專利名稱：薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域井下疏水注漿工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤工藝，特別涉及一種薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域下煤層安全開采的井下疏水注漿工藝。
背景技術(shù)：
在一些煤炭儲(chǔ)量豐富的地方，例如中國的西北及內(nèi)蒙地區(qū)，煤炭資源十分豐富，但好多地區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形起伏較大，地貌以砂蓋的丘陵為主，大大小小的古沖溝與現(xiàn)有沖溝縱橫交錯(cuò)，溝谷中地下水以下降泉的形式補(bǔ)給地表水，與大氣降水形成了季節(jié)性和常年性河流，河水常年不斷地對(duì)溝谷下基巖沖刷、侵蝕，使得大量煤層處在薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域的覆蓋之下，給采煤造成了困難，由于煤層上方基巖薄、而基巖上方主要為富水的松散砂層，比如松散沙層，在開采時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶甚至垮落帶可以導(dǎo)通地表，松散砂層流動(dòng)性較強(qiáng)，可能在重力和水的作用下，沿開采造成的裂隙流入井下，造成潰水潰沙事故，甚至導(dǎo)致淹井等嚴(yán)重的后果。為了保證薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域下煤層的開采安全，根據(jù)采煤的方式，采用了不同的處理方法。比如當(dāng)采用房柱式開采時(shí)，降低此區(qū)域的回采率，回采率減小到30%左右，有時(shí)甚至不回采，這種方法雖然保證了回采的安全，卻造成了資源的極大浪費(fèi)；而對(duì)綜合機(jī)械化開采的礦井，在二十世紀(jì)九十年代前，主要是此區(qū)域下煤層大部分作為保安煤柱留設(shè)，重新開設(shè)切眼，設(shè)備“搬家倒面”，這種方法不但造成資源的浪費(fèi)，而且設(shè)備的搬遷費(fèi)動(dòng)輒千萬以上，增加了采煤成本。九十年代后期逐步采用提前治理再開采的方法，治理方法有以下幾種(I)地表抽水，地下排水；(2)地下排水，地面注漿；(3)地面抽水及注漿；(4)充填式開采。前三種方法都受到交通，地形地貌等自然條件、水電等施工條件以及社會(huì)人為因素的限制，附屬工程量大，有時(shí)甚至超過主體工程，第四種方法成本則較高。均未能很好地解決薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域下煤層安全開采的問題。另外，對(duì)富水區(qū)松散砂層進(jìn)行注漿處理，也有注漿工藝采用鉆桿作注漿管，孔口直接止?jié){進(jìn)行注漿固結(jié)，缺點(diǎn)是(1)、在疏放水階段，采用鉆桿疏水，疏放水效果差；(2)、在深孔注漿階段，鉆機(jī)必須配合注漿，每間隔一段時(shí)間，例如I小時(shí)左右就必須活動(dòng)鉆桿，以免鉆桿與凝固的漿液及松散砂層抱死。即便這樣，稍有不慎，還時(shí)常發(fā)生鉆桿被抱死的事故，造成鉆孔報(bào)廢，鉆桿損耗，且鉆機(jī)工作效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于解決薄基巖厚松散砂層富水區(qū)域下煤層安全開采的問題，提供一種高效、低成本的薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域的井下疏水注漿工藝。`為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域井下疏水注漿工藝，其特征在于，所述工藝包括
a.在薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域下煤層中施工探巷，為井下注漿提供工作場(chǎng)所；b.在井下探巷頂板上基巖中鉆進(jìn)，得到第一鉆孔；c.在步 驟b鉆出的第一鉆孔中插入孔口管，注漿將所述孔口管固結(jié)在第一鉆孔內(nèi)；d.對(duì)孔口管內(nèi)凝固漿液透孔后繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，拔出鉆進(jìn)設(shè)備，得到第二鉆孔；e.在鉆桿的空心內(nèi)置入深孔注漿管，對(duì)第二鉆孔重新鉆至設(shè)計(jì)深度，將鉆頭及深孔注漿管留在第二鉆孔內(nèi)，拔出鉆桿；f.利用深孔注漿管對(duì)富水區(qū)的松散砂層進(jìn)行疏放水；g.