一种小煤柱钻孔注浆封堵与防灭火方法

技术领域

本发明属于钻孔注浆封堵技术领域，尤其涉及一种小煤柱钻孔注浆与防灭火方法。

背景技术

目前，矿井火灾是煤矿的重大自然灾害之一。矿井火灾不仅能使矿井遭受巨大的物质损失，同时它也是导致井下职工伤亡的重要根源。煤矿井下自然发火产生的有毒有害气体和引发的火灾气体、瓦斯爆炸等事故，严重威胁矿工生命安全，恶化自然环境，已经成为制约煤矿安全生产的关键因素之一。同时，由矿井火灾隐患，不能为井下施工提供安全的施工环境，井下施工设备及管路安装也比较困难，因此需要对其进行注浆充填。但现有注浆充填方法封堵工程量过大，成本过高，且容易发生浆液扩散过多现象，降低其使用性能。因此，亟需一种新的小煤柱钻孔注浆与防灭火方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有注浆充填方法封堵工程量过大，成本过高，且容易发生浆液扩散过多现象，降低其使用性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小煤柱钻孔注浆与防灭火方法。

本发明是这样实现的，一种小煤柱钻孔注浆与防灭火方法，所述小煤柱钻孔注浆与防灭火方法包括以下步骤：

步骤一，确定注浆钻孔位置：在距高温点或漏风点位置10-12m处，架设钻机作业平台；根据巷道的宽度，在高温点或漏风点位置周边的巷道内确定钻孔位置并钻孔；在钻进过程中，监测孔内数据，并确定高温及漏风范围；

步骤二，进行注浆封堵及裂隙填充：在巷道内布置注浆作业点，并确定注浆管的长度、注浆孔间距、注浆孔布置、注浆袋的高度；钻孔封孔，安装注浆袋，向钻孔内注浆封堵并降温；向所在巷道表面裂隙喷浆封堵并降温，协同局部调风；

步骤三，确定钻孔注浆浆液空间扩散范围及路径：根据注浆钻孔位置，以注浆钻孔在目标范围内终孔点为中心，利用巷道构建井下微震监测系统；注浆时，通过井下微震监测系统观测不同注浆阶段浆液扩散形成的微震事件空间分布情况；注浆结束时，采用水泥浆加水玻璃双液浆灌注封堵并降温；

步骤四，持续观测：预留观测孔，在观测孔内设置灭火注浆管，气体采集束管、热敏电阻及测温导线。

进一步，步骤一中，所述钻孔数量为N个，N为大于1的整数。

进一步，步骤一中，所述钻孔，包括主孔和分支孔；其中，所述主孔设有直孔段和定向顺层段，所述直孔段和定向顺层段之间还设有定向导斜段；所述分支孔设有一级分支孔和二级分支孔。

进一步，所述主孔的直孔段套接表层套管，所述定向导斜段套接技术套管，定向顺层段为裸孔段；所述一级分支孔和二级分支孔均在三灰顺层内定向钻进。

进一步，步骤二中，所述确定注浆管的长度、注浆孔间距、注浆孔布置、注浆袋的高度，包括：

根据巷道的高度、煤柱的宽度、浆液扩散半径确定注浆管长度及注浆孔间距，根据巷道高度确定注浆孔布置的高度。

进一步，步骤二中，所述向钻孔内注浆封堵，包括：

(1)将注浆管穿入注浆袋，并将注浆袋环抱注浆管通过捆扎绳对其进行捆扎，确保上袋口位于剪切销之下，下袋口位于阻滑柱之上；

(2)将注浆管插入钻杆接口，最后插入剪切销，把注浆袋下入待封堵的巷道，确保注浆管上的阻滑柱位于进入底板钻孔内；

(3)进行注浆，注浆压力使得捆扎绳断开，注浆袋膨胀，注浆量达到预定值时，注浆速度放缓，待注浆泵升压后停止注浆。

进一步，所述注浆管为金属花管，所述注浆袋为高强度纺织品制成，且其以胶粘的方式缝制。

进一步，步骤三中，所述注浆阶段，包括注浆初期、注浆中期、注浆后期以及注浆结束期。

进一步，所述注浆初期，浆液在煤柱裂隙通道内做水平运动和纵向扩散；所述注浆中期，由于下部裂隙和垂向导气通道得到封堵，浆液溯流而上，开始向返浆口扩散，对煤柱上部裂隙进行封堵；所述注浆后期，浆液扩散范围收窄，大部分煤柱裂隙得到封堵。

