1.本发明涉及煤矿技术领域，特别涉及一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺。
背景技术：2.目前，一些矿井煤层顶板砂岩含水层水害与常规底板奥灰突水和老空透水类型不同，井下出水位置为回采工作面和采空区，具有顶板涌水量强度高，持续时间长的特点。当煤层开始回采后，顶板砂岩含水层里的水承压条件遭到破坏，会通过工作面及所形成的采空区顶板涌出，使得含水层水进入井下，造成矿井涌水。随着回采工作面的持续进行，煤层顶板涌水量通常会逐步增加，但是由于砂岩地层的不均质性，造成回采工作面的突水现象时有发生，严重时会造成回采工作面停产，给矿井正常安全生产带来了严峻的威胁。
技术实现要素：3.本发明提供一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，用以降低回采工作面的突水风险。具体方案为：
4.一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，所述工艺包括以下步骤：
5.步骤一、建立钻场和注浆站；
6.步骤二，在钻场的地面与煤层顶板之间制作注浆井筒和若干注浆裂隙，所述注浆井筒竖直设置，所述注浆裂隙位于注浆井筒与煤层顶板之间，所述若干所注浆裂隙之间以及所述注浆裂隙与所述注浆井筒均互相连通；
7.步骤三、首先通过注浆井筒向注浆裂隙中注入稀浆，使得稀浆扩散至注浆裂隙的周围煤层中；然后向注浆井筒中注入稠浆，使得稠浆填充在注浆裂隙中，从而在煤层顶板上形成完整的平面注浆加固区域。
8.优选的，所述注浆井筒的制作方法为：
9.首先从地面至煤层顶板处进行钻孔作业，所述钻孔的孔径为89-152mm，所述钻孔距离煤层顶板的距离为5-20m；然后在钻孔内壁下套管，并将套管固定在钻孔内壁，从而形成注浆井筒。
10.优选的，所述注浆裂隙的制作方法为：
11.首先通过钻杆带着水力切割装置下入注浆井筒与煤层顶板处；
12.然后将水力切割装置与动力装置连接，通过动力装置的的驱动水力切割装置对地层进行强力作业，在煤层顶板形成注浆裂隙。
13.优选的，所述注浆站中设置有高压泵组，
14.所述高压泵组至少包括一组第一脉冲式高压注浆泵体和第二脉冲式高压注浆泵体；
15.所述注浆井筒位于地面的一端设置有四通装置；
16.所述四通装置水平的两端分别连接第一脉冲式高压注浆泵体的输出端，作为注浆
通道；所述四通装置垂直方向上的两个端口分别连接第二脉冲式高压注浆泵体的输出端和孔口套管，作为水力切割装置的动力装置。
17.优选的，所述注浆裂隙的宽度为注浆浆液中固体颗粒粒径的10倍。
18.优选的，所述稀浆的密度为1.03-1.05g/cm3；所述稠浆的密度为1.1-1.3g/cm3。
19.优选的，在步骤三中，稀浆和稠浆的注入均通过脉冲式高压注浆方式进行注浆。
20.与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
21.本技术设置注浆井筒，将水力切割装置下入注浆井筒位于地下的一端，在注浆井筒位于地面的一端连接第二脉冲式高压注浆泵体，作为水力切割装置的动力装置驱动水力切割装置在，通过高压注浆泵体高强度、持续性、不间断的脉冲式高压注浆带动水力切割装置对煤层顶板含水层的空隙结构形成持续额定压力冲击作用，造成工作面顶板砂岩地层孔隙间断性局部增大，从而形成注浆裂隙，然后通过第一注浆泵体向注浆裂隙中高强度、持续性、不间断的脉冲式注稀浆，浆液在脉冲挤压和冲击作用下能够将浆液扩散至远端，即注浆裂隙周围，采用1.1-1.3g/cm3浆液对所形成的裂隙充填，最终在煤层顶板上方能够形成比较完整的平面注浆加固区域，破坏煤层顶板的聚水条件；改造煤层顶板富水性，降低回采工作面的突水风险，提高工作面的回采速度和矿井安全生产条件；
22.采用脉冲式高压注浆泵，方便对注浆浆液比重进行调节。
23.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
24.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