在深孔注漿管與第二鉆孔之間安裝淺孔注漿管，并通過淺孔注漿管注入水泥漿液，以固結(jié)深孔注漿管；h.淺孔注漿完成后，利用深孔注漿管對(duì)松散砂層進(jìn)行深孔注漿。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟a中所述探巷與工作面斜交，夾角為15-30度，并且所述探巷長度的50%-80%處于富水區(qū)域下方。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟b中，根據(jù)鉆孔的方位角、傾角，在探巷內(nèi)輻射狀布置鉆孔，使鉆孔的落點(diǎn)梅花型分布在待加固的富水區(qū)域，鉆孔落點(diǎn)間距為6-10m ;所述第一鉆孔的鉆進(jìn)深度為6 10m。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟c中，所述孔口管的外徑小于第一鉆孔的孔徑15-30mm，在注漿壓力不小于IMPa時(shí)，關(guān)閉注漿閥門，靜待10-15小時(shí)。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟d中，所述二開鉆進(jìn)所用鉆頭的直徑小于孔口管內(nèi)徑20-40_。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟d中，所使用的鉆頭為一次性鉆頭，所述深孔注漿管頂部為花管，所述花管長度大于松散砂層內(nèi)鉆孔長度2m 3m。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟g中，待漿液從深孔注漿管中流出時(shí)，關(guān)閉淺孔注漿閥門，注漿結(jié)束。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟h中所述深孔注漿過程中的漿液濃度逐步增大，所述深孔注漿在淺孔中的凝固體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后進(jìn)行，當(dāng)深孔注漿壓力大于5MPa，深孔對(duì)衆(zhòng)液的吸衆(zhòng)量小于30L/min,持續(xù)時(shí)間不小于30min時(shí)注衆(zhòng)結(jié)束。作為本發(fā)明方法的優(yōu)選方式，在步驟h中當(dāng)相鄰的鉆孔存在串漿現(xiàn)象時(shí)，所述相鄰的鉆孔同時(shí)進(jìn)行注漿。由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的井下疏水注漿工藝，通過對(duì)松散砂層的固結(jié)注漿，可使松散砂層形成膠結(jié)整體、塊狀或包裹物，待工作面回采至注漿區(qū)下方時(shí)，固結(jié)形成整體松散砂層可以充當(dāng)頂板，塊狀或包裹物充填頂板基巖切落形成的大裂隙導(dǎo)水通道，防治涌水潰砂。采用的一次性深孔注漿管代替了傳統(tǒng)的鉆桿注漿，使鉆機(jī)的工作效率翻了幾倍，同時(shí)也避免的鉆桿的損耗。保證煤炭安全、高效開采，還能節(jié)約成本，提高回采率，保護(hù)資源，以適應(yīng)現(xiàn)代綠色礦山發(fā)展趨勢(shì)就顯得尤為重要。


圖I為本發(fā)明中孔口管安裝的一種實(shí)施方式的示意圖；圖2本發(fā)明中深孔注漿管及淺孔注漿管安裝的一種實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。對(duì)于薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域，為了保證此區(qū)域下煤層的安全開采，擬對(duì)流動(dòng)性較強(qiáng)的松散砂層進(jìn)行注漿固結(jié)加固，使得松散砂層經(jīng)過注漿固結(jié)為整體，增加頂板的厚度，而對(duì)于連通性不好松散砂層沙層使之固結(jié)為塊體，減少工作面回采時(shí)頂板冒落帶涌水 潰砂量。具體的工藝如下第一步，進(jìn)行探巷施工在此區(qū)域下方的煤層中施工探巷，以便為井下注漿提供工作場(chǎng)所。優(yōu)選地，探巷按以下原則布置⑴、探巷與工作面的夾角在15-30度。⑵、使探巷長度的50%-80 %處于富水區(qū)域下方，以有利于減少鉆探的工作量。優(yōu)選地，在完成巷道支護(hù)、排水清淤、人員撤離通道的準(zhǔn)備工作后開始施工探巷。第二步，在探巷頂部的基巖內(nèi)進(jìn)行一開鉆進(jìn)(即第一次開鉆)在施工探巷時(shí)，為減小工程量并保證安全，應(yīng)該在能夠?qū)M加固的富水區(qū)域進(jìn)行注漿的前提下，施工探巷，然后在探巷內(nèi)，根據(jù)鉆孔的方位角、傾角，輻射狀布置鉆孔，使鉆孔的落點(diǎn)梅花型分布在擬加固的富水區(qū)域，鉆孔落點(diǎn)間距宜為3m 10m，優(yōu)選為6_10m。