一种大采高防片帮的锚煤注顶装置及其使用方法与流程

[0001]
本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种大采高防片帮的锚煤注顶装置及其使用方法。


背景技术：

[0002]
煤炭矿层采出后，采空区顶板岩层内出现悬空，其压力便转移到煤壁上，煤壁承受的压力增加，形成增压区，煤壁在附加荷载的作用下，一部分煤被压碎，并挤向采空区，这种现象称为片帮。在地质条件复杂的大采高采煤工作面，片帮冒顶频繁发生，严重威胁到煤矿工人采煤作业时的人身安全，尤其是当煤矿工人迎头进行采煤作业时，一旦发生片帮事故，其后果不堪设想。
[0003]
因此，需要提供一种防止片帮并且对煤体影响小的改进技术方案。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种大采高防片帮的锚煤注顶装置及其使用方法，以减少片帮事故发生的问题。
[0005]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006]
一种大采高防片帮的锚煤注顶装置，所述锚煤注顶装置包括：
[0007]
注浆管，所述注浆管为注浆液的通道；
[0008]
囊袋，所述囊袋设置在所述注浆管的外围，所述注浆管上对应囊袋的位置设置有第一出浆口，所述注浆管中的注浆液从所述出浆口流入到所述囊袋中；
[0009]
所述囊袋的外表面上设置有小孔，所述囊袋中的注浆液从所述小孔中流出所述囊袋；
[0010]
爆破结构，所述爆破结构设置在注浆管的端部，所述爆破结构用于在注浆压力达到设定值时打开以供注浆液通过。
[0011]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述囊袋设置有两个，两个所述囊袋串联设置在所述注浆管上。
[0012]
优选地，所述注浆管上设置有单向阀，所述单向阀设置在两个所述囊袋之间的注浆管上，所述单向阀包括弹性管与第三出浆口，所述第三出浆口设置在两个所述囊袋之间的注浆管上，所述弹性管包裹在注浆管上第三出浆口的外围，以在注浆压力达到设定值时，注浆液顶开所述弹性管从所述第三出浆口流入到注浆管之外。
[0013]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述爆破结构包括爆破片，所述注浆管的端部位置的外周面上设置有第二出浆口，所述爆破片覆盖在所述第二出浆口上，所述爆破片在注浆压力达到设定值时破裂。
[0014]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述所述爆破片的材质为锡纸。
[0015]
优选地，通过设置锡纸的厚度，来调节压力设定值。
[0016]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述爆破结构包括爆破堵头，所述爆破堵头封堵在所述注浆管的端口位置，当注浆压力达到设定值时注浆液将所述爆破堵头从注浆管中冲出。
[0017]
优选地，通过设置所述爆破堵头伸入所述注浆管中的深度，以调节压力设定值。
[0018]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述锚煤注顶装置还包括快接头，所述快接头设置在所述注浆管远离爆破结构的一端，所述快接头用于与注浆装置快速连接。
[0019]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述注浆管为柔性管；优选地，注浆管为塑料管。
[0020]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置，优选地，所述小孔设置在所述囊袋的中部；优选地，所述小孔的直径为1-3mm。
