[发明专利]一种地面注浆加固破碎顶板的方法

说明书

本发明公开一种地面注浆加固破碎顶板的方法，包括以下步骤：S1、浆液选择；S2、采空区孔隙率计算；S3、构建注浆模型，确定注浆加固高度；S4、注浆孔布置；S5、钻孔注浆。本发明可根据采空区的实际情况计算孔隙率并构建注浆模型，可以合理的进行钻孔位置和注浆加固高度确定，注浆效果得到有效提高，大大提高了煤层破碎顶板的整体强度，并减少了一定的工作量，对特厚、较厚煤层破碎顶板的加固有显著的进步效果。

技术领域

本发明涉及采煤注浆领域，具体的是一种地面注浆加固破碎顶板的方法。

背景技术

煤炭是重要的基础能源和原料，煤炭行业可持续健康发展，为国民经济发展作出了重大贡献。合理设计，科学采煤，是实现煤矿安全高效生产的必然趋势，然而，煤矿各类安全事故频繁发生，其中顶板事故发生率最高，是运输事故的2.23倍，是瓦斯事故的3.49倍，占煤矿事故的主要部分。为控制垮落带直覆下采煤顶板事故的发生，矿业工程师们开始实践采用井下顺层钻孔预注浆加固顶板，所用注浆材料一般为水泥浆。但水泥浆液在无压条件下自由扩散不均匀，浆液快速凝固，无法做到大面积覆盖，还受现场作业环境复杂、扩散半径小导致钻孔工程量大、注浆成本高等弊端，严重影响了工作面接替及安全高效回采。

现有技术多采用井底钻孔注浆，但是在工作面具有较厚的易破碎顶板时，采用井底钻孔注浆效果一般，首先，易碎顶板厚度较大，工程量较大；其次，井下钻孔施工角度限度较大，钻孔很难达到设计的要求，导致注浆效果较差；最后，井下顶板钻孔注浆范围小、封孔难度大、浆液易外流、注浆效果差。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种地面注浆加固破碎顶板的方法，可根据采空区的实际情况计算孔隙率并构建注浆模型，可以合理的进行钻孔位置和注浆加固高度确定，注浆效果得到有效提高，大大提高了煤层破碎顶板的整体强度，并减少了一定的工作量，对特厚、较厚煤层破碎顶板的加固有显著的进步效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种地面注浆加固破碎顶板的方法，包括以下步骤：

S1、浆液选择；

S2、采空区孔隙率计算；

S3、构建注浆模型，确定注浆加固高度；

S4、注浆孔布置；

S5、钻孔注浆。

优选地，步骤S1中浆液采用水泥加粉煤灰组合方式，以粉煤灰为主，水泥比例控制在10-20％，水灰比控制在1：0.8-1。

优选地，步骤S2中孔隙率计算具体包括以下步骤：

(1)以工作面采空区底板与采煤工作面交线的中点为坐标原点O，沿底板中轴线指向采空区深部为x轴方向，沿采煤面指向上巷端头为y轴方向，沿采煤面指向地面并与底板垂直的方向为z轴方向，构建采空区坐标系及采场构造，x取值范围为0-240，y取值范围为-60-60，α为岩层倾角；

(2)按照如下公式计算考虑重力影响的采空区垮落岩石的空隙率：

式中：l_y为采空区倾向宽度；

x为采空区数学模型的x坐标；

y为采空区数学模型的y坐标；

h为直接顶厚度；

l为基本顶破断岩块长度；

H为采高或采放高；

K_pb为直接顶破碎岩体残余碎胀系数，δ0＝1MPa；