25.图1为本发明实施例中一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺示意图，
26.其中，1-四通装置，2-上端，3-水平的两端，4-岩层，5-煤层顶板，6-水力切割装置，7-煤层，8-钻杆，9-套管，10-加固区域。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
28.根据附图1所示的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，所述工艺包括以下步骤：
29.步骤一、建立钻场和注浆站；
30.步骤二，在钻场的地面与煤层顶板5之间制作注浆井筒和若干注浆裂隙，所述注浆井筒竖直设置，所述注浆裂隙位于注浆井筒与煤层顶板之间，所述若干所注浆裂隙之间以及所述注浆裂隙与所述注浆井筒均互相连通；
31.步骤三、首先通过注浆井筒向注浆裂隙中注入稀浆，使得稀浆扩散至注浆裂隙的周围煤层中；然后向注浆井筒中注入稠浆，使得稠浆填充在注浆裂隙中，从而在煤层顶板5上形成完整的平面注浆加固区域10。
32.在本发明中，所述注浆井筒的制作方法为：
33.首先从地面至煤层顶板5处进行钻孔作业，所述钻孔的孔径为89-152mm，所述钻孔
距离煤层顶板5的距离为5-20m；然后在钻孔内壁下套管9，并将套管9固定在钻孔内壁，从而形成注浆井筒。
34.在本发明中，所述注浆裂隙的制作方法为：
35.首先通过钻杆8带着水力切割装置6下入注浆井筒与煤层顶板5处；
36.然后将水力切割装置6与动力装置连接，通过动力装置的的驱动水力切割装置6对地层进行强力作业，在煤层顶板5形成注浆裂隙。
37.在本发明中，所述注浆站中设置有高压泵组，
38.所述高压泵组至少包括一组第一脉冲式高压注浆泵体和第二脉冲式高压注浆泵体；
39.所述注浆井筒位于地面的一端设置有四通装置1；
40.所述四通装置1水平的两端3分别连接第一脉冲式高压注浆泵体的输出端，作为注浆通道；所述四通装置1垂直方向上的两个端口分别连接第二脉冲式高压注浆泵体的输出端和孔口套管9，作为水力切割装置6的动力装置。
41.在本发明中，所述注浆裂隙的宽度为注浆浆液中固体颗粒粒径的10倍。
42.在本发明中，所述稀浆的密度为1.03-1.05g/cm3；所述稠浆的密度为1.1-1.3g/cm3。
43.在本发明中，在步骤三中，稀浆和稠浆的注入均通过脉冲式高压注浆方式进行注浆。
44.需要说明的是，注浆井筒位于地下的一端距离煤层顶板5的距离为5-20m，即从地面至煤层顶板5上方岩层4。
45.需要说明的是，煤层顶板5位于煤层7的顶部，煤层顶板5的区域内为砂岩层，砂岩层内的孔隙具有一定的张开和收缩性质，这是岩层的物理性质决定，所以在地面高压泵组的作用下，也就是说当作用在岩层孔隙上的压力大于岩层孔隙的闭合压力后孔隙就会张开一部分，当作用在岩层孔隙上的压力小于岩层孔隙的闭合压力后孔隙就会变成原来状态，但由于本技术采用的高压注浆方式为一种不间断的脉冲式注浆，所以会造成孔隙间断性局部增大，从而实现煤层7的工作面顶板5砂岩地层孔隙间断性局部增大，填充后能够破坏聚水条件；
46.在本技术中高压站中还设置有高压泵组还配套有其辅助装置，即自动浆液罐，由于高压泵组自带有比重调节装置，根据程序设定，浆液罐里面有自动搅拌装置，自动将浆液罐里面的将夜浓度进行调节，从而实现快速的对浆液比重进行调节；
47.在本技术中，灌浆井筒位于地面的一端连接有地面高压泵组，通压力可达100mpa上，其中灌浆井筒的钻孔也可为其他尺寸，本技术选用孔径为152mm的钻孔，通用性比较强；
48.本技术在煤层顶板5上方能够形成比较完整的平面注浆加固区域10避免了煤层顶板55上方突然有一股水的突然释放，没有任何缓冲，造成造成淹井淹巷道。
49.本发明所述的一种煤层顶板5脉冲式高压注浆工作面防突水工艺的施工过程为：
50.首先在地面建立钻场和注浆站，并设置两台具有脉冲式高压注浆功能的高压泵；
51.其次，从地面向距离煤层顶板5的距离为5-20m处钻孔，完成灌浆井筒的施工；
52.然后，利用钻杆8带着水力切割装置6从灌浆井筒中下入至煤层顶板5处；
53.再次，在灌浆井筒位于地面的一端安装上四通装置1，并将第一脉冲式高压注浆泵
