[發(fā)明專利]一種淺埋煤層的保水開采方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010858880.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN114086955A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李全生;張凱;郭俊廷;賀安民;段偉;楊明浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究院;國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): E21C41/18
• 分類號(hào): E21C41/18
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;卑瑩

本發(fā)明提供了一種淺埋煤層的保水開采方法，包括如下步驟：S2通過(guò)地表裂縫確定覆巖中導(dǎo)水裂隙位置，劃定封堵區(qū)域；S3利用凍結(jié)法在劃定的封堵區(qū)域封堵導(dǎo)水裂隙；S4通過(guò)注漿法對(duì)隔水層的導(dǎo)水裂隙進(jìn)行修復(fù)。本發(fā)明方法提供了一種新的保水開采方法，針對(duì)淺埋高強(qiáng)度開采煤層，在不減少資源采出的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)于覆巖破壞規(guī)律的研究，提出了一種先利用凍結(jié)法封堵再利用注漿法修復(fù)的保水開采方法。相較于直接進(jìn)行注漿，本發(fā)明不但減少了在采動(dòng)期間對(duì)含水層的破壞，而且還利用覆巖的自修復(fù)過(guò)程減少注漿量降低了成本，是一種適用于我國(guó)西部礦區(qū)的保水開采方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種淺埋煤層的保水開采方法及其應(yīng)用，屬于煤炭開采領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，保水開采目標(biāo)是通過(guò)控制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，避免或減少開采對(duì)含水層的破壞。其中常用的是充填開采和部分開采，部分開采又包括限高開采、分層開采、條帶開采和預(yù)留煤柱等。充填開采是一種置換型開采，煤炭采出后將其他材料充入開采空間，常用的有利用矸石、粉煤灰以及其他材料等制作成固態(tài)、膏體狀或液態(tài)的材料，按照一定比例混合后對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，以降低覆巖破壞高度；部分開采則是通過(guò)減少煤炭采出量，保留一部分煤炭用于支撐開采空間，避免或降低覆巖破壞高度的一種資源損失型減損開采方法，常用降低采高、分層開采或是預(yù)留煤柱等方法降低開采對(duì)于覆巖的破壞程度。但充填或部分開采方法不適用于西部礦區(qū)實(shí)際開采要求。充填開采的充填量直接與減損效果成正比，西部礦區(qū)大范圍充填成本巨大，小范圍充填又很難達(dá)到控制效果，而部分開采又帶來(lái)煤炭低采出率和低效率的問題，因此均難以適用西部保水開采。基于此，亟需探索出適用于西部礦區(qū)的保水開采方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種淺埋煤層的保水開采方法，通過(guò)對(duì)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行凍結(jié)封堵和注漿修復(fù)，在最大程度上減少開采對(duì)于含水層的破壞，在確保資源最大回收率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)煤炭開采及水資源保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種淺埋煤層的保水開采方法，包括如下步驟：

S2通過(guò)地表裂縫確定覆巖中導(dǎo)水裂隙位置，劃定封堵區(qū)域；

S3利用凍結(jié)法在劃定的封堵區(qū)域封堵導(dǎo)水裂隙；

S4通過(guò)注漿法對(duì)隔水層的導(dǎo)水裂隙進(jìn)行修復(fù)。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述步驟S2包括：

2A獲取地表裂縫的寬度及分布數(shù)據(jù)；

2B確定覆巖中導(dǎo)水裂縫位置；

2C劃定封堵區(qū)域。

西部礦區(qū)多為淺埋煤層，煤炭開采時(shí)覆巖無(wú)法形成“三帶”，導(dǎo)水裂隙帶大多直接到達(dá)地表，對(duì)含水層造成極大破壞。研究表明，淺埋煤層開采時(shí)，覆巖受采動(dòng)影響會(huì)出現(xiàn)“上行裂隙”與“下行裂隙”。“上行裂隙”是由采動(dòng)后頂板垮落和離層下沉形成的自下而上發(fā)育的導(dǎo)水裂隙帶，“下行裂隙”則是由隔水巖組下沉作用而產(chǎn)生的自上而下發(fā)育的拉伸裂隙。其中，“上行裂隙”和“下行裂隙”均在開采邊界處較為集中且發(fā)育高度較大，這就導(dǎo)致二者容易導(dǎo)通進(jìn)而破壞含水層。又因西部礦區(qū)松散層多為風(fēng)積沙覆蓋層，“下行裂隙”通常會(huì)連通松散層形成地表裂縫。由于是淺埋煤層導(dǎo)水裂縫通常與地表裂縫聯(lián)通，因此將地表主裂縫位置視為導(dǎo)水裂隙位置。地表主裂縫的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：長(zhǎng)度大于100m或?qū)挾却笥?0cm的地表裂縫通常為貫通裂縫，即被視為主裂縫。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述步驟S3包括：

3A在劃定的封堵區(qū)域打凍結(jié)孔；

3B將凍結(jié)管送入凍結(jié)孔中，在凍結(jié)管中安裝凍結(jié)器；

3C向凍結(jié)管中加入鹽水，使鹽水在凍結(jié)器附近凍結(jié)形成凍結(jié)壁。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述凍結(jié)孔的數(shù)量根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度和寬度確定，凍結(jié)管的凍結(jié)半徑在5-10m，凍結(jié)管數(shù)量應(yīng)確保地表主裂縫均在凍結(jié)范圍內(nèi)。