專利名稱：用于采煤工作面破碎頂板的加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦采煤工作面的安全技術(shù)操作領(lǐng)域，具體是應(yīng)用于在采煤工作面復(fù)合型松軟破碎頂板的加固方法。
背景技術(shù)：
目前，復(fù)合型松軟破碎頂板嚴(yán)重威脅著工作面正常生產(chǎn)，多數(shù)大采高綜采工作面因?yàn)榇嬖诖祟悧l件頂板，使得工作面在回采過程中，多次出現(xiàn)大面積漏頂事故，工作面被迫停產(chǎn)，嚴(yán)重影響采煤工作面安全高效生產(chǎn)。而現(xiàn)有針對(duì)復(fù)合型松軟破碎頂板加固的方法，主要存在以下幾種處理方法挑頂架棚做人工假頂，掛金屬網(wǎng)，注水泥砂漿、注化學(xué)漿(代表性漿液為聚亞胺膠酯材料，俗稱馬麗散)。但是上述方法，存在以下不足·⑴挑頂架棚做人工假頂其勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，且工作面安全推過架棚段后，若采煤工作面再次漏頂又得重新挑頂架棚，施工周期長(zhǎng)，影響生產(chǎn)，安全性差；⑵掛金屬網(wǎng)及注水泥砂漿對(duì)于膠結(jié)程度差，頂板較破碎時(shí)，水泥砂漿大部分進(jìn)入巖層裂隙中，導(dǎo)致注漿時(shí)間太長(zhǎng)，另外水泥砂漿的凝固時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，不能及時(shí)加固頂板，導(dǎo)致加固效果不理想，甚至加固失??；(3)注化學(xué)漿常用馬麗散作為加固材料，此種方法是目前比較新穎、高效的控制破碎頂板的方法，因其具有安全、黏度低，黏合力強(qiáng)，柔韌性好，可提高煤巖支撐力，機(jī)械阻力高等優(yōu)點(diǎn)而被多數(shù)礦井作為處理工作面片幫及漏頂事故的首選，然而此種方法成本較高，且對(duì)于采高較大，冒頂區(qū)域大，頂板較破碎的工作面，單靠注馬麗散是無法解決漏頂事故發(fā)生的。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110457707. 1，公開一種薄煤層托管式充填系統(tǒng)，利用布置在工作面上的充填主管、高位充填鋼管、高壓膠管和多根充填管構(gòu)成，但是此結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，成本較高。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01110282904. 4，公開了一種巷道迎頭極破碎頂板控制方法，通過在巷道掘進(jìn)迎頭布置錨桿支護(hù)鉆孔，然后在最外一排垂直鉆孔中安裝自鉆普通錨桿配合鋼筋帶臨時(shí)護(hù)頂，最后在其余排傾斜鉆孔中安裝自鉆注漿錨桿向前方破碎頂板中進(jìn)行注漿來實(shí)現(xiàn)目的。但此種方法并不適合采煤工作面的回采。為了解決上述問題，減小復(fù)合型松軟破碎頂板對(duì)工作面安全生產(chǎn)的威脅已成為當(dāng)務(wù)之急，克服上述方法存在的不足，特提出了一種采煤工作面破碎頂板的加固方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于采煤工作面破碎頂板的加固方法，特別在大采高綜采工作面復(fù)合型松軟破碎頂板中，其加固效果明顯，能最大程度的避免端面漏冒及煤壁片幫事故的發(fā)生。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)用于采煤工作面破碎頂板的加固方法，其步驟特征在于
