[发明专利]基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法

说明书

本发明公开了一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，先获得再生顶板的岩层柱状图，结合该图将再生顶板划分成三层；对各层的物理参数进行测量，并采用FLAC3D软件建立巷道掘进面模型，进而将各层分别制成多个试样；选择多种胶结材料，并计算每种胶结材料注浆胶结后内部最高温度，然后将该数据与各层试样的孔隙直径相结合，综合选出各层符合条件的胶结材料种类；然后对各个试样分别注入不同质量比的胶结材料，通过力学相似试验获得满足条件的胶结材料与所需胶结岩体的质量比；最终获得各层的最佳胶结材料种类与最佳质量比；从而对现场矿井再生顶板划分的各层中不符合力学性能要求的区域，进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结。

技术领域

本发明涉及一种漏风裂隙胶结材料选择方法，具体是一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法。

背景技术

再生顶板是通过地层压力作用将上分层垮落岩层压实，并经过自然胶结或人工处理而形成的下分层开采顶板。此种顶板岩层的成分复杂、碎煤较多，而且顶板强度较差，并不能满足巷道施工安全的要求，因此，当前对再生顶板的支护处理问题是本行业的热点问题。此外，由于再生顶板破碎易形成裂隙漏风通道，如果仅仅使用锚杆支护并不能防止上覆遗煤自燃，相比之下，使用胶结材料进行胶结处理不仅可以提高顶板强度同时能够阻止遗煤与氧气接触氧化自燃。

针对再生顶板裂隙的控制问题，一些国内学者已经对其进行了部分研究探讨，在申请号为201710817472.X的发明专利中公开了一种使用注浆材料胶结与锚网形成的组合拱相结合的组合方式实现将松散破碎围岩形成整体的目的，以此提高岩体强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量完成对顶板围岩的控制。在针对再生顶板注浆材料的材质与配比选择问题上，行业内的学者也对其进行了深入研究，在申请号为201910224614.0的发明专利中公开了一种将异氰酸酯、环氧树脂作为A组分主要成分与作为B组分主要成分的磷酸、柠檬酸、多元醇、水溶性三羟基聚醚按照一定的体积比混合的高分子注浆材料，此种注浆材料的充填效果好，高效提高了围岩承载能力；另外在申请号为201910395604.3的发明专利中公开了一种使用石灰、石膏、氯化钙以及粒化高炉矿渣四种无机材料作为原料按照一定比例制备出了一种浆液稳定好、材料抗压强度高的注浆材料。对再生顶板胶结材料的选择应当合理考虑其顶板的岩层特性，在申请号为201910428784.0的发明专利中公开了一种基于各岩层承受最大拉应力、极限应力关系、极限挠度与离层量的关系定量分析岩层断裂情况以及断裂岩层的裂隙发育位置和发育程度以此对胶结顶板工作面覆岩进行分带划分的方法。

虽然，此前的再生顶板胶结材料研究成果突出，但并未考虑顶板岩层的自身特性与胶结材料的自身局限性，目前现有技术主要问题有两方面：①都是对顶板岩层进行整体胶结控制的方式，这种方式使其工程量较大、成本昂贵，并且对原顶板的破坏作用明显；②并未合理考虑注浆材料的自身性质与所需胶结的再生顶板不同岩层性质进行匹配选择，即无机胶结材料注浆颗粒大、产热量高但成本低廉、流动性好；有机胶结材料注浆颗粒小、产热低但成本昂贵。基于此，在选择再生顶板胶结材料时，如何根据再生顶板不同岩层的孔隙情况，确定所需注浆颗粒直径以及考虑各种胶结材料自身性质，从而选出的最佳胶结材料种类与最佳质量比并对现场再生顶板分层进行注浆胶结，是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，能根据再生顶板各个分层性质确定各层所需的最佳胶结材料种类与最佳质量比，进而进行不同开孔直径的分层定点注浆胶结，不仅有效保证对再生顶板的胶结效果，而且能有效降低工程量和施工成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法，具体步骤为：

A、先采用已知的勘探方法对再生顶板进行探测，从而得出该再生顶板的岩层柱状图，然后根据再生顶板各高度层的岩性及各高度层的裂隙发育状况，将再生顶板划分成三层，分别为层A、层B和层C；