CN114562329A - 非封闭覆岩注浆充填隔离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非封闭覆岩注浆充填隔离方法，适用于煤矿覆岩注浆充填。主要包括如下步骤，判断覆岩内主采动裂隙的发育位置，施工大孔径L型隔离钻孔，将可膨胀的柔性囊袋传送至隔离钻孔水平段内，柔性囊袋整***于整个水平段内，柔性囊袋靠近隔离钻孔垂直段的一端设置有进口，进行注浆充填工作面的回采工作，回采过程中确保工作面推进、注浆钻孔注浆充填、隔离囊袋注水充填同步进行；最后通过进口注入高浓度的浆液替换隔离囊袋内的水。本发明通过隔离封闭注浆充填空间，阻止充填浆液向已采空侧腔体内扩散，使采动覆岩裂隙内注浆充填快速起压并减少充填材料的浪费、保证注浆充填效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种非封闭覆岩注浆充填腔体的隔离封闭方法，尤其适用于煤矿采动覆岩注浆充填开采中的充填工作面相邻采空区情况下采动裂隙腔体不封闭条件下的充填浆液扩散范围的控制。
背景技术
近年来，覆岩隔离注浆充填技术在“三下”采煤中发挥了积极作用，为煤矿企业解决压煤开采提供了新的思路，保障了采煤工作面上方建(构)筑物安全，该技术基本原理为通过对选定关键层下方的覆岩采动裂隙空间实施多组延伸至裂隙腔体内部的地面钻孔，在工作面回采过程中利用地面钻孔对采动裂隙腔体实施高压注浆充填，控制覆岩关键层变形和破断，阻止地表沉陷，有效保护地面建(构)筑物安全。
在覆岩隔离注浆充填技术的应用中，常遇到待充填工作面一侧或多侧采空情况，此类工况下的覆岩采动裂隙腔体并不是完全封闭的，若按照以往的方法进行实施，充填浆液扩散范围大，注浆效果受到影响，同时造成充填材料的巨大浪费。因此，针对充填工作面覆岩采动裂隙腔体不封闭的工况，亟需确定一种非封闭覆岩注浆充填腔体的隔离封闭方法。
目前，该领域此类工况下未见可用于采动裂隙腔体封闭的技术和方法。而针对覆岩采动裂隙腔体封闭方法的问题，现有手段一般为通过对浆液改性，调节浆液流动性控制其扩散范围，使浆液在充填采动裂隙一定范围内尽快起压。在工程实践中这一方法虽然可以加快充填采动裂隙起压速度，但由于浆材的改性成本高，且极易造成注浆钻孔堵塞而中断注浆，风险较大。虽然通过改性使得浆液的扩散范围减小，但减小的幅度并不理想。由于充填采动裂隙腔体不封闭导致充填量依旧十分庞大，造成充填材料过度浪费。因此，浆液改性充填成本较高，无法实现精准控制浆液扩散范围的目的，该问题的存在对覆岩注浆充填技术的发展和推广应用十分不利。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种成本低、耗时少、可靠性强、准确性高、控制方法简单的一种非封闭覆岩注浆充填腔体的隔离封闭方法，通过隔离封闭注浆充填空间，阻止充填浆液向已采空侧腔体内扩散的目的，使注浆充填快速起压并减少充填材料的浪费、保证注浆充填效果。
为实现上述技术目的，本发明的一种非封闭覆岩注浆充填隔离方法，包括如下步骤：
a.根据回采区域的钻孔柱状确定覆岩岩性，据此判断覆岩内主采动裂隙的发育位置，该主采动裂隙发育的位置即是注浆充填层位；
优选的，步骤a中，可以在已采工作面上方施工垂直钻孔用于探测主采动裂隙发育位置。
b.在注浆充填工作面的相邻采空侧、切眼以外一定距离处施工大孔径隔离钻孔，作为隔离囊袋的运送通道，隔离钻孔为L型定向钻孔，竖直段的终孔施工至注浆充填层位，水平段位于注浆充填层位内，水平段终点施工至停采线以外一定距离，水平段延伸方向与工作面推进方向平行；
优选的，步骤b中，当相邻采空侧具有采空残存采动裂隙时，则将采空残存采动裂隙作为隔离钻孔水平段的一部分。
c.利用柔性传送杆通过隔离钻孔将可膨胀的柔性囊袋定向传送至隔离钻孔水平段内，柔性囊袋整***于整个水平段内；
优选的，步骤c中，所述柔性囊袋为高强度的长圆柱状。
d.柔性囊袋靠近隔离钻孔垂直段的一端设置有进口，进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注水***的注水管路在孔口连接；在孔口处安装止逆阀与压力监测模块；注浆钻孔与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；
优选的，步骤d中，在注浆充填工作面靠近已采工作面的邻空侧、停采线以外一定距离处施工有垂直的接收钻孔，接收钻孔终孔与隔离钻孔水平段终点接通，柔性囊袋靠近接收钻孔的一端设置有出口，出口与设置在接收钻孔内的连接管路连接，连接管路末端的孔口处设置有阀门。
