[發明專利]一種高強度開采巖層運移注漿控制及注漿量計算方法

有效

• 申請號: 202010052254.3
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN112096380B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張村;趙毅鑫;李全生;任趙鵬;劉金保;滕騰;王偉;何祥;吳山西;賈勝;胡林楓;楊永松
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種淺埋高強度開采巖層運移注漿控制及注漿量計算方法，屬于煤礦高強度開采損傷控制及地表減損方法。本發明針對西部礦區淺埋高強度覆巖大損傷“兩帶”發育結構提出垮落帶與離層裂隙帶注漿充填形成低損傷“三帶”覆巖結構，大大減緩了地表損傷。主要步驟包括：確定覆巖關鍵層所在位置；計算出關鍵層破斷前最大撓度w；計算出離層裂隙帶所需注漿量計算公式根據煤層工作面開采高度及頂底板性質確定垮落帶高度H₁；進而給出確保關鍵層不斷裂的垮落帶注漿量的計算公式V_k＝dH₁L?V_g?(H₁?M)bdL。根據計算結果在工作面下位基本頂初次斷裂后從地面打鉆井向垮落帶內注漿；在工作面推進至一次見方時，向離層裂隙體開始注漿；如摘要附圖所示。該方法的實施能夠大幅度降低淺埋高強度開采地表損傷程度，實現西部礦區生態脆弱地區綠色開采。

技術領域

本發明涉及一種淺埋煤層高強度開采減損方法，具體是一種基于注漿控制巖層運移的開采損傷控制方法。

背景技術

隨著科技與裝備的進步，我國井工煤礦規模由上世紀九十年代的百萬噸級(100-300萬噸/年)發展到本世紀初的千萬噸級(1000-3000萬噸/年)，開采集約化水平不斷提高，成為提高煤礦安全保障程度、資源回收率和經濟效益的重要途徑。按照集約化開發布局，我國14個大型煤炭基地產量占全國的95％以上。高強度開采是集約化開采的重要方式，但帶來的地表沉降快和變形大，進而損傷生態嚴重問題亟待解決。我國煤炭賦存與生態環境容量分布不均衡，“神東”礦區為代表的西部晉陜蒙寧甘煤炭產量占全國的3/4，但該區域生態脆弱、水資源匱乏，高強度開采加劇了礦區及周邊的沙漠化、荒漠化。以“兩淮”礦區為代表的東部礦區保障了華東地區能源供應，但高強度開采造成土地塌陷，造成礦業城市土地資源更加緊張。礦區地表生態損傷源于煤炭開采引起的覆巖變形、破斷、運動造成的下位巖層采動損傷和由此造成的上位巖層和地表層傳遞損傷。因此，礦區生態修復的根本在于從開采源頭最大限度的減少對地表生態的損傷，關鍵在于充分利用開采對覆巖和地表的損傷規律，實現人為對損傷傳導進行控制。

綜上所述，如何實現地表生態高效修復與高強度開采相協調，是煤炭行業的重大技術難題。但是由于高強度開采推進快、開采工作面尺寸大，上覆巖層破壞范圍大、地表沉降速度快且變形量大，對地表及生態損傷程度高，資源開發與生態礦區建設矛盾突出等原因，很難實現從源頭控制地表損傷程度。為此，本發明充分利用覆巖損傷傳導特征，利用垮落帶及離層裂隙帶注漿手段控制地表關鍵層及地表移動狀態，從而實現煤炭高強度開采與地表生態保護相協調。

發明內容

本發明的目的是要提供一種淺埋高強度開采巖層運移注漿控制及注漿量計算方法。

本發明的目的是這樣實現的：具體步驟如下：

a、根據覆巖鉆孔柱狀圖計算出關鍵層所在位置，根據煤層采高M，頂板巖性分別計算出垮落帶高度H₁和裂隙帶高度H₂，煤層埋深為H。

b、當H₂H時，覆巖為“兩帶”發育結構，需要進行垮落帶注漿；

c、當H₂H時，為“三帶”發育結構，無需進行垮落帶注漿；

d、由地表向垮落帶內打地面鉆孔，垮落帶地面鉆孔位置為工作面開切眼中部正上方；

e、在工作面推進至老頂初次斷裂時，開始向垮落帶均勻注漿，垮落帶注漿量為V_k；

f、在工作面推進距離為L，工作面寬度為d；

g、在地表距開切眼d/2距離向關鍵層上部離層裂隙帶內打地面鉆孔；

h、當工作面推進距離L＝d時，開始進行離層裂隙帶內注漿，注漿量為V_g；

i、當覆巖結構為“三帶”結構時，則由步驟b直接進入步驟g