J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法

2023-07-16 11:04:31

J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法
【專利摘要】本發明公開了一種J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，步驟1：依據需加固軟弱採煤工作面上覆風氧化基巖帶位置和面積大小，確定J型主注漿孔位置、數量及其相鄰J型主注漿孔間距；步驟2：鑽探J型主注漿孔，該J型主注漿孔包括直孔段、造斜段和水平段；步驟3：根據水平注漿段長度，在每個J型主注漿孔的周圍設置2～4個羽翼分支孔；步驟4：對J型水平羽翼分支孔採用前進式注漿方式進行注漿。本發明的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，具有可有效地提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層的預注漿加固效果、防止採煤工作面壓架等事故發生、提高採煤工作的安全可靠性等優點。
【專利說明】J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於礦井建設領域，涉及涉及一種J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法。【背景技術】
[0002]注漿技術通常以注漿泵為動力源，利用注漿泵提供的壓力，將配製好的、具有充塞膠結性能的漿液，通過輸漿管路和注漿孔注入到含水或軟弱鬆散巖(土)層中，使漿液以充填或滲透等形式擴散到上述地層的裂隙、孔隙或空洞中，待漿液凝結後封堵裂隙、隔絕水路、固結鬆散巖(土)體、充填空洞，從而起到堵水或加固作用。在煤礦建設中的注漿技術按注漿目的分類，可分為立井地面預注漿、立井工作面預注漿和斜井(巷)、平巷工作面預注漿。
[0003]在風氧化帶薄基巖無關鍵層條件下，此類採煤工作面回採時，隨著工作面的持續回採，頂板經歷3-4個小周期後，巖層運動影響到上部高位巖層運動，會出現一次大範圍的破斷、整體移動(大周期)，如此的循環規律與一般覆巖條件的工作面上覆巖層運動規律是不同的。當小周期來壓時，工作面液壓支架一般可以承受，但產生大周期來壓時，大範圍破斷的巖層整體性移動所產生的載荷將由矸石及液壓支架共同承擔，當上覆巖層荷載過大超出液壓支架的承載能力時，嚴重的會造成壓架事故。
[0004]為了最大限度的減輕工作面回採時上覆巖層大周期來壓礦壓顯現劇烈程度，避免發生壓架事故，可以採用注漿方法對工作面上覆風氧化基巖帶進行注漿加固，即在工作面頂板巖層中人工構築一層主關鍵層，以防止採煤工作面壓架事故發生。常規的注漿方法是採用巷道工作面預注漿，掘進至含水層或斷層破碎帶時(預留一定厚度)，停止掘進，按設計要求預留止漿巖帽或者施工止漿牆，然後從工作面鑽孔注漿，進行堵水或加固後可再恢復井巷施工。但巷道工作面注漿施工注漿段較小，佔用巷道工期，空間受限。而工作面上覆風氧化基巖帶範圍較大，巷道工作面預注漿不適用這種地質狀況。
[0005]立井地面預注漿通常在井筒開挖以前，從地面打鑽孔對含水和破碎巖層預先進行注漿，地面預注漿可在施工準備期進行，且作業條件好，安全。
[0006]針對採煤工作面上方具有較大面積的上覆風氧化基巖帶，並為了充分利用了地面預注漿的優點，在地面就對風氧化帶薄基巖進行加固，本發明提出了一種J型水平羽翼分支孔的注漿孔布置方式，結合定向鑽孔技術和水平預注漿技術，進行採煤工作面頂板風氧化基巖帶的地面預注漿施工。由於螺杆鑽具的問世，確保了 J型水平羽翼分支孔成孔質量，有效地提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層的預注漿加固效果。當鑽孔到達預定孔深之後，沿水平方向進行鑽孔，其豎向剖面呈J型，水平向鑽孔呈羽翼狀分布。這是一種比較新穎的地面預注漿孔布置方式，結合了地面預注漿的優點，有效地提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層的預注漿加固效果。
[0007]本發明採用J型水平羽翼分支孔布孔方式，對採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層進行地面預注漿，可大幅減少直孔段鑽孔量，並且注漿壓力高，漿液擴散距離遠，有效提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層預注漿加固效果。[0008]另外，隨著礦井開發深度的不斷增大，地質條件複雜，斷層、破碎帶等軟弱複雜地層對深井連接硐室群和運輸大巷圍巖穩定性和支護體系的安全威脅越發嚴重，為了改善圍巖力學特性，採用J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法對井底車場大斷面巷道，如馬頭門及其相關硐室群、中央水泵房、中央變電所和交叉點三角帶處軟弱破碎圍巖進行地面預注漿加固，可確保深井連接硐室群和運輸大巷施工安全。

