[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

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，其在不改變采煤工藝的前提下，從降低或抑制采掘擾動對煤層底板的破壞深度或范圍出發，利用地面或井下水平定向鉆對原有采動破壞范圍內的一定層位和厚度的巖層進行超前壓裂，實現巖層中裂隙網絡的貫通，然后在貫通裂隙網絡中注入粘土基漿液，將原有巖層改性為粘土柔性地層，該柔性地層能夠緩沖采動過程中超前支承壓力在底板巖層中的垂向傳遞，從而實現抑制或降低底板破壞深度或范圍，達到煤礦底板水害防治的目的。

技術領域

本發明涉及礦山井下等地下工程水害防治的技術領域，尤其涉及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。

背景技術

煤礦底板突水一直是困擾和威脅我國煤礦安全生產的最突出問題之一，據不完全統計，自20世紀90年代以來的20多年里，我國已有250多個礦井發生了突水淹井事故，直接經濟損失高達400億元以上，給企業帶來了嚴重的人身傷亡和巨大的經濟損失，同時也造成了礦區水環境及水資源的較大損害。隨著煤礦采深增大，在高承壓水和采動耦合作用下，煤層底板突水概率增加，而且中、東部華北型煤田最為突出和嚴重，嚴重制約了華北型煤田下組煤炭資源的大規模安全開發。

針對該問題，現階段華北型煤田礦區主要采用注漿工藝對底板含水層改造或隔水層加固，或者結合底板含水層疏水降壓，以實現含水層減水或有效隔水層厚度增加，從而降低高承壓水的安全威脅，但效果不盡人意，原因在于煤層高強度采動造成的底板巖體破壞是底板突水的最根本原因。一些煤礦采用調整采煤工藝來降低采動對底板的擾動破壞，如條帶開采、房柱開采等，但是以犧牲煤炭資源為代價，而且改變礦區采煤工藝成本過高，實際中很難推行。因此，現階段的研究缺少不改變原有采煤工藝的前提下直接降低或抑制底板破壞深度或范圍來預防底板突水災害發生的方法或技術。如承壓水體上采煤底板巖層突水的防控方法(專利號為CN103291325A)、一種煤層開采底板灰巖水防治方法(專利號為CN110344850A)、一種煤層底板灰巖承壓含水層注漿加固改造方法(CN111042831A)、底板灰巖含水層改造成自然人工復合完整隔水層的方法(CN201510297909.2)、一種煤礦大采深與下組煤開采防治水綜合治理方法(CN201410088702.X)等專利技術，均是以注漿改造含水層或加固隔水層為目的，未從根本上抑制采動底板破壞深度或范圍。因此，在不改變采煤工藝的前提下，采用何種技術或方法抑制煤層采動底板破壞深度或范圍是底板水害防治領域的短板和缺項。

綜上，為在不改變采煤工藝條件下抑制或降低煤層采動底板破壞深度或范圍，實現受煤層底板承壓水威脅的煤礦的安全回采，本發明的設計者發明了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，該方法能夠在煤層回采前對底板硬巖進行超前改性，在不改變采煤工藝條件下，從根本上抑制或降低采動底板破壞深度或范圍，從而達到承壓水上煤層的安全回采。

發明內容

本發明的目的在于提供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，其在不改變采煤工藝的前提下，從降低或抑制采掘擾動對煤層底板的破壞深度或范圍出發，利用地面或井下水平定向鉆對原有采動破壞范圍內的一定層位和厚度的巖層進行超前壓裂，實現巖層中裂隙網絡的貫通，然后在貫通裂隙網絡中注入粘土基漿液，將原有巖層改性為粘土柔性地層，該柔性地層能夠緩沖采動過程中超前支承壓力在底板巖層中的垂向傳遞，從而實現抑制或降低底板破壞深度或范圍，達到煤礦底板水害防治的目的。

為實現上述目的，本發明公開了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；