[发明专利]一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法

权利要求书

1.一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：通过地质雷达、钻孔等测得的地球物理探测数据用以确定冒落带高度与发育状况，据此确定出覆岩垮落胶结与囊袋注浆联合支撑体间距L，计算上覆岩层应力确定所需要的胶结矸石垛状体强度，所述胶结矸石垛状体强度根据上覆围岩的周期来压(可测量)，获得上覆岩层向下的压力，利用结构力学公式(根据实际情况选取，例如悬臂梁或简支梁计算)相应公式计算每个支撑体分担点压力；根据注浆量选择合适型号的球面状注浆喷嘴，所述球面状注浆喷嘴采用增压喷射技术；

第二步：根据实验室测定的顶板岩石的最优碎胀系数，进行浆液注浆量、注浆压力、初凝时间的最优化设计，按照实际工程所需的浆液扩散半径、扩散速度及实验室预实验测试水泥浆性能，选择适当的速凝剂或早强剂等水泥改性剂对水泥浆的性能进行合理的施工配合比设计，所述浆液扩散半径需要测试水泥浆的流动性，在单位时间内碎胀体中的空隙能多大程度被水泥浆充填，碎胀体界面能够形成多大的渗透圆形或其他图形；

第三步：注浆作业采用井下工作面定向钻孔方式进行，由采煤工作面斜向上钻孔至冒落带上方预定注浆位置，钻孔完成后设置PVC套管，随后利用钻杆将连接注浆管道的球面状喷头推送至预定注浆位置；

第四步：当采煤工作面液压支架向煤方向推进时，采空区直接自然垮落并充填采空区上部空间；当垮落破碎覆岩部分充填采空区并趋于稳定时对垮落破碎的矸石开始注浆胶结；通过注浆压力计与注浆流量计对浆液初凝时间、注浆压力、注浆量进行精确控制，满足预定的注浆要求时停止注浆；

第五步：等待垮落矸石胶结成稳定支撑体并达到预定强度后，利用钻杆将连接注浆管的注浆囊袋推送至已胶结的垛桩体上部，随后对囊袋进行注浆，通过注浆压力计与注浆流量计对囊袋注浆过程进行控制；

第六步：全部注浆作业完成后，通过PVC套管推送窥视镜观察注浆效果。

2.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第一步中，所述冒落带高度为：:h＝m/((k-1)cosα),式中，h为冒落带高度；m为底部未开采煤层厚度；k为垮落矸石的碎胀系数；α为底部未开采煤层倾角。

3.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第一步中，所述极限跨距L＝2h√(R_T/3q)，式中，q—老顶岩层梁所承受的载荷；R_T—该处岩层的抗拉强度极限；h—老顶岩层厚度。

4.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第一步中，所需水泥浆总注浆量参考水泥浆性能测试国家标准通过前期实验室试验得出所需水泥改性剂配比、凝结时间、水泥浆强度，并根据囊袋极限膨胀体积得到；所述水泥浆改性配比、凝结时间、水泥浆强度通过模拟注浆试验验证后确定，所属囊袋极限膨胀体积根据最后垮落的碎胀体截面积结合剩余充填高度选取。

5.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第二步中，所述最优碎胀系数需要通过室内试验测试确定，通过破碎注浆试验，测定抗压注浆体强度与碎胀系数的关系确定最大抗压强度所对应的注浆量和最优碎胀系数；所述注浆压力与初凝时间是要通过模拟注浆试验确定，测试其不同养护龄期的强度发展，确定注浆时间和所选水泥浆配比。

6.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第三步中，注浆管道布设注浆压力计与注浆流量计，通过控制注浆压力与注浆流量结合浆液初凝时间，对注浆过程中以及注浆完成后的注浆效果进行控制；具体管路监测仪表可根据注浆需求进行添加。

7.根据权利要求1所述的一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，其特征在于，第四步中，利用球状喷嘴多孔喷淋技术对浆液进行局部扩散式喷射，浆液由垮落覆岩破碎体上部球面状喷嘴喷出在重力作用下沿堆积矸石缝隙由上到下扩散胶结成垛桩体。