【發明內容】

[0009]本發明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供了一種J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，以提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶預注漿加固效果、提高採煤工作的安全可靠性。
[0010]本發明實施前，首先對採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層進行取樣，測試各層巖樣的物理力學參數，主要包括:孔隙率、含水率、密度、抗壓和抗拉強度等，以便確定注漿參數和注漿材料。本發明實施後，在採煤工作面迴風順槽8、膠帶機順槽10和切眼處，向上鑽取巖芯，測試注漿後巖石物理力學性能，評價採煤工作面9上覆風氧化基巖帶地層注漿效果及其穩定性。
[0011]本發明J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:首先，依據需加固軟弱採煤工作面上覆風氧化基巖帶位置和面積大小，確定J型主注漿孔的位置、數量及其相鄰主注漿的孔間距；所述J型主注漿孔開孔位置和鑽孔起平點的距離L取200?300m，數量2?3個、間距a —般為20?30m ；
[0013]步驟2:其次，在地表處鑽探J型主注漿孔，該J型主注漿孔包括直孔段、造斜段和水平段；
[0014]步驟3:根據水平注漿段長度，在每個J型主注漿孔的兩側設置2?4個羽翼分支孔；
[0015]步驟4:對J型水平羽翼分支孔採用前進式注漿方式進行注漿。
[0016]本發明J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法的特點也在於:
[0017]所述步驟I中，所述J型主注漿孔開孔位置和鑽孔起平點的距離L為200?300m，數量2?3個、間距a —般為20?30m。
[0018]所述步驟I中，每兩個相鄰的羽翼分支孔的間距c為40m左右。
[0019]所述步驟4中，J型主注漿孔的直孔段(3)和造斜段(4)下套管並固井結束後，施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿水平段(5)，並在J型主注漿孔的造斜段(4)底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，達到注漿設計要求後，取出造斜段(4)底部止漿塞，對前述30m裸孔注漿段水平鑽孔進行掃孔，再向前施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿段，並在前述造斜段底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，如此反覆，直到整個需注漿區域達到預定的要求。
[0020]與已有技術相比，本發明有益效果體現在:
[0021]本發明的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，利用定向鑽孔技術，結合地面預注漿的優點對水平向的風化基巖帶進行預注漿，解決了巷道工作面預注漿注漿段較小，佔用巷道工期，空間受限的問題。
[0022]本發明還可用於井底車場大斷面巷道，如馬頭門及其相關硐室群、中央水泵房、中央變電所和交叉點三角帶處軟弱破碎圍巖地面預注漿加固。[0023]本發明的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，具有可有效地提高採煤工作面上覆風氧化基巖帶地層的預注漿加固效果、防止採煤工作面壓架等事故發生、提高採煤工作的安全可靠性等優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為J型水平羽翼分支孔的主注漿孔的豎向剖面示意圖；
[0025]圖2為J型水平羽翼分支孔的主注漿孔的平面布置示意圖；
[0026]圖3為【具體實施方式】豎向剖面示意圖；
[0027]圖4為【具體實施方式】平面布置示意圖；
[0028]圖中標號說明如下:
[0029]I第一主注漿孔，2第二主注漿孔，3直孔段，4造斜段，5水平段，6地表，7風化基巖段，8迴風順槽，9工作面，10膠帶機順槽。
[0030]圖中標記含義如下:
[0031]a—相鄰主注漿孔的間距，b—風氧化基巖帶寬度，c一羽翼分支孔間距，d—分支孔的軸向長度，h—注漿孔直孔深度，s—風氧化帶基巖長度，L一主注漿孔(I，2)開孔位置和鑽孔起平點的距離
【具體實施方式】
[0032]針對某礦某一採區，採用J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，參見附圖1?圖2，其包括以下步驟:
