煤矿加固密闭防治瓦斯的方法 【技术领域】
本发明涉及一种煤矿瓦斯治理技术，具体为一种煤矿加固密闭防治瓦斯的方法。
背景技术
目前多数煤矿的资源面临枯竭，开采人员对以前遗留的孤岛面和煤柱也开始开采，受这种采动的影响，以前建设的大部分通风设施受到了不同程度的损坏，部分巷道密闭已变形开裂导致漏风和涌出大量的瓦斯，增加了矿井通风的无效风量和巷道内的瓦斯涌出量。为防止大量漏风和封堵瓦斯，在开采这些遗留煤矿的过程中不得不再投入大量的物料和工时进行维修，而且重复性多次维修，效果不佳。所以如何有效地治理煤岩体在后开采中容易开裂漏风及涌出瓦斯的问题是目前亟待解决的技术问题。在现有隧道等开采技术中，为了阻止山体中水的渗漏，一般会采取混凝土喷射岩体表面来使其表面快速封闭而达到密闭和封闭的效果。在现有技术中，有文献报道使用波雷因材料对煤矿井下工作面断层破碎带进行化学注浆加固，可将断层破碎带内破碎围岩胶结为具有一定强度的密实体，有效地加固冒顶区处的破碎围岩，提高了工作面顶板的整体强度及完整性，地改善工作面顶板的受力状况，为安全、高效回采创造了条件。
【发明内容】
本发明为了解决现有存在的煤矿开采过程中煤岩层被扰动出现开裂而导致漏风和涌出瓦斯的问题而提供了一种煤矿加固密闭防治瓦斯的方法。
本发明是由以下技术方案实现的，一种煤矿加固密闭防治瓦斯的方法，首先需要对密闭附近巷道进行整修加强支护，然后在密闭墙外侧进行打眼与注浆作业，每个密闭的实施内容均分为三部分：
第一步：在密闭墙前的巷道顶板处打入两排3～6根预应力注浆锚索，先涨拉然后再沿锚索孔注浆，最终达到控制顶板变形量、加固顶板、封堵顶板裂隙的目的。
第二步：在密闭墙外3～5米巷道范围内的两帮及底板上打注浆孔，在注浆孔内打入锚杆，然后插入注浆管进行注浆作业，每帮布置4～7根注浆管，底板布置2～3根，总计布置10～14根注浆管，其中和密闭墙相邻的注浆孔方向斜向内，倾斜距离达1米，最终达到加固4～6米巷道两帮及底板、封堵裂隙的目的。
第三步：视密闭墙的破坏程度，在其表面直接喷涂不小于0.1米厚度的高分子材料浆液，或在其外侧施工木板密闭墙，间距0.2～0.3米，中间充填高分子材料浆液，最终达到加固密闭墙体、封堵墙体裂隙的目的。
本发明所述的煤矿加固密闭防治瓦斯的方法是将现有的注浆加固、密闭技术与传统锚喷支护技术有机地结合在一起形成的新型加固支护及密闭技术。它综合了锚杆加固技术和注浆加固、密闭技术的所有优点，成为解决高应力工程软岩安全维护的有效手段。具体来说具有以下优点：
1、与传统锚喷支护技术中喷砼层的作用原理相比，采用本发明所述措施，浆液的注入能够明显改善围岩的物理力学性质；浆液充填到煤岩体的孔隙之中，使破碎煤岩体重新胶结成一体，从而提高了煤岩体的整体强度和稳定性。注浆加固还可为锚杆(索)提供可靠的着力基础，使锚杆(索)对破碎围岩的锚固作用得以发挥，进一步提高围岩的整体强度和自身的承载能力，使锚杆(索)与注浆各自的优势实现互补，大大提高支护效果。其效果见图1。
2在锚注联合加固支护体系中，由于浆液能够与煤岩体及锚索全面接触，将杆体内、杆体与钻孔间隙、周围岩体的缝隙全部充填满，从而形成“网络”效应，使锚杆受力传递的可靠性和连续性得以充分保障。并通过浆液结石体“网络”将力传递到围岩之中，全面调动了围岩的自身承载能力，同时使锚索自身的加固性能得以充分发挥。