[0021]
本发明还提供一种大采高防片帮的锚煤注顶装置的使用方法，该使用方法采用如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置；该使用方法包括以下步骤：
[0022]
步骤s1，钻孔，从煤体倾斜向上钻取注锚孔，注锚孔深入到顶板中；
[0023]
步骤s2，在所述锚注孔中放入锚煤注顶装置，锚煤注顶装置上设置爆破结构的一端深入到所述锚注孔的底部；
[0024]
步骤s3，所述锚煤注顶装置通过快接头连接到注浆泵上，注浆泵向锚煤注顶装置中注入浆液，当锚煤注顶装置中的浆液压力达到设定值时，所述爆破结构打开，浆液从爆破结构中进入到顶板之中。
[0025]
如上所述的大采高防片帮的锚煤注顶装置的使用方法，优选地，根据周期来压，加长锚煤注顶装置中囊袋的长度，或者调整锚煤注顶装置中两个囊袋之间的距离，以适应周期来压和地质条件变化的需要。
[0026]
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
[0027]
在锚煤注顶装置中，注浆液经注浆管注入到囊袋中，待囊袋注浆膨胀后，囊袋将钻孔封闭并支撑孔壁，由于囊袋的外表面上设置有小孔，少量的注浆液会通过小孔扩散至封孔段破碎煤体，胶结破碎煤体，起到锚固的作用；当注浆液压力达到一定数值时，爆破结构打开，待有一定压力的注浆液注入到煤体与顶板胶结处，并沿着胶结面往破碎顶板扩散，起到定向加固破碎顶板和煤壁的作用；从而防止片帮事故的发生。塑料材质的注浆管相当于全长锚固的锚杆，对煤体起到锚固护壁的作用，达到锚固煤体与向顶板注浆一体化作用，实现大采高工作面片帮冒矸防控。
[0028]
采用锡纸作为爆破片，当注浆压力达到设定值时，锡纸破裂；或者是采用爆破堵头封堵在注浆管的端口位置，当注浆压力达到设定值时，注浆液将爆破堵头冲出注浆管；从而使带有一定压力的注浆液注入到破碎顶板中。爆破片或爆破堵头的结构较为简单，设置更加方便。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例1中的锚煤注顶装置的结构图；
[0030]
图2为本发明实施例2中的锚煤注顶装置的结构图；
[0031]
图3为本发明实施例中锚煤注顶装置在煤矿中使用的示意图。
[0032]
图中：1、注浆管；2、囊袋；3、第一出浆口；4、弹性管；5、快接头；6、爆破片；7、爆破堵头；8、第二出浆口；9、第三出浆口；10、锚煤注顶装置；20、上循环锚注孔；30、本循环锚注孔；40、煤体；50、顶板。
具体实施方式
[0033]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]
实施例1
[0036]
根据本发明的具体实施例，如图1与图3所示，本发明提供一种大采高防片帮的锚煤注顶装置。
[0037]
锚煤注顶装置10包括注浆管1、囊袋2与爆破结构。注浆管1为注浆液的通道；注浆管1为柔性管，具体实施时可选塑料管，塑料管的材质为尼龙或者铝塑，塑料管的直径范围为18-22mm(可选取18mm、19mm、20mm、21mm、22mm)，塑料管的厚度2-4mm(可选取2mm、3mm、4mm)。塑料材质的管道使得注浆管1具有柔性而能够盘起来。囊袋2设置在注浆管1的外围，注浆管1上对应囊袋2的位置设置有第一出浆口3，注浆管1中的注浆液从第一出浆口3流入到囊袋2中。囊袋2的外表面上设置有小孔，囊袋2中的注浆液从小孔中流出囊袋2；小孔设置在囊袋2的中部，被注浆液充满的囊袋2紧贴钻孔的孔壁，注浆液从囊袋2中部的小孔流出，能够直接进入到破碎煤体40中，起到对煤体40锚固护壁的作用；而小孔设置在囊袋2的两端部位置时，注浆液将会从囊袋2的两端部位置流出后直接流入到钻孔中，浆液固结钻孔会影响第二出浆口8的出浆效果。