[0033]1、首先，依據需加固軟弱採煤工作面上覆風氧化基巖帶位置和面積b' S，確定J型主注漿孔位置、數量及相鄰主注漿孔間距；所述J型主注漿孔開孔位置和鑽孔起平點的距離L為240m,數量2個、間距a為30m
[0034]2、在地表6處鑽探J型主注漿孔，該J型主注漿孔包括直孔段200m、造斜段240m和水平段200m ;如圖3所示，J型主注漿孔包括第一主注漿孔I和第二主注漿孔2，利用定向鑽進技術進行施工，水平孔位於需注漿區域；
[0035]步驟3:根據水平注漿段長度，在每個J型主注漿孔的周圍設置3個羽翼分支孔；如圖3所示，每兩個相鄰的羽翼分支孔之間的間隔c為40m ;
[0036]步驟4:對J型水平羽翼分支孔採用前進式注漿方式進行注漿。注漿材料和參數依據巖石物理力學性質確定。這裡採用單液水泥漿，水灰比1:1。J型主注漿孔的直孔段3和造斜段4下套管並固井結束後，施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿水平段5，並在J型主注漿孔的造斜段4底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，達到注漿設計要求後，取出造斜段4底部止漿塞，對前述30m裸孔注漿段水平鑽孔進行掃孔，再向前施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿段，並在前述造斜段底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，如此反覆，直到整個需注漿區域達到預定的要求。
[0037]以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，其特徵是，包括以下步驟: 步驟1:首先，依據需加固軟弱採煤工作面上覆風氧化基巖帶位置和面積大小，確定J型主注漿孔(1，2)位置、數量及其相鄰J型主注漿孔間距；(所述J型主注漿孔開孔位置和鑽孔起平點的距離L為200?300m，數量2?3個、間距a —般為20?30m) 步驟2:其次，在地表(6 )處鑽探J型主注漿孔(I，2 )，該J型主注漿孔(I，2 )包括直孔段(3)、造斜段(4)和水平段(5);(如圖1所示，J型主注漿孔包括第一主注漿孔I和第二主注漿孔2，利用定向鑽進技術進行施工，水平孔位於需注漿區域；) 步驟3:根據水平注漿段長度，在每個J型主注漿孔的周圍設置2?4個羽翼分支孔；(如圖2所示，每兩個相鄰的羽翼分支孔之間的間隔c為40m左右；) 步驟4:對J型水平羽翼分支孔採用前進式注漿方式進行注漿。(注漿材料和參數依據巖石物理力學性質確定。各層巖樣的物理力學參數，主要包括:孔隙率、含水率、密度、抗壓和抗拉強度等。例如:在基巖風化帶採用單液水泥漿，水灰比在1:0.8?1:1.2。)
2.根據權利要求1所述的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，其特徵是，所述步驟I中，所述J型主注漿孔(1，2)開孔位置和鑽孔起平點的距離L為200?300m，數量2?3個、間距a—般為20?30m。
3.根據權利要求1所述的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，其特徵是，所述步驟I中，每兩個相鄰的羽翼分支孔之間的間隔c為40m左右。
4.根據權利要求1所述的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，其特徵是，所述步驟4中，J型主注漿孔的直孔段(3)和造斜段(4)下套管並固井結束後，施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿水平段(5)，並在J型主注漿孔的造斜段(4)底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，達到注漿設計要求後，取出造斜段(4 )底部止漿塞，對前述30m裸孔注漿段水平鑽孔進行掃孔，再向前施工30m水平鑽孔作為裸孔注漿段，並在前述造斜段底部安裝止漿塞，進行地面預注漿，如此反覆，直到整個需注漿區域達到預定的要求。
5.根據權利要求1所述的J型水平羽翼分支孔地面預注漿方法，其特徵是，本發明實施前，首先對需注漿地層進行取樣，測試各層巖樣的物理力學參數，主要包括:孔隙率、含水率、密度、抗壓和抗拉強度等，以便確定注漿參數和注漿材料。本發明實施後，在注漿地層向上鑽取巖芯，測試注漿後巖石物理力學性能，評價地層注漿效果及其穩定性。
【文檔編號】E21D11/10GK103821538SQ201310727968
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】榮傳新, 程樺, 唐永志, 姚直書, 蔡海兵, 宋海清, 王曉健, 鄭騰龍 申請人:安徽理工大學