3、注浆后，锚杆(索)杆体与地下水、空气间的联系全部中断，彻底阻止了锈蚀反应，从而保证了锚杆的长期锚固能力，保证了支护体系的长期稳定性。
4、在锚杆(索)和浆液的共同作用下，注浆范围内的所有岩石被胶结加固成一个整体圆涵，保护了整个巷道的自由空间。如图2所示，当地压作用在外边缘时，每一单元岩块都被推着向内移动，结果使各个单元都被“挤紧”，使切向力Ft和各个单元侧面上的摩擦阻力f增加，阻止单元岩块向内移动。如图3所示，在锚杆孔注浆后，全长注浆管与围岩通过浆材胶结成一个整体，使相邻两锚杆(索)之间的岩块产生“成拱作用”，该种锚杆(索)成组排列时就发挥“挤压加固作用”，进而提高围岩的整体性。
现场施工后通过观测数据表明：对巷道密闭墙加固、封堵后，松软破碎的煤岩体已经胶结为一体，整个密闭区的围岩整体强度大大提高，巷道围岩断面收缩率平均低于3％，巷道密闭区平均漏风率降低96％以上，瓦斯涌出量达到煤矿安全规程的要求。更重要地是改善了整个矿井的防灾抗灾能力，通风系统更加完善、高效、合理，为提高矿井瓦斯防治技术、保障通风安全探索出一条高效、实用的工艺，值得推广应用。
【附图说明】
图1为本发明的加固原理示意图
图2为加固拱形圈力学状态图
图3为锚杆(索)“成拱作用”示意图
图4、5为密闭处注浆钻孔布置示意图
图中：1-岩层、2-外锚内注式锚杆(索)、3-注浆加固圈、4-锚杆(索)加固圈、5-注浆管、6-密闭墙、7-预应力注浆锚索
【具体实施方式】
本发明实施对象为本矿以下四个密闭墙
现场概况：①11301上进架横川、②11212下横川、③92230巷尾部和④8212下巷的四个密闭均为料石垒砌，厚0.5米，两帮槽深0.5～0.8米，断面10～15平方米。①11301上进架横川、②11212下横川密闭墙体基本完好，但通风负压较大，向外侧漏风严重，CH4达1.3％，巷道为工字钢支护和木棚支护，直接顶为粉砂岩，基本完整；③92230巷尾部密闭，巷道为锚杆支护，布置在9#煤层中，直接顶为K4灰岩，较完整；④8212下巷道密闭，CH4：0.2％，CO2：17％。巷道为工字钢支护，直接顶为粉砂岩，顶板较破碎，空顶严重。
2、施工方案
首先需要对密闭附近巷道进行整修加强支护，然后在密闭墙外侧进行打眼与注浆作业，采用帮风钻打两帮及底板注浆孔，顶锚杆机打顶部注浆孔。每个密闭的实施内容均分为三部分：
第一步：在密闭墙前的巷道顶板处打入两排3～6根预应力注浆锚索，先涨拉然后再沿锚索孔注浆，最终达到控制顶板变形量、加固顶板、封堵顶板裂隙的目的。
第二步：在密闭墙外3～5米巷道范围内的两帮及底板上打注浆孔，在注浆孔内打入锚杆，然后插入注浆管进行注浆作业，每帮布置4～7根注浆管，底板布置2～3根，总计布置10～14根注浆管，其中和密闭墙相邻的注浆孔方向斜向内，倾斜距离达1米，最终达到加固4～6米巷道两帮及底板、封堵裂隙的目的。
第三步：视密闭墙的破坏程度，在其表面直接喷涂不小于0.1米厚度的高分子材料浆液，厚度可达0.3米，或在其外侧施工木板密闭墙，间距0.2～0.3米，中间充填高分子材料威尔浮化学浆，最终达到加固密闭墙体、封堵墙体裂隙的目的。
3、注浆孔布置方案
破碎围岩注浆深度应深于破碎区边缘，而且注浆深度越大，越有利于提高注浆加固强度。
锚索孔：φ28×5000～6000，锚索规格：锚索直径为15.24mm，长5.4米，锚索采用点式布置，依现场巷道具体情况分别交错布置，点锚索钢板托盘规格300×300×16-18mm和150×150×16-18mm各一块。
