[發明專利]基于粘土基漿液超前注漿改性底板硬巖抑制采動破壞深度的方法

有效

• 申請號: 202011030321.8
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112253187B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 柳昭星;董書寧;王皓;趙春虎;柴建祿;姬亞東;王曉東
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21D11/38
• 分類號: E21D11/38;E21D11/10;E21C41/18
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種基于粘土基漿液超前注漿改性底板硬巖抑制采動破壞深度的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：分析確定壓裂注漿改性前采動底板破壞范圍和深度以及底板有效隔水層厚度，根據地質和水文地質資料，結合鉆孔柱狀，分析底板巖層巖性、厚度及組合結構特征，并根據工作面下方的承壓水含水層賦存特征得到承壓含水層與煤層間距空間分布特征；

步驟2：分析和確定超前壓裂和注漿充填層位；

根據水文地質資料可得底板承壓含水層水頭壓力，并且按照《煤礦防治水規定》中0.1MPa/m的突水系數臨界值要求，采用底板突水系數法計算可得滿足臨界突水系數值的安全底板有效隔水層厚度，其中突水系數為底板水壓與底板厚度的比值，按照安全底板有效隔水層厚度與實際采動底板有效隔水層厚度的大小關系分析，只有當實際采動底板有效隔水層厚度小于安全底板有效隔水層厚度時，煤層采動具有突水威脅，因此該種情況需要采取措施降低底板破壞深度來增加實際采動底板有效隔水層厚度至大于或等于安全底板有效隔水層厚度，即壓裂和注漿層位應位于安全底板有效隔水層厚度范圍與底板破壞范圍和深度交集范圍內的硬巖層中，采用數值模擬，以與煤層距離由小到大為序依次降低上述交集范圍內硬巖的物理力學性質，并依次進行采動底板破壞范圍和深度數值模擬計算，直至底板破壞范圍和深度與安全底板有效隔水層厚度范圍沒有交集為止，從而得到改變后的硬巖的物理力學性質和層位、數量；

步驟3：分析和確定粘土基漿液配比、注漿結束標準和水平分支孔間距；

(1)粘土基漿液配比分析

根據上述模擬計算得到的滿足安全底板有效隔水層厚度的改變后破壞范圍內硬巖的物理力學性質，標定得到與之物理力學性質相近的粘土漿液配比；

(2)注漿結束標準

注漿結束標準包括注漿終結壓力和注漿穩壓時間2個指標，注漿終結壓力依據硬巖地層啟裂壓力和注漿泵額定工作能力而定；注漿穩壓時間根據注漿泵額定工作能力和注漿管路耐壓指數而定；

(3)壓裂、注漿工藝及水平分支孔間距分析；

利用地面水平定向鉆對硬巖進行超前預裂，使原生裂隙相互貫通成網絡，然后在裂隙網絡中注入粘土漿液或粘土-水泥漿液。

2.如權利要求1所述的基于粘土基漿液超前注漿改性底板硬巖抑制采動破壞深度的方法，其特征在于：步驟1中采用計算公式和模擬數值計算結果相結合來預計底板破壞深度和范圍，計算公式分為基于彈性理論的采場巖體邊緣底板最大破壞深度分析、基于彈性理論的長臂工作面底板的最大破壞深度分析和基于塑性理論的底板破壞深度分析。

3.如權利要求2所述的基于粘土基漿液超前注漿改性底板硬巖抑制采動破壞深度的方法，其特征在于：基于彈性理論的采場巖體邊緣底板的最大破壞深度分析由彈性力學理論的主應力公式，得到采場邊緣的主應力方程，并根據莫爾-庫倫準則，得到采場邊緣水平破壞區的長度，由此可得到采場邊緣由應力集中造成的破壞區形狀，并根據幾何關系可得到采場巖體邊緣底板最大破壞深度為公式(1)：

式中，γ為容重；H為埋深；L_x為工作面推進長度；σ_c為巖體單軸抗壓強度。

4.如權利要求2所述的基于粘土基漿液超前注漿改性底板硬巖抑制采動破壞深度的方法，其特征在于：基于彈性理論的長臂工作面底板的最大破壞深度分析由彈性力學得作用在各向同性均勻地無限平面提上的集中力在平面上任一點的應力方程，運用疊加原理，可將其推廣應用到自由邊界上受均勻載荷的情況，并可以繪制出底板的應力分布圖形，并通過應力分析和求極值得到長臂工作面底板破壞深度為公式(2)：

式中，n為最大應力集中系數；σ_c巖體單軸抗壓強度；H開采深度；γ巖體容重；φ₀為底板巖體權重平均內摩擦角。