第一步依據(jù)采煤工作面具體的地質(zhì)條件，在煤層頂板破碎區(qū)域或異常帶邊緣，沿平行于采煤工作面方向施工一條措施巷道，所述措施巷道沿挑煤層頂板掘進(jìn)，其斷面要適中，支護(hù)可靠即可；所述措施巷道位于采煤工作面軌道順槽和采煤工作面運(yùn)輸順槽之間。第二步措施巷道貫通后及時(shí)施工調(diào)節(jié)風(fēng)窗，然后在采煤工作面軌道順槽中，在高于煤層頂板法向距離200 500mm范圍內(nèi) ，沿平行于采煤工作面方向施工鉆孔，孔間距500 IOOOmm之間，其距頂板的法向距離和孔間距依據(jù)具體的工程地質(zhì)條件而定，鉆孔數(shù)量要布滿整個(gè)受漏頂威脅的區(qū)域；同時(shí)，在措施巷道中，在高于煤層頂板法向距離500 IOOOmm范圍內(nèi)且沿垂直于采煤工作面方向施工鉆孔，孔間距500 IOOOmm之間，其鉆孔深度和數(shù)量依據(jù)煤層頂板破碎區(qū)域的范圍和破碎情況而定；所述鉆孔期間每個(gè)鉆孔施工完以后要及時(shí)裝入注漿管，并將與孔深一致的鋼絲繩裝入鉆孔內(nèi)，封孔并裝上注漿連接件。第三步連接好注漿管路，將水泥漿液攪勻，啟動(dòng)注漿泵，往鉆孔中注水泥漿液，直到注漿壓力穩(wěn)定一段時(shí)間或有跑漿現(xiàn)象發(fā)生時(shí)停止注漿。若頂板條件較差，可在上述的鉆孔之間補(bǔ)打若干注漿孔，向頂板破碎區(qū)域注化學(xué)漿液(馬麗散或固瑞特等加固劑)達(dá)到輔助加固圍巖的目的。本發(fā)明方法中所述鋼絲繩選由礦用Φ 15. 5mm、廢舊鋼絲繩構(gòu)成或用普通礦用Φ 15. 24mm錨索代替，其長(zhǎng)度和截面直徑要與鉆孔深度和孔徑配套。所述水泥型號(hào)選用適宜，強(qiáng)度要高，保證注漿后的凝結(jié)時(shí)間和與圍巖體的凝結(jié)強(qiáng)度。所述化學(xué)注漿材料選用馬麗散或其他圍巖注漿加固材料。在上述方法中需要鉆機(jī)、注漿泵各一臺(tái)以及攪拌桶和注漿管路，吸管，密封設(shè)備等。所述注漿管每3m—根，注漿管一端為外螺紋結(jié)構(gòu)，一端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，兩注漿管直接通過內(nèi)外螺紋裝配，準(zhǔn)備數(shù)根。在本發(fā)明中通過平行于采煤工作面方向和垂直于采煤工作面方向的鉆孔，然后加裝鋼絲繩、之后注漿的方法，最終形成了一個(gè)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的加固層。本發(fā)明的有益效果是通過實(shí)施該方法后，利用鋼絲繩和漿液共同作用達(dá)到加固破碎頂板的目的，其中鋼絲繩與破碎煤巖體之間通過注漿漿液形成固結(jié)，鋼絲繩起到加筋強(qiáng)化煤巖體的作用。而漿液不僅能夠通過滲透作用，充填破碎圍巖體中存在的裂隙，起到加固煤巖體的作用，而且能夠?qū)摻z繩固定在煤巖體中，形成加固體。最后通過平行于采煤工作面方向和垂直于采煤工作面方向的鉆孔，裝鋼絲繩、之后注漿，最終形成了一個(gè)具有一定的承載能力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的加固層。該方法所形成的獨(dú)特的空間網(wǎng)格加固結(jié)構(gòu)，不僅克服了單一注漿加固效果不明顯，成本高的缺點(diǎn)，而且克服了架棚處理破碎頂板勞動(dòng)強(qiáng)度大，周期長(zhǎng)且不能從根本上解決漏頂事故的缺點(diǎn)，對(duì)破碎頂板的加固效果明顯。同時(shí)該方法兼具注漿加固的優(yōu)點(diǎn)，配合專門掘出的措施巷道，使其不受時(shí)間和空間的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)在煤層開采之前對(duì)復(fù)合型薄層破碎頂板的預(yù)加固，以及煤層開采期間對(duì)存在漏頂威脅區(qū)域的加固，最大限度的保證工作面安全回采。最后鋼絲繩的安裝方便快捷，只要注漿管安裝順利，鋼絲繩會(huì)以注漿管為導(dǎo)向軌，能快速的裝入孔底。


圖I為本發(fā)明采煤工作面破碎頂板加固時(shí)平面布置示意圖；圖2為圖I中平行于工作面方向的剖面圖；