密闭墙外3～5米巷道范围内：视巷道断面情况布置钻孔间排距。钻孔参数：孔径：42mm；孔深：靠近密闭墙处2500～2800mm，其它2200～2500mm；钻孔施工开孔角度见钻孔布置示意图2。注浆施工过程中，根据现场注浆量及跑漏浆情况，对注浆管密度、深度和角度可随时调整。
注浆施工工艺：标孔，钻孔，检查钻孔质量，安装注浆管及封孔部件，封孔，准备浆液，开泵注浆，凝固，检查注浆质量，验收。
使用注浆材料：河北同成矿业科技有限公司所生产的新型有机高分子材料波雷因(A)、威尔浮化学浆液(B)，均由体积相等的A、B两种有机高分子原料组成，当采用专用的压注设备将A、B两种化学原料等量压注到破碎煤岩体后，经充分混合便发生一系列复杂的化学反应，生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体，人为地改善了松软破碎煤岩体的物理力学性能，有机弹性体在破碎煤岩体内膨胀、渗透、充满整个裂隙面形成网络骨架，把松散的煤岩体粘结到一起，起到补强加固作用、充填密实作用。在高压作用下甚至涨开、涨大微小的节理发育层面，浆液充填所有的裂隙后，松散煤岩体就粘结为一体，不易片帮、冒落，完全封堵漏风、漏水裂隙。其广泛应用于煤矿煤岩体堵漏工程。
化学注浆设备及其性能参数：钻孔采用风钻或风动锚杆钻机打眼，并配备相应长度的钻杆实施一次钻孔。注浆采用ZQB-5/12型气动高压双液化学注浆泵，ZQB-5/12型气动高压双液化学注浆泵。与注浆设备配套的进风管路为φ25mm高压风管20m，出浆管规格为φ10mm，长度10m、5m、2m各若干根。QB---12型气动高压双液化学注浆泵主要性能参数见表3。详见钻孔布置示意图4、5。
4注浆终压
根据密闭墙煤岩体的承受能力和最小抵抗面及围岩条件，供风风量不低于3m3/min，供风压力不低于0.5Mpa，实际注浆终压6Mpa，个别钻孔视具体情况达到8Mpa。
5扩散半径
根据密闭墙煤岩体的承受能力和最小抵抗面及围岩条件，实际扩散半径1.5米，个别钻孔达到2.0米。确保了注入浆液互相交叉。
5.7注浆量及工程量
11301上进架横川、11212下横川、92230巷尾部、8212下巷四个密闭合计：顶板安装预应力注浆锚索22根，左帮布置注浆孔26个，右帮20个，顶板16个，底角孔9个，墙内孔21个，施工四个合计48.4m2的木板墙并充填威尔浮3200kg，围岩表面波雷因直接喷涂约26m2，加固密闭附近巷道合计24m，密闭墙体外侧顶板冒落区充填威尔浮800kg。合计共注波雷因6750kg、威尔浮3000kg。
实际点锚索平均注浆量110kg/孔，其他注浆孔52kg/孔，施工中92230巷尾部密闭通过钻孔发现围岩裂隙比预计的大许多，因密闭段巷道宽度达7.2m，材料消耗较多，密闭墙处于变坡巷道的最高处，且断面大、风量小，局部顶板隅角点可能瓦斯浓度略高。8212下巷道密闭外侧顶板为冒落区(4×2×3m)为防止顶板漏风，充填材料消耗较多，加之是在临时的木板密闭外侧施工，导致充填体厚度加大，造成材料消耗较多，施工难度加大。
通过观测数据表明：对上述巷道密闭墙加固、封堵后，松软破碎的煤岩体已经胶结为一体，整个密闭区的围岩整体强度大大提高，巷道围岩断面收缩率平均低于3％，巷道密闭区平均漏风率降低96％以上，瓦斯涌出量达到煤矿安全规程的要求。