[0038]
囊袋2上的小孔的直径为1-3mm(可选1mm、2mm、3mm)，囊袋2中的小孔较小，使得从囊袋2中流入的注浆液的量较少，整个锚煤注浆装置的囊袋2段注浆量较小，从而保证注浆液对采出煤炭的品质影响较小。
[0039]
囊袋2设置有两个，两个囊袋2分别为第一囊袋2和第二囊袋2，两个串联设置在注浆管1上；锚煤注顶装置10还包括单向阀，向顶板50注浆是渐进的注浆过程，囊袋2注浆完成之后，注浆液通过单向阀4向两个囊袋2之间钻孔及其周边煤体扩散，单向阀4保证了浆液先进入两个囊袋2中，使囊袋2膨胀起到封孔的作用后，再使得注浆液通过单向阀4向钻孔及其周边煤体扩散，而不能使浆液返回至注浆注浆管1中。具体的，单向阀包括弹性管4与第三出浆口9，第三出浆口9设置在两个囊袋2之间的注浆管1上，弹性管包裹在注浆管1上的第三出浆口9的外围，以在注浆液的压力达到设定值时，注浆液顶开弹性管4从第三出浆口9流入到两个囊袋2之间钻孔中，钻孔中的注浆液不能在从第三出浆口9留回注浆管1中。
[0040]
在本实施例中，第一出浆口3设置有两个，两个第一出浆口3分别对应一个囊袋；第二出浆口8设置有一个，第二出浆口8对应爆破结构设置，第三出浆口9设置有一个，第三出浆口对应单向阀设置，也即在注浆管1上总共设置有四个出浆口。
[0041]
爆破结构设置在注浆管1的端部，爆破结构用于在注浆压力达到设定值时打开以供注浆液通过。由于注浆液只能单向通过单向阀4，在单向阀4的单向作用下，通过单向阀4
的注浆液会在单向阀4与爆破结构之间的压力逐渐升高，从而使得注浆液的压力达到设定数值。压力设定值为1-3mpa(可选1mpa、2mpa、3mpa)。
[0042]
爆破结构包括爆破片6，注浆管1的端部位置的外周面上设置有第二出浆口8，爆破片6覆盖在第二出浆口8上，爆破片6在注浆压力达到设定值时破裂。爆破片6的材质为锡纸；通过设置锡纸的厚度，来调节压力设定值。利用锡纸来做爆破片6，取材更加方便，爆破片6的结构更加简单。
[0043]
注浆管1本身充当韧性锚杆，管材抗拉强度67mpa，全长锚固，全长可切割，锚固力1t左右，可适应煤壁的大变形。直径φ18mm
×
(厚度2-4mm)塑性锚杆(即注浆管1)，可切割全长锚固，伸长率﹥100％。
[0044]
锚煤注顶装置10还包括锚杆，锚杆用于在注浆结束之后插入到注浆管1中，以增强锚煤注顶装置10的锚固力，锚杆为玻璃钢锚杆。注浆完成后，在注浆管1内插入玻璃钢杆体，以使注浆管1与玻璃钢锚杆形成复合锚杆，该复合锚杆全长可切割，锚固力5t左右。其中玻璃钢锚杆的直径小于注浆管1的内径。
[0045]
本申请中的注浆管1采用塑料管，相比于之前用钢管作为锚杆，钢管切割比较费劲，塑料管作为锚杆，不会影响产煤机，保证采煤机不会损坏，从而不会影响煤炭开采。
[0046]
锚煤注顶装置10还包括快接头5，快接头5设置在注浆管1远离爆破结构的一端，快接头5用于与注浆装置快速连接，从而便于锚煤注顶装置10与注浆泵的快速连接。
[0047]
实施例2
[0048]
根据本发明的具体实施例，如图2所示，本发明提供一种大采高防片帮的锚煤注顶装置的第二个实施例，本实施例2与实施例1的区别仅在于爆破结构；在实施例2中，爆破结构包括爆破堵头7，爆破堵头7封堵在注浆管1的端口位置，当注浆压力达到设定值时注浆液将爆破堵头7从注浆管1中冲出；通过设置爆破堵头7伸入注浆管1中的深度，以调节压力设定值；即爆破堵头7伸入注浆管1中的深度越深，需要将爆破堵头7冲出的压力就越大。直接设置爆破堵头7封堵在注浆管1的端口位置，结构简单，安装操作方便。
[0049]
