[發明專利]一種含弱結構體煤巖層固化成孔方法

有效

• 申請號: 201610565416.7
• 申請日: 2016-07-18
• 公開（公告）號: CN106837237B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 宋晨鵬;盧義玉;張旋;張守平;葛兆龍;夏彬偉;湯積仁;賈云中
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明涉及一種含弱結構體煤巖層固化成孔方法，步驟包括：1.鉆進若干固化孔：固化孔根據欲加固煤巖層弱結構體范圍進行布置；2.利用注漿管向孔內依次加壓注菌液、固定液和膠結液，通過MICP原位灌漿技術誘導碳酸鈣結晶；3.待微生物漿液將固化孔周圍的裂隙和弱結構固結后，再在該固化位置按照后續工序組織生產。本方法一方面微生物吸附于鉆孔周圍的孔隙及裂隙表面，高效誘導碳酸鈣沉淀，使煤(巖)層內表面黏合膠結，將松軟特性的圍巖固化膠結形成具有一定力學性能的整體，增強孔壁圍巖強度；另一方面，微生物漿液為溶液或懸濁液，漿液粘度低、流動性好、滲透性強，與化學處理方法相比極限注漿壓力小、固化半徑大及鉆孔圍巖膠結強度可調控。

技術領域

本發明涉及煤巖層加固領域，具體涉及一種含弱結構體煤巖層固化成孔方法

背景技術

在我國一次能源生產和消費結構中，煤炭占據主導地位，在總消費量中的占比為65％左右，這一比例遠遠高于世界平均水平30％。隨著一次能源消費結構的不斷優化，盡管煤炭所占的比重不斷下降，但總量還在保持增長，據預測在未來的半個世紀內煤炭仍將是我國能源安全的重要支撐。

但由于我國煤層賦存條件復雜多變，含瓦斯煤層多，煤層瓦斯含量和煤層瓦斯壓力大，因而我國煤炭工業長期受到各種自然災害的威脅，嚴重影響著礦井的安全生產和可持續發展。瓦斯災害即是煤礦開采過程中最嚴重的災害之一，尤其是近年來隨著開采深度的不斷增加，礦井瓦斯涌出強度不斷增大，大量淺部低瓦斯礦井逐漸轉變為高瓦斯礦井，據統計2010年全國突出礦井煤炭產量3.825億噸，約占全國煤礦產量32.4億噸位的11.8％。高瓦斯礦井煤炭產量估計約占30％左右。

為此，我國《煤礦瓦斯抽采暫行規定》(2012年)第三條規定:“開采高瓦斯及有煤與瓦斯突出危險的煤層(松軟煤層)必須先抽采瓦斯，抽采效果達到標準要求后方可安排采掘作業。”目前，我國治理高瓦斯和突出煤層最普遍的辦法是對開采工作面煤層瓦斯提前預抽，并輔以鉆孔造穴、水力壓裂、水力割縫、深孔預裂爆破等增透技術。但煤巖長鉆孔過泥巖、構造帶和軟煤層是公認的技術難題，在含弱結構體的煤巖層鉆孔鉆進過程中，經常發生噴孔、塌孔、堵孔、卡鉆、夾鉆等動力失穩現象，致使成孔難，成孔率低，鉆進深度淺，嚴重制約著高瓦斯和突出礦井的瓦斯治理效果。

目前煤礦井下鉆孔失穩的解決方法主要包括方面：一是從鉆進工藝上采取措施保障成孔率，如壓風排屑鉆進、干濕混合鉆進等；二是使用套管以保證成孔，但套管護孔材料供應、運輸工作量較大，且在松軟煤層中起拔困難；三是改進鉆具，提高成孔效果，如采用大功率的鉆機和三角形、螺旋形等異形鉆桿提高排渣效率。但上述方法都無法從根本上解決過弱結構煤巖長鉆孔動力失穩問題。

近年來，生物巖土工程學作為一門新興的交叉學科得到迅速發展。利用微生物改善巖土體性能具有巨大的應用潛能。MICP原位灌漿技術—即通過向原位巖土體中灌注特定微生物制備的菌液以及膠結溶液(通常為尿素-Ca²⁺混合液)，使微生物誘導形成的碳酸鈣沉積在孔隙、裂隙中，從而將松散含弱結構體的巖土體膠結起來，使其得到加固。

發明內容

本發明是基于MICP原位灌漿技術這一研究成果，提出一種含弱結構體煤巖層固化成孔方法，對含弱結構體煤巖層注入巴氏生孢八疊球菌，誘導其在鉆孔周圍軟弱煤巖層孔隙、裂隙中生成碳酸鈣結晶，人為改善鉆孔壁圍巖松軟特性的研究思路。一方面微生物吸附于鉆孔周圍的孔隙及裂隙表面，高效誘導碳酸鈣沉淀，使煤(巖)層內表面黏合膠結，將松軟特性的圍巖固化膠結形成具有一定力學性能的整體，增強孔壁圍巖強度；另一方面，微生物漿液為溶液或懸濁液，漿液粘度低、流動性好、滲透性強，與化學處理方法相比極限注漿壓力小、固化半徑大及鉆孔圍巖膠結強度可調控；此外，微生物漿液成本低、污染友好，屬于低能耗、低排放材料。

本發明采用如下技術方案：

一種含弱結構體煤巖層固化成孔方法，包括以下步驟：