一种湿陷性黄土层顶板加固方法技术

本发明专利技术涉及煤炭开采技术领域，提供了一种湿陷性黄土层顶板加固方法。S1：在工作面向上钻孔开设预裂孔，预裂孔向上倾斜穿过直接顶、黄土层顶板和煤层；S2：向预裂孔内注入无声碎胀剂，静置一定时间至无声碎胀剂的膨胀压力产生的压应力和拉应力在位于黄土层顶板中的预裂孔周边不断产生裂缝；S3：进行二次扩钻孔，将膨胀反应完成的无声碎胀剂排出；S4：使用封孔器进行封孔，向黄土层顶板中注入浆体加固，浆体流入每条裂缝。有益效果在于：通过提出的先预裂后注浆的顶板加固方法，在预裂产生的裂缝中注入浆体，使湿陷性黄土层顶板具有的上述问题基本得到解决，不影响工作面的正常回采，提高顶板的整体稳定性。高顶板的整体稳定性。高顶板的整体稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种湿陷性黄土层顶板加固方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，具体涉及一种湿陷性黄土层顶板加固方法。

技术介绍

[0002]煤炭在当前乃至今后相当长的时间内都是我国的主体能源。预计到2030年，煤炭占一次能源消费的比例仍高达60％，煤炭的需求仍保持高速增长。我国煤炭资源开发不断向深部发展，地质条件也逐渐趋于复杂化。由于地质条件和采动矿压变化，矿井开采过程中发生的上部矿岩层坍塌、垮落现象不断发生。顶板冒落事故作为煤矿五大灾害之一，在所有事故中占比达到60％以上，伤亡人数占40％左右。冒顶事故已经成为制约煤矿安全生产，危害矿工生命安全的最主要因素之一，成为目前煤矿领域亟需解决的突出问题。
[0003]在煤矿开采中，工作面的稳定性受煤层及其顶板节理裂隙发育程度影响。其中地压裂隙和构造裂隙对采煤工作面直接顶板影响较大。工作面冒顶的原因主要有以下几点：采煤地形、地形内部结构破坏、支护不及时或阻力不足、不规范开采作业操作行为和锚固体承受压力过大。本专利技术主要考虑采煤地形和地形内部结构破坏的情况，重点针对以湿陷性黄土层为顶板的地形结构。
[0004]黄土层具有大孔隙，结构疏松，成分均匀，具有直立节理的特征。黄土颗粒主要以(0.005
‑
0.05mm)的粉土颗粒为主，其中粗粉粒(0.01
‑
0.05mm)含量在50％以上。黄土层湿陷过程中，细散粘粒对该过程起到重要积极作用。细散粘粒具有较大的比表面积，会使黄土膨胀，收缩或湿陷。黄土层在动静载荷作用和浸水后，均可引起振陷变形、湿陷变形和压密变形。黄土的湿陷性变形具有突变性、不可逆性和非连续性，黄土层结构发生破坏而发生附加湿陷。同时，黄土在一定压应力作用下会出现弹性变形、压密变形、塑性变形和蠕变变形。由于地形内部压力变化，经过振动压实后的黄土性质发生巨大改变。其主要表现为：压实黄土的湿陷性随干容重和压实功的减小而增大，随含水量的增加而减小；其饱和度随含水量的增加而减小，渗透系数在最佳含水量范围内存在峰值，土体稳定性、压缩性随含水量的增加而减弱；压实黄土的抗剪强度随含水量和压实度的变化而具有一定变化规律。
[0005]现有的湿陷性黄土层力学强度和抗变形能力下降，造成直接顶变形破碎，局部漏顶等严重安全隐患。针对黄土层顶板加固，使用传统的顶板加固方法一方面成本较高，另一方面由于没有结合黄土性质及其力学特点，实际加固效果不明显，无法满足实际生产要求。采用本专利技术方法，对治理黄土层顶板破碎冒落、整体下陷，提高湿陷性黄土层的整体力学强度和抗变形能力具有良好的效果，对改善工作面顶板安全环境，增加企业安全生产效益具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供湿陷性黄土层顶板加固方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种湿陷性黄土层顶板加固方法，包
括以下步骤：
[0008]S1：在工作面向上钻孔开设预裂孔，所述预裂孔向上倾斜穿过直接顶、黄土层顶板和煤层；
[0009]S2：向所述预裂孔内注入无声碎胀剂，静置一定时间至所述无声碎胀剂的膨胀压力产生的压应力和拉应力在位于所述黄土层顶板中的所述预裂孔周边不断产生裂缝；
[0010]S3：进行二次扩钻孔，将膨胀反应完成的所述无声碎胀剂排出；