体的输入端和输出端分别连接在所述四通装置1水平方向的端口3上；将第二脉冲式高压注浆泵体和套管9分别连接在所述四通装置1垂直方向的两个接口上，其中上端2与第二脉冲式高压注浆泵体的输出口连接，下端连接套管9；
54.随后，打开第二脉冲式高压注浆泵驱动水力切割装置6对工作面(即煤层顶板5处)进行强力作业，在煤层顶板5内形成一定宽度的裂隙；
55.最后，前期采用1.03-1.05g/cm3的稀浆进行脉冲式高压注浆，浆液在脉冲挤压和冲击作用下能够将浆液扩散至远端，后期采用1.1-1.3g/cm3浆液对所形成的裂隙充填，因此在煤层顶板5上方能够形成比较完整的平面注浆加固区域10；
56.重复上述步骤，完成多组煤层顶板5上方平面注浆加固区域，能够有效防止回采工作面的突水问题，提高工作面的回采速度。
57.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：步骤一、建立钻场和注浆站；步骤二，在钻场的地面与煤层顶板之间制作注浆井筒和若干注浆裂隙，所述注浆井筒竖直设置，所述注浆裂隙位于注浆井筒与煤层顶板之间，所述若干所注浆裂隙之间以及所述注浆裂隙与所述注浆井筒均互相连通；步骤三、首先通过注浆井筒向注浆裂隙中注入稀浆，使得稀浆扩散至注浆裂隙的周围煤层中；然后向注浆井筒中注入稠浆，使得稠浆填充在注浆裂隙中，从而在煤层顶板上形成完整的平面注浆加固区域。2.根据权利要求1所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述注浆井筒的制作方法为：首先从地面至煤层顶板处进行钻孔作业，所述钻孔的孔径为89-152mm，所述钻孔距离煤层顶板的距离为5-20m；然后在钻孔内壁下套管，并将套管固定在钻孔内壁，从而形成注浆井筒。3.根据权利要求2所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述注浆裂隙的制作方法为：首先通过钻杆带着水力切割装置下入注浆井筒与煤层顶板处；然后将水力切割装置与动力装置连接，通过动力装置驱动水力切割装置对地层进行强力作业，在煤层顶板形成注浆裂隙。4.根据权利要求3所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述注浆站中设置有高压泵组，所述高压泵组至少包括一组第一脉冲式高压注浆泵体和第二脉冲式高压注浆泵体；所述注浆井筒位于地面的一端设置有四通装置；所述四通装置水平的两端分别连接第一脉冲式高压注浆泵体的输出端，作为注浆通道；所述四通装置垂直方向上的两个端口分别连接第二脉冲式高压注浆泵体的输出端和孔口套管，作为水力切割装置的动力装置。5.根据权利要求3所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述注浆裂隙的宽度为注浆浆液中固体颗粒粒径的10倍。6.根据权利要求1所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，所述稀浆的密度为1.03-1.05g/cm3；所述稠浆的密度为1.1-1.3g/cm3。7.根据权利要求1所述的一种煤层顶板脉冲式高压注浆工作面防突水工艺，其特征在于，在步骤三中，稀浆和稠浆的注入均通过脉冲式高压注浆方式进行注浆。
技术总结本发明提供了一种煤层顶板低频脉冲式高压注浆工作面防突水工艺。所述工艺步骤包括：建立钻场和注浆站；在钻场的地面与煤层顶板之间制作注浆井筒和若干注浆裂隙，注浆井筒竖直设置，注浆裂隙位于注浆井筒与煤层顶板之间，若干所注浆裂隙以及注浆裂隙与注浆井筒均连通；通过脉冲式高压注浆使1.03-1.05g/cm3的稀浆扩散至注浆裂隙的周围煤层中，在注浆裂隙中填充1.1-1.3g/cm3的稠浆，从而在煤层顶板上形成完整的平面注浆加固区域。通过在地面与煤层之间设置注浆井筒和注浆裂隙，通过给注浆井筒和注浆裂隙继续持续不断的脉冲式高压注浆造成工作面顶板砂岩地层孔隙间断性局部增大，填充后能够破坏聚水条件。充后能够破坏聚水条件。充后能够破坏聚水条件。
技术研发人员：王敬喻 霍超 马家辉 谭洪森 张允强 梁晓伟
受保护的技术使用者：陕西正通煤业有限责任公司
技术研发日：2022.07.31
技术公布日：2022/12/1