在確定好鉆孔位置后，使用大功率鉆機(jī)在井下探巷頂板施工鉆孔，得到第一鉆孔，優(yōu)選地，所述第一鉆孔的鉆進(jìn)深度為6-10m。第三步，安裝孔口管在第二步得到的第一鉆孔中插入孔口管，并在連接注漿管后向孔口管內(nèi)注衆(zhòng)，以固結(jié)孔口管。優(yōu)選地，所述孔口管的外徑比一開鉆進(jìn)得到的第一鉆孔的孔徑小15-30mm，以便漿液可以進(jìn)入鉆孔與孔口管之間，固結(jié)孔口管，為后續(xù)打孔注漿做準(zhǔn)備。圖I示出了孔口管安裝的一種實(shí)施方式，其中，在插入的孔口管5朝外的一端與第一鉆孔之間的間隙塞入樹脂卷6進(jìn)行封閉，同時(shí)設(shè)置一排氣管4以連通樹脂卷6的兩側(cè)，以便在注漿時(shí)排出孔口管中以及孔口管與第一鉆孔的間隙中的空氣?？卓诠?通過法蘭盤3連接注漿管路1，使用注漿泵壓入固管用水泥漿液，通過球閥2控制流量。在注漿壓力不小于IMPa時(shí)，關(guān)閉注漿閥門，靜待10-15h，保證漿液的凝固；為了確定注漿效果，還可以進(jìn)行壓水試驗(yàn)，注水壓力不小于IMPa后，持續(xù)時(shí)間不小于lOmin，孔口及周圍沒有滲水，進(jìn)行下一步。第四步，進(jìn)行二開鉆進(jìn)(即第二次開鉆)對(duì)孔口管內(nèi)凝固漿液透孔后繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，停止鉆進(jìn)，拔出鉆桿，得到第二鉆孔。優(yōu)選地，所述二開鉆進(jìn)所用鉆頭的直徑小于孔口管內(nèi)徑20-40mm。第五步，下入深孔注漿管在鉆桿的空心內(nèi)插入深孔注漿管，對(duì)第二鉆孔重新鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，將鉆頭及深孔注漿管留在第二鉆孔內(nèi)，拔出鉆桿，此時(shí)鉆桿可以使用大內(nèi)徑鉆桿，比如內(nèi)徑比所述深孔注漿管的外徑大10-20mm的鉆桿；鉆頭可以使用一次性鉆頭。為節(jié)省成本，所述深孔注漿管為PVC管，作為一次性注漿管。所述深孔注漿管頂部為花管，花管長度優(yōu)選大于松散砂層內(nèi)鉆孔長度2m 3m，從而可以在松散砂層及松散砂層下部的基巖及二者接觸面處進(jìn)行注漿。
在薄基巖厚松散砂層富水區(qū)域，所述第二鉆孔在鉆桿拔出后會(huì)被松散砂層填充，因此直接向第二鉆孔內(nèi)插入深孔注漿管根本不可行；而不進(jìn)行二開鉆進(jìn)，直接通過第五步下入深孔注漿管也會(huì)由于一次性鉆頭的鉆進(jìn)進(jìn)尺限制而難以進(jìn)行。圖2本發(fā)明中深孔注漿管及淺孔注漿管安裝的一種實(shí)施方式的示意圖，其中，基巖上方為富水的松散沙層，一次性鉆頭8和一次性PVC深孔注漿管7保留在第二鉆孔中，深孔注漿管7頂部為花管71，在孔口管5與深孔注漿管7之間還設(shè)有淺孔注漿管9。第六步，鉆孔疏放水利用深孔注漿管頂部的花管對(duì)富水區(qū)的松散砂層進(jìn)行疏放水。第七步，淺孔注漿在深孔注漿管與第二鉆孔之間安裝淺孔注漿管，并通過淺孔注漿管注入水泥漿液，從而固結(jié)深孔注漿管，為深孔注漿做準(zhǔn)備。具體地，可以類似于第三步，接上同徑壓蓋及連接注漿管路，用注漿泵壓入水泥漿液，待漿液從深孔注漿管中流出，說明此時(shí)所注漿液已接近含水松散砂層，關(guān)閉淺孔注漿閥門，注漿結(jié)束。 第八步，進(jìn)行深孔注漿淺孔注漿完成后，利用深孔注漿管進(jìn)行深孔注漿。注漿的機(jī)理對(duì)孔隙較大的松散砂層進(jìn)行固結(jié)，使之形成塊狀或整體，對(duì)連通性不好，孔隙較小的松散砂層，注漿機(jī)理為劈裂灌漿，利用劈開的裂縫使之形成不規(guī)矩的層狀或網(wǎng)狀包裹體，減少其流動(dòng)性。優(yōu)選地，所注漿液應(yīng)該逐步增大，例如開始注漿的水灰比為2:1，然后按1.5:1,1.2:1,1:1,0.8:1逐級(jí)加濃。為了使注漿更深入松散砂層，所述深孔注漿優(yōu)選地應(yīng)該在淺孔中的凝固體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后進(jìn)行，當(dāng)深孔注漿壓力大于5MPa，深孔對(duì)漿液的吸漿量小于30L/min，持續(xù)時(shí)間不小于30min時(shí)注衆(zhòng)結(jié)束。此外，如果相鄰的幾個(gè)鉆孔存在串漿現(xiàn)象時(shí)，這幾個(gè)鉆孔應(yīng)同時(shí)注漿。通過對(duì)松散砂層的固結(jié)注漿，可使松散砂層形成膠結(jié)整體、塊狀或包裹物，待工作面回采至注漿區(qū)下方時(shí)，固結(jié)形成整體松散砂層可以充當(dāng)頂板，塊狀或包裹物充填頂板基巖切落形成的大裂隙導(dǎo)水通道，防治涌水潰砂。