[0011]S4：使用封孔器进行封孔，向所述黄土层顶板中注入浆体加固，所述浆体流入每条所述裂缝。
[0012]可选实施例中，步骤S1中：所述预裂孔包括间隔设置的装药孔和导向孔，相邻的间隔设置的所述装药孔和导向孔的轴线呈15
°
夹角，所述装药孔贯穿整个所述黄土层顶板，所述导向孔的深度小于所述装药孔的长度。
[0013]可选实施例中，每个所述装药孔内所述注入无声碎胀剂，每个所述导向孔内均不注入所述无声碎胀剂。
[0014]可选实施例中，每个所述装药孔和导向孔中均注入所述浆体。
[0015]可选实施例中，所述浆体为有机高分子材料玛丽散混合液。
[0016]可选实施例中，所述装药孔注入所述无声碎胀剂产生的多条所述裂缝，相邻的所述装药孔间产生的所述裂缝连通，且与所述导向孔导通。
[0017]可选实施例中，在步骤S4中，通过注入枪将所述浆体经所述二次钻孔后的所述预裂孔直接注入所述裂缝，输送至所述黄土层顶板。
[0018]可选实施例中，所述注浆的凝结时间为45
‑
240min，最终强度达到72MPa。
[0019]可选实施例中，所述工作面包括煤层和直接顶的露出面。
[0020]可选实施例中，所述工作面下的采空区中设置有液压支架和刮板输送机。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]由于黄土层不同于岩层，具有独特的力学性质和结构特点，本专利技术通过提出的先预裂后注浆的顶板加固方法，在预裂产生的裂缝中注入浆体，使湿陷性黄土层顶板具有的上述问题基本得到解决，不影响工作面的正常回采，提高顶板的整体稳定性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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它的附图。
[0024]图1为本专利技术一实施例中提供的湿陷性黄土层顶板加固方法的流程图。
[0025]图2为本专利技术一实施例中提供的湿陷性黄土层顶板中预裂孔布置示意图。
[0026]图3为本专利技术一实施例中提供的湿陷性黄土层顶板中预裂完成示意图。
[0027]图4为本专利技术一实施例中提供的湿陷性黄土层顶板加固方法中注浆示意图。
[0028]图5为本专利技术一实施例中提供的湿陷性黄土层顶板中钻孔示意图。
[0029]其中，附图标记为：1
‑
预裂孔，2
‑
黄土层顶板，3
‑
直接顶，4
‑
采空区，5
‑
液压支架，6
‑
刮板输送机，7
‑
煤层，8
‑
裂缝，9
‑
装药孔，10
‑
导向孔。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿陷性黄土层顶板加固方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在工作面向上钻孔开设预裂孔(1)，所述预裂孔(1)向上倾斜穿过直接顶(3)、黄土层顶板(2)和煤层(7)；S2：向所述预裂孔(1)内注入无声碎胀剂，静置一定时间至所述无声碎胀剂的膨胀压力产生的压应力和拉应力在位于所述黄土层顶板(2)中的所述预裂孔(1)周边不断产生裂缝(8)；S3：进行二次扩钻孔，将膨胀反应完成的所述无声碎胀剂排出；S4：使用封孔器进行封孔，向所述黄土层顶板(2)中注入浆体加固，所述浆体流入每条所述裂缝(8)。2.如权利要求1所述的湿陷性黄土层顶板加固方法，其特征在于，步骤S1中：所述预裂孔(1)包括间隔设置的装药孔(9)和导向孔(10)，相邻的间隔设置的所述装药孔(9)和导向孔(10)的轴线呈15
°
夹角，所述装药孔(9)贯穿整个所述黄土层顶板(2)，所述导向孔(10)的深度小于所述装药孔(9)的长度。3.如权利要求2所述的湿陷性黄土层顶板加固方法，其特征在于，每个所述装药孔(9)内所述注入无声碎胀剂，每个所述导向孔(10)内均不注入所述无声碎胀剂。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：严国超，李嘉骏，赵博，王国梁，李洪宾，任建忠，刘文玺，朱鸿辰，纪玮，李岗，张家伟，白旭阳，
申请(专利权)人：臣功环境科技有限公司山西汾西矿业集团有限责任公司曙光煤矿，
类型：发明
国别省市：