e.注浆充填工作面回采之前，首先对隔离囊袋进行初次充填，为防止隔离囊袋堵塞，充填的材料选择水，当止逆阀与压力监测模块监测的压力值不断增大至设计压力后停止初次充填工作；
优选的，步骤e中，设计压力要使得隔离囊袋与隔离钻孔水平段孔壁紧密贴合，水平段包含采空侧残存采动裂隙时，要使得隔离囊袋与采空侧残存采动裂隙上下边界紧密贴合，即要在注浆充填工作面回采之前就达到隔离封闭采动裂隙空间的目的。
f.进行注浆充填工作面的回采工作，回采过程中确保工作面推进、注浆钻孔注浆充填、隔离囊袋注水充填同步进行。
优选的，步骤f中，注浆钻孔注浆充填与隔离囊袋注水充填同时结束。
优选的，还包括步骤g.隔离囊袋注水充填结束后，将进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；打开阀门，通过进口注入高浓度的浆液替换隔离囊袋内的水，水自阀门流出，此时需保证注入的高浓度浆液速度不小于水流出的速度。
有益效果：本发明通过隔离封闭注浆充填空间，阻止充填浆液向已采空侧腔体内扩散，使采动覆岩裂隙内注浆充填快速起压并减少充填材料的浪费、保证注浆充填效果。本发明不影响注浆充填的正常实施，保证了其不间断进行和地表沉陷的控制效果，弥补了传统注浆充填采动裂隙腔体不封闭造成的充填采动裂隙起压速度缓慢、充填量大、无效注浆比例增加等问题。无需对充填浆液进行改性，只需施工隔离钻孔布置隔离囊袋即可，大大降低了充填成本。此外，本发明在注浆充填结束前向隔离囊袋中注水，无须考虑堵塞问题，注浆充填结束后通过注浆替换水保证后期的强度以及地表沉陷控制效果。
附图说明
图1是本发明隔离封闭方法沿工作面倾向的示意图；
图2是本发明隔离封闭方法的平面示意图；
图3是本发明两侧采空条件下的隔离封闭方法的平面示意图；
图中：1－覆岩采动裂隙空间；2－采空侧残存采动裂隙；3－注浆钻孔；4－隔离钻孔；5－隔离囊袋；6－柔性传送杆；7－注浆充填工作面；8－已采工作面；9－阀门；10－接收钻孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1-2所示，本发明的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，包括如下步骤：
a.根据回采区域的钻孔柱状确定覆岩岩性，据此判断覆岩内主采动裂隙的发育位置，该主采动裂隙发育的位置即是注浆充填层位，如图1中的覆岩采动裂隙空间1和采空侧残存采动裂隙2；
优选的，步骤a中，可以在已采工作面8上方施工垂直钻孔用于探测主采动裂隙发育位置。
b.在注浆充填工作面7靠近已采工作面8的相邻采空侧、切眼以外一定距离处施工大孔径隔离钻孔4，作为隔离囊袋5的运送通道，隔离钻孔4为L型定向钻孔，竖直段的终孔施工至注浆充填层位，水平段位于注浆充填层位内，水平段终点施工至停采线以外一定距离，水平段延伸方向与工作面推进方向平行；
优选的，步骤b中，当相邻采空侧具有采空残存采动裂隙2时，则将采空残存采动裂隙2作为隔离钻孔水平段的一部分。
c.利用柔性传送杆6通过隔离钻孔4将可膨胀的柔性囊袋5定向传送至隔离钻孔水平段内，柔性囊袋5整***于整个水平段内；
优选的，步骤c中，所述柔性囊袋为高强度的长圆柱状。
d.柔性囊袋5靠近隔离钻孔垂直段的一端设置有进口，进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注水***的注水管路在孔口连接；在孔口处安装止逆阀与压力监测模块(图中未示出)；注浆钻孔3与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；
优选的，步骤d中，在注浆充填工作面7靠近已采工作面8的邻空侧、停采线以外一定距离处施工有垂直的接收钻孔10，接收钻孔10终孔与隔离钻孔4水平段终点接通，柔性囊袋5靠近接收钻孔10的一端设置有出口，出口与设置在接收钻孔内的连接管路连接，连接管路末端的孔口处设置有阀门。
e.注浆充填工作面7回采之前，首先对隔离囊袋进行初次充填，为防止隔离囊袋堵塞，充填的材料选择水，当止逆阀与压力监测模块监测的压力值不断增大至设计压力后停止初次充填工作；
优选的，步骤e中，设计压力要使得隔离囊袋5与隔离钻孔水平段孔壁紧密贴合，水平段包含采空侧残存采动裂隙时，要使得隔离囊袋5与采空侧残存采动裂隙上下边界紧密贴合，即要在注浆充填工作面7回采之前就达到隔离封闭采动裂隙空间的目的。
f.进行注浆充填工作面7的回采工作，回采过程中确保工作面推进、注浆钻孔注浆充填、隔离囊袋注水充填同步进行。
优选的，步骤f中，注浆钻孔注浆充填与隔离囊袋注水充填同时结束。