圖3為圖I中采煤工作面破碎頂板處垂直方向的剖面圖；圖4為圖I中采煤工作面破碎頂板處平行方向的剖面圖；圖5為注漿管示意圖；圖6為鋼絲繩與注漿管裝配剖面示意圖；圖7為工作面破碎頂板空間網(wǎng)格加固結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖8為圖7左面局部放大視圖；圖9為圖7正面局部放大視圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例和圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例I :本實(shí)施例以某礦大采高工作面為具體研究對(duì)象，該采煤工作面在回采期間經(jīng)歷了四次較大的漏頂事故，嚴(yán)重影響了工作面安全生產(chǎn)，該礦先后采用了架棚、注水泥漿、注化學(xué)漿等手段，然而效果不明顯，之后仍會(huì)出現(xiàn)漏頂事故。漏頂區(qū)域主要集中在工作面上部，如圖I所示，該采煤工作面I地質(zhì)情況復(fù)雜，在如圖2、圖3和圖4所示，老頂為9，復(fù)合型薄層狀破碎直接頂10，煤層11，煤層底板12。三位地震勘探表明其為煤層異常區(qū)域，頂板破碎，同時(shí)采煤工作面I采高較大，這又加劇了工作面片幫漏頂事故發(fā)生的機(jī)率。依據(jù)本發(fā)明用于采煤工作面破碎頂板的加固方法，結(jié)合圖I、圖5至圖9所示，具體加固方法步驟如下I.準(zhǔn)備好圍巖注漿加固的工具、材料，必要的儀器設(shè)備。鋼絲繩13選由礦用Φ 15. 5mm、廢舊鋼絲繩構(gòu)成或用普通礦用Φ 15. 24mm錨索代替，其長(zhǎng)度和截面直徑要與鉆孔深度和孔徑配套。水泥型號(hào)選用適宜，強(qiáng)度要高，保證注漿后的凝結(jié)時(shí)間和與圍巖體的凝結(jié)強(qiáng)度?；瘜W(xué)注漿材料選用馬麗散或其他圍巖注漿加固材料。同時(shí)備好鉆機(jī)、注漿泵各一臺(tái)以及攪拌桶和注漿管路，吸管，密封設(shè)備等。其中注漿管14每3m—根，注漿管14 一端為外螺紋結(jié)構(gòu)16，一端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)17，在注漿管14上制有若干個(gè)出漿孔15 (參見圖5)，兩注漿管14直接通過內(nèi)外螺紋裝配，準(zhǔn)備數(shù)根。2.在煤層頂板破碎區(qū)域7，沿平行于采煤工作面方向施工一條措施巷道3，措施巷道3沿挑煤層頂板掘進(jìn)，其斷面要適中，支護(hù)可靠即可，其中措施巷道3位于采煤工作面軌道順槽4和采煤工作面運(yùn)輸順槽5之間(參見圖I)。在措施巷道3貫通后施工安裝調(diào)節(jié)風(fēng)窗6，然后在采煤工作面軌道順槽4中，在高于煤層頂板法向距離200 500mm范圍內(nèi)，沿平行于采煤工作面I方向施工鉆孔，孔間距500 1000mm之間，鉆孔數(shù)量要布滿整個(gè)受漏頂威脅的區(qū)域。同時(shí)，在措施巷道3中，在高于煤層頂板上且沿垂直于采煤工作面方向施工鉆孔。鉆孔期間每個(gè)鉆孔施工完以后要及時(shí)裝入注漿管14，并將與孔深一致的鋼絲繩13裝入鉆孔內(nèi)(參見圖6所示)，封孔并裝上注漿連接件。3.往鉆好的注漿孔中順次裝入注漿管14，保證每個(gè)注漿管體連接完好，直到到達(dá)各鉆孔底部，然后緩慢裝入長(zhǎng)鋼絲繩13，之后封孔，接上注漿連接件，連接好注漿管路，注入水泥漿液，水泥漿液沿著出漿孔15溢出，直到注漿壓力穩(wěn)定一段時(shí)間或有跑漿現(xiàn)象發(fā)生時(shí)停止注漿，按照同樣的方法，依次在采煤工作面軌道順槽4和采煤工作面運(yùn)輸順槽5中把平行于工作面方向和垂直于工作面方向的鉆孔裝入長(zhǎng)鋼絲繩13并注滿水泥漿液，最終加固形成空間網(wǎng)格加固結(jié)構(gòu)7 (參見圖7、圖8和圖9)。按照本發(fā)明加固頂板以后，工作面回采期間，未發(fā)現(xiàn)漏頂事故，徹底解決了工作面漏頂問題，為工作面安全生產(chǎn)提供了保障。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.