一种基于双通道四阶段的覆岩离层注浆充填方法与流程

本发明涉及煤矿领域，特别是一种基于双通道四阶段的覆岩离层注浆充填方法。

背景技术：

1、近年来，随着煤炭资源的大量开采，形成大量的采空区，必然引起煤层覆岩的运动和岩层的运移，地层的变化进一步发展成为突水溃沙、地表沉陷等负面问题，其中地表沉陷问题尤为明显，不仅造成良田、耕地破坏和建筑物损毁，更易造成水土流失和土地沙漠化等环境问题，目前针对地表沉陷问题，离层注浆减沉技术由于不影响井下正常开采而成为了较为关注的技术。

2、目前针对离层注浆技术主要从理论分析、现场实测反演及工程应用等方面进行，在理论方面，许家林、王凯、郑立军、王志强等国内众多专家学者分析了其中存在的问题，并提出了综合减沉技术是我国未来的发展方向。通过上述相关研究可知，当前对于覆岩离层注浆技术开展了大量的研究工作，形成了完整的技术方法，但是对于具体的离层注浆技术中的注浆工艺并没有较多的研究。而注浆钻孔的结构设计和注浆工艺是整个注浆减沉的重要内容，根据矿井的开采范围大小、开采厚度、地层条件，合理确定注浆钻孔的位置、个数、深度、钻孔结构以及不同阶段的注浆策略，是确保注浆工程顺利实施的必要前提。因此，发明一种覆岩离层注浆充填方法势在必行。

技术实现思路

1、针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种基于双通道四阶段的覆岩离层注浆充填方法，可有效解决因采煤造成建（构）筑物破坏问题，达到保护生态环境的目的，实现安全采煤，生态效益明显。

2、本发明解决的技术方案是，该基于双通道四阶段的覆岩离层注浆充填方法包括钻孔布置、注浆前准备、压水试验、注浆升压、注浆稳压、注浆终压六个步骤，具体如下：

3、1）钻孔布置

4、在工作面起始注浆时，往往会滞后工作面一定距离，注采比较低；为提高注采比，保证回采安全，需以最快的速度提高注采比，因此，第一个钻孔成组布置，增加注浆通道，提高注浆量，第一个钻孔距工作面距离在切眼长度的1/3～1/2之间，组内两孔间距控制在50～70m之间，后续钻孔采用单孔布置，钻孔间距具体可根据地形地貌等施工条件进行微调，钻孔间距最大不超过200米，最后一个钻孔距停采线距离不超过100m；

5、每个钻孔内设置有注浆内管1和注浆外管2，孔口处设置有内注口3和外注口4，内注口3与注浆内管1相连通，外注口4与注浆外管2相连通，内注口3和外注口4上分别设置有第一阀门5、第二阀门6，注浆内管1、注浆外管2上分别设置有第一压力表7、第二压力表8；

6、2）注浆前准备

7、钻孔需至少超前工作面50m，施工完毕向钻孔内注满水，每天观测孔内水位变化，若出现水位大幅下降，说明上覆岩层出现离层，随即开始通过注浆泵向钻孔压注清水，在工作面回采位置（岩层坚硬条件下，回采位置需要通过钻孔后方出现的离层）推进至距钻孔孔底20m时具备注浆条件，若水位变化不明显，在工作面距孔底20m处定时进行压水，提高增透性；

8、3）压水试验

9、孔口注浆压力区间为0至1.0mpa；注浆泵变频档位4档，设置参数为频率45hz，总流量30m³/h，压水时间6h-24h，先采用2台注浆泵4档压水，总流量30m³/h，若压水后孔口一直无压力，则采用浓度30%的浆液进行试注浆，时间不低于24h，若压力上升较快超过1mpa时，则说明离层未充分发育，则需继续压水，促进离层发育；

10、4）注浆升压

11、孔口注浆压力区间为1.0至3.0mpa；注浆泵变频档位4档，设置参数为频率45hz，2-6台，总流量30-90m³/h，浆液比重1.40-1.45；在步骤2）试注浆期间若孔口压力在1mpa以下，则可以进入注浆升压阶段，将浆液浓度由30%提高至60%，并根据注浆压力逐步增加泵量，日注浆量与日开采量匹配后，保持该注浆量连续注浆，每天统计24h内压力观测频次，判定钻孔波动压力区间；