优选的，还包括步骤g.隔离囊袋注水充填结束后，将进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；打开阀门，通过进口注入高浓度的浆液替换隔离囊袋内的水，水自阀门流出，此时需保证注入的高浓度浆液速度不小于水流出的速度。
回采过程中需对隔离囊袋持续进行注水，防止隔离囊袋在采动裂隙内滑移造成邻空边界通道打开充填工作面迅速泄压的问题出现；使其始终能够的封闭采动裂隙内的邻空边界，阻止充填浆液向采空侧残存采动裂隙扩散，且压力值始终维持在可达到平衡地层压力的范围内。
由于注浆充填工况、开采状况变化，采动裂隙尺寸和开度不断发生变化，在采煤工作面推进与注浆充填同步进行时，始终需要关注隔离囊袋内的动态压力变化，从而及时获取注浆层位邻空边界封堵和承压情况，并根据变化情况及时调整注浆充填参数。
如图3所示，当注浆充填工作面7为两侧采空时，仅需按照上述相同的步骤在两侧邻空侧皆施工上述隔离封闭***即可。
Claims (8)
1.非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.根据回采区域的钻孔柱状确定覆岩岩性，据此判断覆岩内主采动裂隙的发育位置，该主采动裂隙发育的位置即是注浆充填层位；
b.在注浆充填工作面的相邻采空侧、切眼以外一定距离处施工大孔径隔离钻孔，作为隔离囊袋的运送通道，隔离钻孔为L型定向钻孔，竖直段的终孔施工至注浆充填层位，水平段位于注浆充填层位内，水平段终点施工至停采线以外一定距离，水平段延伸方向与工作面推进方向平行；
c.利用柔性传送杆通过隔离钻孔将可膨胀的柔性囊袋定向传送至隔离钻孔水平段内，柔性囊袋整***于整个水平段内；
d.柔性囊袋靠近隔离钻孔垂直段的一端设置有进口，进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注水***的注水管路在孔口连接；在孔口处安装止逆阀与压力监测模块；注浆钻孔与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；
e.注浆充填工作面回采之前，首先对隔离囊袋进行初次充填，为防止隔离囊袋堵塞，充填的材料选择水，当止逆阀与压力监测模块监测的压力值不断增大至设计压力后停止初次充填工作；
f.进行注浆充填工作面的回采工作，回采过程中确保工作面推进、注浆钻孔注浆充填、隔离囊袋注水充填同步进行。
2.根据权利要求1所述的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于：步骤a中，通过在已采工作面上方施工垂直钻孔探测主采动裂隙发育位置。
3.根据权利要求1所述的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于：步骤b中，当相邻采空侧具有采空残存采动裂隙时，则将采空残存采动裂隙作为隔离钻孔水平段的一部分。
4.根据权利要求1所述的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于：步骤c中，所述柔性囊袋为高强度的长圆柱状。
5.根据权利要求3所述的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于：步骤d中，在注浆充填工作面靠近已采工作面的邻空侧、停采线以外一定距离处施工有垂直的接收钻孔，接收钻孔终孔与隔离钻孔水平段终点接通，柔性囊袋靠近接收钻孔的一端设置有出口，出口与设置在接收钻孔内的连接管路连接，连接管路末端的孔口处设置有阀门。
6.根据权利要求5所述的非封闭覆岩注浆充填隔离方法，其特征在于：步骤e中，设计压力要使得隔离囊袋与隔离钻孔水平段孔壁紧密贴合，水平段包含采空侧残存采动裂隙时，要使得隔离囊袋与采空侧残存采动裂隙上下边界紧密贴合，即要在注浆充填工作面回采之前就达到隔离封闭采动裂隙空间的目的。
7.根据权利要求6所述的隔离封闭方法，其特征在于：步骤f中，注浆钻孔注浆充填与隔离囊袋注水充填同时结束。
8.根据权利要求1或7所述的隔离封闭方法，其特征在于：还包括步骤g.隔离囊袋注水充填结束后，将进口通过设置在隔离钻孔垂直段内的连接管路与地面注浆***的注浆管路在孔口连接；打开阀门，通过进口注入高浓度的浆液替换隔离囊袋内的水，水自阀门流出，此时需保证注入的高浓度浆液速度不小于水流出的速度。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 刘建庄等: "区域采动裂隙实测与演化模拟", 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 * |
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