權(quán)利要求
1.一種薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域井下疏水注漿工藝，其特征在于，所述工藝包括 a.在薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域下煤層中施工探巷，為井下注漿提供工作場(chǎng)所； b.在井下探巷頂板上基巖中鉆進(jìn)，得到第一鉆孔； c.在步驟b鉆出的第一鉆孔中插入孔口管，注漿將所述孔口管固結(jié)在第一鉆孔內(nèi)； d.對(duì)孔口管內(nèi)凝固漿液透孔后繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，拔出鉆桿，得到第二鉆孔； e.在鉆桿的空心內(nèi)置入深孔注漿管，對(duì)第二鉆孔重新鉆至設(shè)計(jì)深度，將一次性鉆頭及深孔注漿管留在第二鉆孔內(nèi)，拔出鉆桿； f.利用深孔注漿管對(duì)富水區(qū)的松散砂層進(jìn)行疏放水； g.在深孔注漿管與第二鉆孔之間安裝淺孔注漿管，并通過淺孔注漿管注入水泥漿液，以固結(jié)深孔注漿管； h.淺孔注漿完成后，利用深孔注漿管對(duì)松散砂層進(jìn)行深孔注漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟a中所述探巷與工作面斜交，夾角為15-30度，并且所述探巷的長度的50%-80%處于富水區(qū)域下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟b中，根據(jù)鉆孔的方位角、傾角，在探巷內(nèi)輻射狀布置鉆孔，使鉆孔的落點(diǎn)分布在待加固的富水區(qū)域，鉆孔落點(diǎn)間距為6-10m ；所述第一鉆孔的鉆進(jìn)深度為6 10m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟c中，所述孔口管的外徑小于第一鉆孔的孔徑15-30mm，在注漿壓力不小于IMPa時(shí)，關(guān)閉注漿閥門，靜待10-15小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟d中，所述二開鉆進(jìn)所用鉆頭的直徑小于孔口管內(nèi)徑20-40mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟d中，所使用的鉆頭為一次性鉆頭，所述深孔注漿管頂部為花管，所述花管的長度比松散砂層內(nèi)鉆孔的長度大2m 3m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟g中，待水泥漿液從深孔注漿管中流出時(shí)，關(guān)閉淺孔注漿閥門，淺孔注漿完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟h中所述深孔注漿過程中的漿液濃度逐步增大，所述深孔注漿在淺孔中的凝固體強(qiáng)度達(dá)到5MPa后進(jìn)行，當(dāng)深孔注漿壓力大于5MPa，深孔對(duì)漿液的吸漿量小于30L/min，持續(xù)時(shí)間不小于30min時(shí)注漿結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝，其特征在于，在步驟h中當(dāng)相鄰的鉆孔存在串漿現(xiàn)象時(shí)，所述相鄰的鉆孔同時(shí)進(jìn)行注漿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄基巖、厚松散砂層富水區(qū)域井下疏水注漿工藝，包括在探巷中施工第一鉆孔、安裝孔口管、注漿、施工第二鉆孔、安裝深孔注漿管、疏水、安裝淺孔注漿管并依次進(jìn)行淺孔注漿和深孔注漿。通過對(duì)松散砂層的固結(jié)注漿，可使松散砂層形成膠結(jié)整體、塊狀或包裹物，待工作面回采至注漿區(qū)下方時(shí)，固結(jié)形成整體松散砂層可以充當(dāng)頂板，塊狀或包裹物充填頂板基巖切落形成的大裂隙導(dǎo)水通道，防治涌水潰砂，并且采用一次性深孔注漿管代替了鉆桿注漿，使鉆機(jī)的工作效率翻了幾倍，同時(shí)也避免的鉆桿的損耗。
文檔編號(hào)E21D11/10GK102926770SQ20121044409
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者楊俊哲, 王振榮, 宋立兵, 王智欣, 宋亞新, 李雄偉 申請(qǐng)人:中國神華能源股份有限公司, 神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司