12、5）注浆稳压

13、孔口注浆压力区间为3.0至4.5mpa；注浆泵变频档位4档，设置参数为频率45hz，4-6台，总流量60-90m³/h，浆液比重1.40-1.45；孔口注浆压力持续维持在3mpa以上时，待日注浆量与日开采量匹配，注采体积比稳定在50%，进入注浆稳压阶段，此时将浆液浓度稳定在60%～70%，保持该注浆量连续注浆；

14、6）注浆终压

15、孔口注浆压力区间为4.5mpa至5.5mpa，浆液比重1.35-1.40，进入注浆终压阶段，根据注浆压力上升情况逐步降档、减泵、减浓度；压力达到5.5mpa以上时，对钻孔进行压水与注浆交替进行，直至在压水时压力也维持在5mpa以上，则说明该孔覆盖区域内离层已注满，达到停注条件，结束注浆。

16、所述的步骤1）中，注浆内管1直径为101.6mm，壁厚为5.74mm；注浆外管2直径为177.8mm，壁厚为8.05mm。

17、所述的步骤1）中，钻孔结构的标准为：为防止表土段塌孔，采用φ311mm 螺旋管跟管钻进，螺旋管进入基岩5米后停止施工；一开采用φ230mm 钻头冲击钻进至450米处，下入直径177.8mm、壁厚8.05mm 第一注浆管，水泥固管；二开采用φ152mm 钻头泥浆循环钻进至500米，下入直径101.6mm、壁厚5.74mm第二注浆管，形成注浆套管，单一实体工作面岩性较好，钻孔不易塌孔，底部宜为裸孔，第二注浆管下入深度宜为距第一注浆管底部1～2m；孤岛工作面岩性较为破碎，已发生掉块、塌孔造成钻孔堵孔，第二注浆管宜下至孔底3～5m处，底部宜采用花管注浆。

18、所述的步骤3）-6）中，注浆材料选用粉煤灰，供灰标准需满足《gbt 1596-2017 用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的ⅲ级粉煤灰性能要求，即细度（45μm方孔筛筛余）／％≤45，且无明显大颗粒、无板结。

19、进一步的，所述的步骤3）-6）中，注浆材料为：单一粉煤灰注浆：水灰比1:1.5-2（质量比），浆液浓度60%～75%；或复合材料注浆：水灰比1:1.2-1.5（质量比），复合材料质量比为黄土：石粉：粉煤灰=1:4:5，制成的混合浆比重、浓度、流动性及析出率等指标上均能满足注浆需要；或矸石粉注浆：水灰比1:1（质量比），浓度50-60%，比重控制到 1.3-1.4g/ml。

20、所述的步骤4）中，判定钻孔波动压力区间包括以下步骤：

21、1）当注浆压力超过1.5mpa次数超过统计次数的2/3时，工作面可以采取缓采措施，日推进度不大于1m；

22、2）当日注浆量稳定在2000t以上，钻孔平均压力连续降低超过3天，或24h内注浆压力小于2mpa的次数大于1/2观测频次，工作面立即采取缓采措施，即每天推进度不超过1m；

23、3）当注浆压力超过2.5mpa次数超过统计次数的2/3时，工作面可以恢复正常生产，在工作面正常生产期间应结合地表岩移观测数据及注浆压力情况及时调整工作面生产计划。

24、所述的步骤6）中，注浆终压标准为：注浆层位浆液最大压力≥覆岩重力，方可保证减沉效果。（例如，根据离层带判定，确定注浆层位距地表埋深最大500m，地层容重按2.5t/m³，则覆岩最大重力12.5mpa，注浆材料容重按1.4t/m³，则注浆钻孔终孔孔口压力p=12.5-1.4×5=5.5mpa。）

25、所述的注浆泵为容积式注浆泵，泵的最大压力应大于设计注浆压力的1.2~ 1.5倍。

26、所述的注浆泵型号为1200/8型或850/50两种，1200/8型注泵的技术参数是流量为1200 l/min，压力为8 mpa；850/50型注浆泵的技术参数是流量为850l/min，压力为5mpa。

27、本发明可根据实际情况选用注浆套管或套管之间的环状间隙进行注浆，并通过压水、试注浆等，而后通过控制注浆参数保证孔口压力依次达到3mpa、4mpa及5.5mpa进行注浆，本发明通过注浆材料的选择、注浆浆液和注浆量的调配及注浆通道控制等一系列具有较强操作性的技术标准，达到快速高效注浆效果，能够有效的对覆岩离层进行注浆充填，是覆岩离层注浆充填方法上的创新。