一种井上下联合区域性注浆方法
【技术领域】
[0002] 本发明设及一种注浆方法，特别设及浅埋深、近水平、近距离煤层群开采超大采空 区的井上下联合区域性注浆方法。
【背景技术】
[0003] 煤炭自燃火灾是我国矿井主要灾害之一，受自燃火灾威胁的矿井约占矿井总数的 70%，煤矿火灾事故不但会产生大量有毒有害气体，严重威胁井下作业人员的生命安全，因 火灾引发的煤尘、瓦斯爆炸等次生灾害更为严重。据不完全统计，自2000年W来，全国发生 内因火灾造成人员伤亡事故65起，造成人员死亡804人，其中由于内因火灾引发的瓦斯爆 炸事故18起，死亡461人。
[0004] 我国西部矿区如宁煤、神东部分矿井具有浅埋深、近距离煤层群赋存特点，煤层近 似水平，回采后形成大面积多层复合采空区，裂隙上下沟通甚至直达地表，本层漏风、层间 漏风和地表漏风等多层复合采空区漏风过程趋于复杂化，各层均具有自然发火可能性。在 各煤层层间距近、采空区范围大、工作面联巷多且巷道密闭W砖石材料为主受矿压作用下 易压裂等条件下，漏风规律难W掌握，整个井田范围内有可能出现氧化自热高溫点，当发生 自燃时，高溫点往往不止一个，而是多个地点同时或先后产生煤炭自然发火现象。
[0005] 多年来，宁煤、神东矿区在本煤层开采时采用W快治火(快掘、快安、快采、快撤、快 闭)，本煤层开采防火效果较好，各煤层采空区均未采取注浆、注氮等防治自然发火的措施， 给下部煤层的开采时留下了上覆采空区自然发火隐患。
[0006] 目前，我国注浆惰化技术形成了 W地面固定式制浆系统为主体，辅W井下移动式 注浆系统的矿井惰化体系，已成为开采易自燃煤层和采用放顶煤开采自燃煤层矿井主要的 防灭火技术手段之一，某些矿区注浆实施工艺突破传统的采空区埋管注浆方式，实现了顶 板走向钻孔注浆、穿层钻孔注浆、地面打钻注浆等多种注浆方式，同时在重点区域注浆时， 在泥浆中加入阻化剂等，取得了良好的效果。但对于宁煤、神东矿区煤层近水平赋存、井田 范围大、工作面走向长，导致地面固定注浆系统倍线过大，注浆扩散半径小，预防性注浆效 果差，加之传统的注浆防灭火方式需要对制浆、输浆系统进行超大规模设计，且受浆液流动 性影响，无法实现采空区的大范围覆盖，给防灭火工作留下隐患。
[0007] "两道两线"采动裂隙"0"形圈为复合采空区的主要漏风通道，是自然发火防控的 重点区域。对宁煤、神东矿区煤层采空区进行预注浆，可W有效封堵漏风(包括封堵上下采 空区间的裂隙)、惰化遗煤，而且时效较长，有利于减少上覆采空区对本煤层的影响W及下 层煤的安全开采。为杜绝浅埋深、近距离煤层群开采下超大采空区发生自然发火事故，有必 要实施预注浆工程，科学划分注浆范围，合理确定注浆区域，W实现按需注浆，优化井上下 联合区域性的注浆工艺，解决浆液管道长距离输送难题。
[0008] 具体来说，在从地面向上覆采空区开切眼注浆工程中，在一次性打注浆孔时弯曲 下沉带或/和进入裂隙带处出现塌孔，在浅埋深、近水平、近距离煤层群开采超大采空区时 局部本煤层开切眼等注浆区注浆，无法消除上覆采空区发火及本煤层发火，影响本煤层开 采，无法有效预防采空区遗煤自然发火，同时注浆量不能有效控制，造成浪费或不够，影响 工程进度。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是避免开采本层煤时上覆采空区发生自然发火事故和开采下层煤 时本煤层采空区发生自然发火事故，提供浅埋深、近水平、近距离煤层群开采的超大采空区 井上下联合区域性注浆方法。