用于采煤工作面破碎頂板的加固方法，其特征在于 第一步依據(jù)采煤工作面具體的地質(zhì)條件，在煤層頂板破碎區(qū)域或異常帶邊緣，沿平行于采煤工作面方向施工一條措施巷道，所述措施巷道沿挑煤層頂板掘進(jìn)，其斷面要適中，支護(hù)可靠即可； 第二步措施巷道貫通后及時(shí)施工調(diào)節(jié)風(fēng)窗，然后在采煤工作面軌道順槽中，在高于煤層頂板法向距離200 500mm范圍內(nèi)，沿平行于采煤工作面方向施工鉆孔，孔間距500 IOOOmm 之間； 同時(shí)，在措施巷道中，在高于煤層頂板法向距離500 IOOOmm范圍內(nèi)且沿垂直于采煤工作面方向施工鉆孔，孔間距500 IOOOmm之間； 所述鉆孔期間每個(gè)鉆孔施工完以后要及時(shí)裝入注漿管，并將與孔深一致的鋼絲繩裝入鉆孔內(nèi)，封孔并裝上注漿連接件； 第三步連接好注漿管路，將水泥漿液攪勻，啟動(dòng)注漿泵，往鉆孔中注水泥漿液，直到注漿壓力穩(wěn)定一段時(shí)間或有跑漿現(xiàn)象發(fā)生時(shí)停止注漿； 若頂板條件較差，可在上述的鉆孔之間補(bǔ)打若干注漿孔，向頂板破碎區(qū)域注化學(xué)漿液，輔助加固，形成了一個(gè)具有承載能力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的加固層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述措施巷道位于采煤工作面軌道順槽和采煤工作面運(yùn)輸順槽之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述鉆孔的距頂板的法向距離和孔間距依據(jù)具體的工程地質(zhì)條件而定，鉆孔數(shù)量要布滿整個(gè)受漏頂威脅的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述鋼絲繩選由礦用Φ15. 5mm、廢舊鋼絲繩構(gòu)成或用普通礦用Φ15. 24_錨索代替，其長(zhǎng)度和截面直徑要與鉆孔深度和孔徑配套。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述水泥型號(hào)選用適宜，強(qiáng)度要高，保證注漿后的凝結(jié)時(shí)間和與圍巖體的凝結(jié)強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述化學(xué)注漿材料選用馬麗散或其他圍巖注漿加固材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于所述注漿管每3m—根，注漿管一端為外螺紋結(jié)構(gòu)，一端為內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，兩注漿管直接通過內(nèi)外螺紋裝配。
全文摘要
用于采煤工作面破碎頂板的加固方法，涉及煤礦采煤工作面的安全技術(shù)領(lǐng)域，利用鋼絲繩和漿液共同作用達(dá)到加固破碎頂板的目的，該方法所形成的獨(dú)特的空間網(wǎng)格加固結(jié)構(gòu)，不僅克服了單一注漿加固效果不明顯，成本高的缺點(diǎn)，而且克服了架棚處理破碎頂板勞動(dòng)強(qiáng)度大，周期長(zhǎng)且不能從根本上解決漏頂事故的缺點(diǎn)，對(duì)破碎頂板的加固效果明顯。同時(shí)該方法兼具注漿加固的優(yōu)點(diǎn)，配合專門掘出的措施巷道，使其不受時(shí)間和空間的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)在煤層開采之前對(duì)復(fù)合型薄層破碎頂板的預(yù)加固，以及煤層開采期間對(duì)存在漏頂威脅區(qū)域的加固，最大限度的保證工作面安全回采。
文檔編號(hào)E21D11/10GK102877858SQ20121036180
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者涂敏, 段昌晨, 程樺, 唐永志, 付寶杰, 張華磊, 張向陽(yáng) 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)