[發明專利]孤島工作面覆巖隔離注漿充填開采方法

在審

• 申請號: 202111008579.2
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113530545A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 王秉龍;張亮
• 申請（專利權）人: 徐州格潤礦山技術開發有限公司
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F15/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 龍濤

一種孤島工作面覆巖隔離注漿充填開采方法，根據孤島工作面及兩側采空區的開采條件，將孤島工作面沿走向劃分多組注漿區域和煤柱。當工作面回采時，在首組注漿區域通過地面施工的若干個鉆孔對孤島工作面上方覆巖空間實施充填煤基固廢漿液，直至首組注漿區域回采結束，然后留設煤柱，孤島工作面進行跳采，對次組注漿區域進行回采并實施注漿充填，依次循環，直至孤島工作面開采結束。該方法解決了孤島工作面覆巖隔離注漿充填效果差難題，能夠有效控制地表下沉并保護地面建筑物。

技術領域

本發明屬于采礦工程綠色開采領域，具體涉及一種孤島工作面覆巖隔離注漿充填開采方法。

背景技術

建(構)筑物壓煤一直是困擾我國煤礦開采的重大技術難題，壓煤總量近百億噸，東部礦區甚至超過總儲量的50％，是礦區資源開發與和諧人居環境之間的尖銳矛盾。井工開采煤炭會造成地表塌陷，導致水土流失，造成經濟損失和環境破壞。開采建筑物下壓煤對于解放煤炭資源、緩解資源開發與人居之間的矛盾、保護環境有著重大的意義。近年來，采動覆巖隔離注漿充填技術(專利ZL201210164929.9)在建(構)筑物下采煤中得到了廣泛應用，該方法涉及從地表向煤層方向垂直施工多組鉆孔，利用鉆孔向采動離層空間高壓注漿，從而控制上覆巖層變形、減少地表沉陷。該方法能夠有效的控制地表下沉和保護地面建構筑物的前提是提前對工作面的開采參數或者采區工作面的布置進行設計，工作面間需要留設隔離煤柱。但現實中往往遇到采區內大部分工作面已回采，形成孤島工作面的情形，孤島工作面兩側均為采空區，此時地面已出現下沉，部分地面建筑物已出現了變形甚至損壞，如果仍按照傳統的技術進行注漿充填開采，勢必導致地面下沉劇烈增加，地面的建構筑物將出現嚴重破壞，無法達到預期效果。因此，針對孤島工作面的情形，有必要形成與之相應的覆巖隔離注漿充填開采方法，以便保護地面建筑物。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種孤島工作面覆巖隔離注漿充填開采方法，技術構思為：將孤島工作面沿走向劃分多組注漿區域和煤柱，在孤島工作面所有注漿區域回采時，通過地面施工的鉆孔對孤島工作面上方覆巖空間實施注漿充填煤基固廢漿液；具體包括如下步驟：

a.確定煤層埋深H大于孤島工作面寬度W；

b.根據孤島工作面及兩側采空區的開采尺寸確定注漿區域走向長度a：

若孤島工作面寬度W與兩側采空區的寬度X、Y之和＞煤層埋深H，則注漿區域的走向長度a＝W；

若孤島工作面寬度W與兩側采空區的寬度X、Y之和＜煤層埋深H，則注漿區域的走向長度a＞WH/(X+Y+W)，具體根據地面建筑物保護等級，并采用概率積分法地表沉陷預計進行確定；

c.根據輔助面積法，以最危險狀態考慮，即采空區上方的覆巖重力全部轉移至煤柱上，計算煤柱承受載荷，公式為式中：P為煤柱承受的載荷，γ為煤柱上覆巖層平均容重，H為煤層埋深，θ為煤巖冒落角，h為注漿層位距煤層頂板高度，b為煤柱走向長度；

d.根據實驗室煤柱樣品參數測試和比涅烏斯基公式計算煤柱實際強度，

公式為式中：σ為煤柱實際強度，σ_c為實驗室煤柱樣品的平均單軸抗壓強度，D為實驗室圓柱體煤柱樣品的直徑或立方體煤柱樣品的邊長，M為煤層采高，n為系數，b為煤柱走向長度，當b/M＞5時n＝1.4，當b/M小于5時n＝1；

e.根據公式F＝σ/P＝1.5計算煤柱走向長度b，式中F為安全系數；

f.將孤島工作面走向劃分N組注漿區域和煤柱，N＝L/(a+b)，N取整數部分，L為孤島工作面的走向全長；

g.在首組注漿區域工作面回采期間，從地面施工若干個鉆孔，并通過鉆孔對孤島工作面上方覆巖空間實施充填煤基固廢漿液，直至孤島工作面首組注漿區域回采結束；