本发明还提供一种锚煤注顶装置的使用方法，该使用方法使用上述锚煤注顶装置10，如图3所示，该使用方法包括以下步骤：
[0050]
步骤s1，钻孔，从煤体40斜向上钻取锚注孔，锚注孔伸入到顶板50中，然后将锚煤注顶装置10伸入到钻孔。锚注孔与水平面的夹角范围为20
°-
30
°
(可选取20
°
、21
°
、25
°
、30
°
等)，锚注孔深入到顶板的深度范围为300-500mm(可选取300mm、350mm、400mm、500mm等)。
[0051]
步骤s2，在锚注孔中放入锚煤注顶装置，锚煤注顶装置上设置爆破结构的一端深入到所述锚注孔的底部。
[0052]
步骤s3，锚煤注顶装置10通过快接头5连接到注浆泵上，注浆泵向注浆管1中注入注浆液，注浆液可以是无机材料。注浆液先通过两个第一注浆口3分别充入两个囊袋2，并有少量注浆液从两个囊袋2上的小孔中渗出到破碎煤体40，在第一个囊袋2和第二个囊袋2充满后，少量注浆液同样从囊袋2上的小孔中渗出到破碎煤体40，胶结破碎煤体40，起到锚固和封孔的作用。在浆液不能继续注入囊袋2后，注浆管1中的注浆液压力升高，注浆液顶开弹性管4通过第三出浆口9进入到两个囊袋2之间的锚注孔中，即注浆液通过单向阀向两个囊袋2之间锚注孔及其周边煤体扩散，固结破碎煤体和锚固注浆管，注浆液压力持续升高，当注浆液压力达到设置值时，爆破片6破裂或者爆破堵头7被冲出，使得带有一定压力的注浆
液注入到煤体40与顶部胶结处，使得注浆液注入到破碎顶板50中，起到加固破碎顶板50得到作用；从而实现封孔、锚固与注浆的一体化。
[0053]
在煤体40中倾斜向上进行钻孔，从而对还未开挖的煤体40上部的顶板50进行预先注浆加固，当采煤快要将上循锚注孔20加固范围的末端时，进行本循环锚注孔30的钻孔，并在本循环锚注孔中放置锚煤注顶装置10，以对煤层上方的顶板50进行加固。
[0054]
本发明中的周期来压是指当采煤工作面继续推进，老顶悬露的跨度达到一定长度时，老顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿煤壁甚至在煤壁内发生折断和垮落，随工作面的推进老顶这种垮落现象周而复始的出现。
[0055]
当出现周期来压时，可调整注锚区位比例可调，注锚区位比例调节的方式有两种，一个是加长囊袋的长度，从而加长锚煤注顶装置中起到锚杆作用的囊袋的长度；另一个是调节两个囊袋之间的间距，使两个囊袋之间的间距加长，以加长锚固区域的长度；从而适应周期来压和地质条件变化的需要，做到因地因压，随机可调。
[0056]
综上所述，本发明提供的一种大采高防片帮的锚煤注顶装置，在锚煤注顶装置中，注浆液经注浆管注入到囊袋中，待囊袋注浆膨胀后，囊袋将钻孔封闭并支撑孔壁，由于囊袋的外表面上设置有小孔，少量的注浆液会通过小孔扩散至封孔段破碎煤体，胶结破碎煤体，起到锚固和封孔的作用；当注浆液压力稍微升高时，单向阀打开，注浆液继续向囊袋间围岩扩散，起到加固破碎煤体和锚固注浆管的作用；当注浆液压力达到一定数值时，爆破结构打开，带有一定压力的注浆液注入到煤体与顶板胶结处，并沿着胶结面往破碎顶板扩散，起到定向加固破碎顶板和煤壁的作用；从而防止片帮事故的发生。塑料材质的注浆管相当于全长锚固的锚杆，对煤体起到锚固护壁的作用，达到封孔、锚固煤体与向顶板注浆一体化，实现大采高工作面片帮冒矸防控。
[0057]
该锚煤注顶装置减少化学材料(即注浆液)进入煤层的量，减少化学材料对煤质的影响，提高注浆效率，提供采煤效率，提供采煤工作的安全性。
[0058]
注锚区位比例可调，以适应周期来要和地质条件变化的需要，做到因地因压，随机可调。
[0059]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。