[0010] 为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是提供了一种井上下联合 区域性注浆方法，包括①首先，获取上覆采空区开切眼注浆区走向长度Ltd,为工作面开切眼 位置至工作面采高调整结束之间的距离，一般在20-100米，上覆采空区开切眼注浆区倾向 长度Lgd,特征在于：按W下公式计算注浆量： 需±量计算：
式中：知--需上量，米3; 泣K一一富余系数，考虑与邻近采空区连通情况、泥浆收缩系数等综合影响，该系数应 根据各矿井工作面实际情况确定，取值范围为1-1. 5 ; H一一顶煤厚度，米； 查一一碎胀系数； A--注浆区走向长度，米，取A =Ltd; k一一注浆区倾向长度，米，取A = Lgd; M--孔隙率； P一一泥浆制成率系数； 需水量按式计算：
式中：毎K--需水量，米3; 技；--冲刷管路防止堵塞涌水量的备用系数； S-±水比的倒数； 确定上覆采空区开切眼总注浆量Qz=知*柱f ; 计算上覆采空区开切眼注浆孔数： N= int 化Sd/化）+1+1 式中：N-一上覆采空区开切眼注浆孔数，个； Lgd-一上覆采空区开切眼注浆区长度，米； r--上覆采空区开切眼注浆孔注浆扩散半径，米，一般在40-60米； 在上覆采空区开切眼注浆区倾向长度Lgd两端各布置一个钻孔，其余钻孔等距设置于 两个钻孔之间，计算上覆采空区开切眼每个注浆孔注浆量(1自=Q,/N，当弯曲下沉带深度 5米时，自地面打一裂隙带钻孔，深度至基岩下h ,= (1/80-1/30) hi, hi为裂隙带深度，下 一裂隙带套管，裂隙带钻孔与裂隙带套管之间注入水泥砂浆后，在裂隙带套管内再打一冒 落带钻孔，深度至顶煤，下一冒落带套管，深度至距离顶煤hd，hd=hm/l〇-hm/5, hm为冒落带高 度，在裂隙带套管与冒落带套管之间注入水泥砂浆后，由地面从冒落带套管向上覆采空区 开切眼注浆，每个注浆孔注浆量为。
[0011] 其中：当弯曲下沉带深度巧米时，自地面打一弯曲下沉带钻孔，深度hj= (10%-30%)h"，下一弯曲下沉带套管，在弯曲下沉带套管内打一裂隙带钻孔，深度至基岩下 h,= (1/80-1/30)hi, hi为裂隙带深度，下一裂隙带套管，弯曲下沉带套管与裂隙带套管之间 注入水泥砂浆后，在裂隙带套管内再打一冒落带钻孔，深度至顶煤，下一冒落带套管，深度 至距离顶煤hd=hm/l〇-hm/5, hm为冒落带高度，在裂隙带套管与冒落带套管之间注入水泥砂 浆后，由地面从冒落带套管向上覆采空区开切眼注浆，注浆量，对每个上覆采空区开切 眼注浆孔注浆。
[0012] 其中：②获取本煤层开切眼处注浆区走向长度Ltk,为从工作面开切眼位置至工作 面采高调整结束之间的距离，一般在20-100米，开切眼处注浆区倾向长度Lgk,为工作面倾 向长度，主运顺槽靠近切眼处注浆区走向长度Ltyk,为工作面走向长度的1/20~1/10,主运 顺槽靠近切眼处注浆区倾向长度Lwk,为主运顺槽宽度的1~1. 5倍，回风顺槽靠近切眼处 注浆区走向长度Lthk,为工作面走向长度的1/20~1/10,回风顺槽靠近切眼处注浆区倾向 长度Lghk,为回风顺槽宽度的1~1. 5倍，主运顺槽靠近停采线处注浆区走向长度Lw,为工 作面走向长度的1/20~1/10,主运顺槽靠近停采线处注浆区倾向长度Lw,为主运顺槽宽 度的1~1. 5倍，回风顺槽靠近停采线处注浆区走向长度Ltht,为工作面走向长度的1/20~ 1/10,回风顺槽靠近停采线处注浆区倾向长度Lght,为回风顺槽宽度的1~1. 5倍，停采线 处注浆区走向长度Ltt,为工作面调整采高开始位置至工作面停采线之间的距离，一般在 20-50米，停采线处注浆区倾向长度Lgt,为工作面倾向长度，开切眼处顶煤厚度Hk,停采线 处顶煤厚度&，两顺槽处顶煤厚度H。，按W下公式计算注浆量： 需±量计算：