进一步，步骤三中，所述井下微震监测系统采用全包围方式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。

结合上述的技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的小煤柱钻孔注浆与防灭火方法，通过对煤柱进行钻孔注浆，可对煤柱内部裂隙及表面裂隙封堵，降低煤柱空隙率及渗透性能，进而实现煤岩裂隙封堵、降温、抑制漏风，实现漏风与自燃的协同调控，保障小煤柱工作面回采安全；通过控制浆液在煤柱裂隙通道内流动路径，可实现注浆浆液流动范围的控制及注浆材料的充分利用，在提升其防灭火堵漏性能的同时降低了防灭火成本，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的小煤柱钻孔注浆与防灭火方法流程图。

图2是本发明实施例提供的确定注浆钻孔位置的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的进行注浆封堵及裂隙填充的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的向钻孔内注浆封堵的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的确定钻孔注浆浆液空间扩散范围及路径的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小煤柱钻孔注浆与防灭火方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的小煤柱钻孔注浆与防灭火方法包括以下步骤：

S101，确定注浆钻孔位置；

S102，进行注浆封堵及裂隙填充；

S103，确定钻孔注浆浆液空间扩散范围及路径；

S104，持续观测：预留观测孔，在观测孔内设置灭火注浆管，气体采集束管、热敏电阻及测温导线。

如图2所示，本发明实施例提供的步骤S101中，所述确定注浆钻孔位置包括：

S201，在距高温点或漏风点位置10-12m处，架设钻机作业平台；

S202，根据巷道的宽度，在高温点或漏风点位置周边的巷道内确定钻孔位置并钻孔；

S203，在钻进过程中，测量孔内数据，并确定火区范围。

本发明实施例提供的钻孔数量为N个，N为大于1的整数。

本发明实施例提供的钻孔，包括主孔和分支孔；其中，所述主孔设有直孔段和定向顺层段，所述直孔段和定向顺层段之间还设有定向导斜段；所述分支孔设有一级分支孔和二级分支孔。

本发明实施例提供的主孔的直孔段套接表层套管，所述定向导斜段套接技术套管，定向顺层段为裸孔段；所述一级分支孔和二级分支孔均在三灰顺层内定向钻进。

如图3所示，本发明实施例提供的步骤S102中，所述进行注浆封堵及裂隙填充，包括：

S301，在巷道内布置注浆作业点，并确定注浆管的长度、注浆孔间距及注浆孔布置的高度；

S302，钻孔封孔，安装注浆袋，向钻孔内注浆封堵并降温；

S303，向所在巷道表面裂隙喷浆封堵并降温，协同局部调风。

本发明实施例提供的确定注浆管的长度与注浆袋的高度，包括：

根据巷道的高度、煤柱的宽度、浆液扩散半径确定注浆管长度及注浆孔间距，根据巷道高度确定注浆孔布置的高度。

如图4所示，本发明实施例提供的向钻孔内注浆封堵，包括：

S401，将注浆管穿入注浆袋，并将注浆袋环抱注浆管通过捆扎绳对其进行捆扎，确保上袋口位于剪切销之下，下袋口位于阻滑柱之上；

S402，将注浆管插入钻杆接口，最后插入剪切销，把注浆袋下入待封堵的巷道，确保注浆管上的阻滑柱位于进入底板钻孔内；

S403，进行注浆，注浆压力使得捆扎绳断开，注浆袋膨胀，注浆量达到预定值时，注浆速度放缓，待注浆泵升压后停止注浆。

本发明实施例提供的注浆管为金属花管，所述注浆袋为高强度纺织品制成，且其以胶粘的方式缝制。

如图5所示，本发明实施例提供的步骤S103中，所述确定钻孔注浆浆液空间扩散范围及路径，包括：

S501，根据注浆钻孔位置，以注浆钻孔在目标范围内终孔点为中心，利用巷道构建井下微震监测系统；

S502，注浆时，通过井下微震监测系统观测不同注浆阶段浆液扩散形成的微震事件空间分布情况；

S503，注浆结束时，采用水泥浆加水玻璃双液浆灌注封堵并降温。

本发明实施例提供的注浆阶段，包括注浆初期、浆液在煤柱裂隙通道内做水平运动和纵向扩散；所述注浆中期，由于下部裂隙和垂向导气通道得到封堵，浆液溯流而上，开始向返浆口扩散，对煤柱上部裂隙进行封堵；所述注浆后期，浆液扩散范围收窄，大部分煤柱裂隙得到封堵。

本发明实施例提供的井下微震监测系统采用全包围方式布置微震检波器，所述微震检波器与采集分站连接构成井下微震监测系统。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。