[發(fā)明專利]一種離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵的聯(lián)合減沉方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010164517.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN111365003B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雙明;石智軍;申艷軍;王生全;侯新;郝建帥;白志鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D9/00
• 分類號(hào): E21D9/00;E21D11/10;E21B33/13
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 韓雪

本發(fā)明公開了一種離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵的聯(lián)合減沉方法；針對(duì)因采空區(qū)大幅垮塌引起離層及導(dǎo)水裂隙帶明顯發(fā)育的情況。采用鉆桿開展井下定向鉆孔至離層空間內(nèi)，利用窺視鏡對(duì)離層空間形貌進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)大直徑鉆桿將帶有注漿管的囊袋及雙控導(dǎo)流閥通過(guò)大鉆桿推至離層空間，待囊袋及雙控導(dǎo)流閥到達(dá)預(yù)定位置后將大直徑鉆桿提出。囊袋布設(shè)間距按照離層體積大小和水泥漿擴(kuò)散半徑計(jì)算獲得；采用雙控導(dǎo)流注漿，先行對(duì)囊袋開展注漿充填，實(shí)現(xiàn)間隔式囊袋充填支撐離層上覆巖層，利用水泥漿性能確保導(dǎo)水裂隙帶封堵效果，配合注漿管路布設(shè)的注漿流量計(jì)及注漿壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿量與注漿流量的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)最終實(shí)現(xiàn)離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵的聯(lián)合減沉方法。

背景技術(shù)

煤炭作為我國(guó)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(guó)煤炭產(chǎn)量逐年提高，帶來(lái)了諸多開采損害問題，對(duì)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)生態(tài)環(huán)境的損害，目前，防止煤礦上部地層塌陷導(dǎo)致地面沉陷；

地表向下鉆孔注漿方案；其具體實(shí)踐方式為：由地表建設(shè)專門注漿站向下鉆孔至注漿巖層進(jìn)行注漿。該技術(shù)總體成熟、可靠，但因建設(shè)注漿設(shè)施需要對(duì)地表環(huán)境進(jìn)行改造，對(duì)陜北相對(duì)脆弱的地表生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定程度破壞；且若遇到地表環(huán)境復(fù)雜情況無(wú)法建設(shè)注漿設(shè)施時(shí)，注漿施工將極為困難且經(jīng)濟(jì)效益不佳。此外，該方法的總體經(jīng)濟(jì)成本偏高，特別是采用離層空間全域充填方式，加之現(xiàn)階段的注漿材料造價(jià)抬升，最終造成的注漿成本普遍偏高。

目前而言，對(duì)于離層內(nèi)注漿方法，現(xiàn)階段多采用地面向下鉆孔進(jìn)入離層進(jìn)行全離層注漿，未見采用井下定向鉆孔對(duì)離層進(jìn)行先行間隔囊袋注漿支撐、后導(dǎo)水裂隙帶注漿封堵的聯(lián)合減損方法報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要：針對(duì)因采空區(qū)大幅垮塌引起離層及導(dǎo)水裂隙帶明顯發(fā)育的情況。首先，采用鉆桿開展井下定向鉆孔至離層空間內(nèi)，利用窺視鏡對(duì)離層空間形貌進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)大直徑鉆桿將帶有注漿管的囊袋及雙控導(dǎo)流閥通過(guò)大鉆桿推至離層空間，待囊袋及雙控導(dǎo)流閥到達(dá)預(yù)定位置后將大直徑鉆桿提出。其中，囊袋布設(shè)間距按照離層體積大小和水泥漿擴(kuò)散半徑計(jì)算獲得；而后，采用“雙控導(dǎo)流注漿”技術(shù)，先行對(duì)囊袋開展注漿充填，實(shí)現(xiàn)間隔式囊袋充填支撐離層上覆巖層，待囊袋完成預(yù)定注漿量并形成有效支撐后，切換注漿通道，選擇添加速凝劑控制初凝時(shí)間的水泥漿對(duì)離層下部導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)行有效封堵，把控水泥漿初凝時(shí)間確保注漿凝結(jié)效果。同時(shí)，配合注漿管路布設(shè)的注漿流量計(jì)及注漿壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿量與注漿流量的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)最終實(shí)現(xiàn)離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵。

本發(fā)明基于如下步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：

一種離層內(nèi)囊袋注漿與導(dǎo)水裂隙帶封堵的聯(lián)合減沉方法，包括以下步驟：

第一步、采用鉆桿開展井下定向鉆孔作業(yè)方式并基于鉆孔內(nèi)窺鏡觀測(cè)手段，確定離層空間分布、導(dǎo)水裂隙帶高度，進(jìn)而確定注漿囊袋所需注漿量及注漿壓力；

第二步、參考煤礦井下注漿材料性能測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展室內(nèi)試驗(yàn)研究，獲得漿液材料及合適配合比，并依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定漿液擴(kuò)散半徑、擴(kuò)散速度，并選擇合適的速凝劑、早強(qiáng)劑，確定合適的配合比及實(shí)現(xiàn)初凝時(shí)間的精確把控；