式中：知--需上量，米3; 主要当取马=Ltk,'与:=Lsk,:袋=Hk/2时，也为开切眼处注浆需上重Q王k; 主要当取為=Ltyk,;马;=Ls、i，H= H。时，知为主运顺槽靠近切眼处注浆需±量9±,1<; 主要当取4 =Lthk,^ =Lshi,片=Hc时，知为回风顺槽靠近切眼处注浆需±量Q王hk; 主要当取与=Lty" f =Lsyt,遵=H。时，知为主运顺槽靠近停采线处注浆需±量9±,1; 主要当取琴;=Ltht，f =LswH = H。时，知为回风顺槽靠近停采线处注浆需±量9±^; 主要当取'琴=Ltt, .? =Lst,:;磁=Hs/2时，也为停义线处注浆需上重Q王t; 主二化一一富余系数，考虑与邻近采空区连通情况、泥浆收缩系数等综合影响，该系数应 根据各矿井工作面实际情况确定，取值范围为1-1. 5 ; 發一一顶煤厚度，米； %：：一一碎胀系数； .等--注浆区走向长度，米； %--注浆区倾斜长度，米； 踩一一孔隙率； P--泥浆制成率系数； 需水量按式计算： 式中：色K--需水量，米3;
主要当取知马±1^时，径A为开切眼处注浆需水量Q^Kk; 主要当取知马±,1^时，媒为主运顺槽靠近切眼处注浆需水量Q7K,k; 主要当取知马±hk时，島K为回风顺槽靠近切眼处注浆需水量Q7Khk; 主要当取知马±,t时，货为主运顺槽靠近停采线处注浆需水量 主要当取也马±ht时，每为回风顺槽靠近停采线处注浆需水量Q^Kht; 主要当取知马±1时，径A为停采线处注浆需水量; 马一一冲刷管路防止堵塞涌水量的备用系数； a -±水比的倒数； 确定本煤层开切眼处注浆量Ak=Q±k+Q^Kk; 主运顺槽靠近切眼处注浆量Q,,k=Q±,k+Q；iK,k; 回风顺槽靠近切眼处注浆量Ahk=Q±hk+Q7Khk; 主运顺槽靠近停采线处注浆量Q,,t=Q±,t+Q,K,t; 回风顺槽靠近停采线处注浆量Aht=Q±ht+Q^Kht; 停采线处注浆量Q,t=Q±t+Q水t; 根据W下公式计算本煤层开切眼处布置浆液释放口数： Ngk= int(Lsk/2R)+1+1 式中：Ngk-一开切眼处布置浆液释放口数，个； Lsk-一开切眼处注浆区长度，米； R一一浆液释放口注浆扩散半径，米，一般R=5-15米； 根据W下公式计算本煤层其它不同部位布置浆液释放口数： Ng= int〇V2R)+l 式中：Ng--浆液释放口数，个； 主要当取L=Lthk时，Ng为回风顺槽靠近切眼处浆液释放口数N ghk; 主要当取L=Lth拥，N g为回风顺槽靠近停采线处浆液释放口数N ght; L--注浆区长度，米； R一一浆液释放口 11注浆扩散半径，米，一般5-15米； 根据W下公式计算本煤层其它不同部位布置注浆插管数： Ng= int(L/Li)+l 式中：Ng-一注浆管数，个， 主要当取L=Lty拥，Ng为主运顺槽靠近切眼处注浆插管数N gzk; 主要当取L=Lty拥，Ng为主运顺槽靠近停采线处注浆插管数N 主要当取L=Lgt=时，Ng为停采线处注浆插管数Ngt; L--注浆区长度，米； Li一一注浆插管处两个密闭间联巷长度，米； 在本煤层开切眼处注浆区长度Lgk两端各布置一个浆液释放口，其余浆液释放口等距 设置于两个浆液释放口之间，