陷落柱的孔隙率和渗透系数确定顶板加固区注浆钻 孔的间排距，进而确定凝结时间和注浆压力，选择注浆机具。
[0011] 步骤六、分级分区进行注浆：即先在陷落柱相应的截割区注入快速固结的化学浆 液，再在其他两区注入步骤四所确定的相应浆液； 截割区注浆需要先在上下边界采用密集钻孔，注入快速凝结的化学浆液，封堵截割区 陷落柱岩体的孔裂隙系统，形成隔离层，后在中部进行注浆；截割区注浆结束后进行底板注 浆；最后进行顶板加固区注浆； 步骤走、利用观测矿压实测数据和结合数值模拟的方法判断综采工作面对陷落柱的应 力的影响程度和影响距离，W此判断对陷落柱加固的时机； 步骤八、在根据综采工作面的条件制定相应减弱矿压显现的措施使综采工作面通过陷 落柱。
[0012] 本发明根据陷落柱的形状、大小、位置，布置钻孔、分级分区注浆加固，提高其相应 的力学性能和承载能力。当工作面通过陷落柱时，工作面顶底板稳定，从而使工作面可直接 通过溃泄型陷落柱。
[0013]与现有的技术相比，本发明减少了工作量、材料浪费和费用，提高了生产效率和安 全性，是一种经济实用、简便快捷、安全可靠的使综采工作面直接通过软陷落柱的方法。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明某矿综采工作面与陷落柱的位置平面示意图； 图2是本发明某矿综采工作面对陷落柱注浆孔布置平面示意图； 图3是本发明某矿综采工作面对陷落柱注浆孔布置剖面示意图；