[發(fā)明專利]一種利用頂板垮落碎脹充填與定向鉆孔點(diǎn)源式間隔注漿減損方法

有效

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111335943B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雙明;石智軍;申艷軍;王生全;郝建帥;白志鵬;侯新
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;E21F15/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 韓雪

本發(fā)明公開了一種利用頂板垮落碎脹充填與定向鉆孔點(diǎn)源式間隔注漿減損方法；在采煤作業(yè)后頂板自然垮落形成完全充填或近完全充填的狀態(tài)，首先，采用間隔式井下定向鉆孔至垮落破碎體上部，并同步布設(shè)PVC套管與注漿管實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)注漿；其中，注漿材料性能參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取及針對性配合比設(shè)計(jì)，選擇合適的速凝劑精準(zhǔn)控制漿液初凝時(shí)間；而后，通過在注漿管道上布設(shè)注漿流量計(jì)及注漿壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)注漿量的精準(zhǔn)與實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)選用螺旋式噴嘴進(jìn)行面狀噴射注漿。通過控制注漿管壓力和流量監(jiān)測確定注漿量和注漿速度，最終形成點(diǎn)源式間隔注漿垛樁體布設(shè)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用頂板垮落碎脹充填與定向鉆孔點(diǎn)源式間隔注漿減損方法。

背景技術(shù)

煤炭作為我國現(xiàn)階段核心能源地位短期不會(huì)發(fā)生改變，但隨著我國煤炭產(chǎn)量逐年提高，帶來了諸多開采損害問題，對于地表生態(tài)及地下水環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。特別是針對鄂爾多斯盆地生態(tài)脆弱區(qū)而言，干旱少雨，水資源匱乏，生態(tài)環(huán)境脆弱，大規(guī)模開采煤炭資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾十分突出。前期煤炭開采大量實(shí)踐表明：煤炭開采會(huì)改變地下應(yīng)力場的分布狀態(tài)，引起煤層上覆和下伏巖層產(chǎn)生形變，地表發(fā)生沉降、塌陷和開裂，使原有地質(zhì)條件發(fā)生變化，地下水流場受到影響，維系地表生態(tài)系統(tǒng)的地下水出現(xiàn)滲漏或水位下降，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化，諸上問題嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)孛禾抠Y源開采的可持續(xù)發(fā)展。因此，探索一套適用于煤礦巷道井下綜合減損技術(shù)方法，是現(xiàn)階段生態(tài)脆弱區(qū)綠色、高效采煤的重要現(xiàn)實(shí)需求。

按照生態(tài)文明建設(shè)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的總體要求，在煤礦開采時(shí)應(yīng)盡量減少和控制采動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的損害，目前，防止煤礦上部地層塌陷導(dǎo)致地面生態(tài)系統(tǒng)破壞的方法主要以留煤柱和充填開采為主。然而，此兩種方式均存在顯著弊端：

充填開采方案；對于“三下”采煤環(huán)境，其具體實(shí)踐方式為：利用矸石、砂、碎石等物料充填采空區(qū)，滿足“三下”采煤減沉的目的，然而，無論是采用煤矸石充填法、膠結(jié)充填法、粉煤灰部分代替水泥充填法、混凝土充填法等，其單位造價(jià)普遍偏高，相對較高的投入成本嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，客觀上限制該方法的大面積推廣應(yīng)用。

目前而言，留設(shè)保護(hù)煤柱開采和充填開采成為該區(qū)域最為常見的減損方法。然而，留設(shè)煤柱開采方法一方面造成資源浪費(fèi)、減少礦井服務(wù)年限；另一方面，影響生產(chǎn)布局和煤炭的高效回采。而充填開采的成本投入太高，經(jīng)濟(jì)效益性差，不宜于煤礦企業(yè)大面積推廣與實(shí)施。因此，探究科學(xué)、合理的綠色減損開采技術(shù)成為西部煤炭資源開采必須破解的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對采空區(qū)頂板垮落情況，提出了一種利用頂板垮落碎脹充填與定向鉆孔點(diǎn)源式間隔注漿減損方法；該方法利用針對頂板自然垮落后破碎體完全填充(含近完全填充)采空區(qū)情況。在采煤作業(yè)后頂板自然垮落形成完全充填或近完全充填的狀態(tài)，首先，采用間隔式井下定向鉆孔至垮落破碎體上部，并同步布設(shè)PVC套管與注漿管實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)注漿；其中，注漿材料性能參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取及針對性配合比設(shè)計(jì)，選擇合適的速凝劑精準(zhǔn)控制漿液初凝時(shí)間；而后，通過在注漿管道上布設(shè)注漿流量計(jì)及注漿壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)注漿量的精準(zhǔn)與實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)選用螺旋式噴嘴進(jìn)行面狀噴射注漿。通過控制注漿管壓力和流量監(jiān)測確定注漿量和注漿速度，最終形成點(diǎn)源式間隔注漿垛樁體布設(shè)方案。

本發(fā)明基于如下步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：

一種利用頂板垮落碎脹充填與定向鉆孔點(diǎn)源式間隔注漿減損方法，包括以下步驟：

第一步、通過采高與冒落帶的關(guān)系及實(shí)際煤礦的開采地質(zhì)資料，確定冒落帶整體高度，并通過頂板極限垮落步距確定垛樁體間距L；

第二步、參考煤礦井下注漿材料性能測試相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，開展室內(nèi)試驗(yàn)及物理模型試驗(yàn)，結(jié)合確定的覆巖碎脹系數(shù)值，獲得形成合適垛樁體所需的最優(yōu)漿液注漿量、注漿壓力、初凝時(shí)間；

第三步、注漿孔作業(yè)采用自巷道定向鉆孔方式，所述定向鉆孔的間距依據(jù)垛樁體設(shè)計(jì)間隔布設(shè)；所述注漿管道的末端設(shè)置有螺旋式噴嘴，所述螺旋式噴嘴在下管時(shí)帶入預(yù)定工作面。