一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法技术

本发明专利技术提供的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，通过在松散层中引入流体力学特斯拉单向阀原理，重构松散层骨架结构，将松散层失稳滑移区分为若干部分进行重构固定，使其无法整体失稳，从发生机理上在大跨度连续采空区避免了高静载边坡失稳型矿震的发生，延长了其垮落失稳的时间。重构长壁骨架起阻挡作用，重构短壁骨架起应力转移引导作用，从而利用松散层自身的流体性质实现对其运移的抑制。而在松散层中注浆，是现有的注浆作业过程中难以解决的困难点，本方法通过定位定态高强度注浆加固工艺、参数计算方法及相关操作流程，综合压密注浆和劈裂注浆两种注浆方法的优势，也解决了岩层骨架重构过程中松散层内定位定态注浆困难的问题。位定态注浆困难的问题。位定态注浆困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全生产
，具体涉及一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法。

技术介绍

[0002]第四系巨厚松散层下的煤层赋存具有如下特点：
①
巨厚松散层直接覆盖在煤层上方的薄基岩上；
②
巨厚松散层以非胶结沙土、沙砾为骨料，自身无承载能力。
[0003]对第四系巨厚松散层下的煤层进行开采作业时，煤层上方的薄基岩容易破断，巨厚松散层发生运移并作为上覆载荷作用在薄基岩上。此种情况不但会造成明显的地表沉降，而且极易导致采动工作面发生溃水溃砂事故以及诱发高静载边坡失稳型矿震。其中，地表沉降会给地面建筑物造成不利影响，溃水溃砂事故和高静载边坡失稳型矿震会诱发冲击地压，严重威胁采动工作面上作业人员的生命安全，影响矿区的正常生产。
[0004]目前，对第四系巨厚松散层下的煤层进行采动作业，主要存在以下难点：
[0005](1)现有的研究方向和解决办法，集中在对煤层上方的薄基岩进行加固和再造，通过提高薄基岩的稳固性来控制其上方的巨厚松散层运移载荷。该方案实施难度大、花费高、成效小，同时，对作业区域的工程地质条件要求苛刻，普适性较差。
[0006](2)巨厚松散层运移线、影响角和地表沉陷盆地外缘连线共同构成巨厚松散层失稳滑移区。对于大跨度连续采空区，巨厚松散层失稳滑移区的瞬时失稳垮落是诱发高静载边坡失稳型矿震的主要动力来源，但目前仅能够对此类型灾害进行预测和预报，无法针对致灾机理进行控灾。
[0007](3)在巨厚松散层中进行定态注浆再造高强度结构的作业过程中，注浆加固工艺实施的时机难以把握。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，包括以下步骤：
[0011]S1.采动工作面区域由地表竖直向下依次为地表、松散层、薄基岩层和煤层，获取所述采动工作面区域的地质参数，所述地质参数包括煤层埋深H
M
、煤层厚度M、松散层厚度H、松散层内聚力C、松散层内摩擦角φ、采动工作面超前影响角α、采动工作面超前影响距S和采动工作面地表启动距B；
[0012]S2.确定岩层骨架重构区域，并在该区域内设置重构骨架，所述重构骨架包括重构长壁骨架和重构短壁骨架；具体为，垂直于采动边界线设置多个所述重构长壁骨架；在每两个相邻的所述重构长壁骨架之间，垂直于滑移边界线的切线设置一个所述重构短壁骨架；
[0013]S3.选择重构骨架注浆作业时机，对所述岩层骨架重构区域进行注浆作业，所述注
浆作业的步骤为，
[0014]a.在采动工作面上方钻出物料运输井；
[0015]b.将所述重构骨架分为上、中、下三个界面，其中上界面和下界面为压密注浆区域，中界面为劈裂注浆区域；
[0016]c.在所述压密注浆区域布设压密注浆主管道，在所述劈裂注浆区域布设劈裂注浆主管道，所述压密注浆主管道和劈裂注浆主管道均与所述物料运输井连接；
[0017]d.通过所述物料运输井向所述压密注浆主管道和劈裂注浆主管道输送浆液，至注浆作业完成。
[0018]进一步的，步骤S2中，所述重构长壁骨架的中线与所述采动边界线垂直，所述重构短壁骨架的中线与所述滑移边界线的切线垂直；自所述地表处向下，所述重构长壁骨架的长度顺序减小，顺序减小的公式为
[0019][0020]所述重构短壁骨架的长度通过其相邻的两个重构长壁骨架的长度计算，计算公式为
[0021][0022]每两个相邻的所述重构骨架的中线间距D的计算公式为
[0023][0024]进一步的，所述重构长壁骨架设有一定厚度，其高度范围为80～100m；紧邻地表的第一个所述重构长壁骨架的长度范围为120～150m。
[0025]进一步的，所述重构短壁骨架的上界面比下界面在高度上短一定距离L
M
，所述上界面和下界面的边界线距离为L
N
，该区域松散层的内摩擦角为，该区域松散层的内摩擦角为
[0026]进一步的，步骤S2中，所述岩层骨架重构区域的确定方法为：竖直方向上，自所述地表向下至1/3所述松散层厚度H处，设为再造结构分界线，所述再造结构分界线至所述地表之间的区域为所述岩层骨架重构区域。
[0027]进一步的，步骤S3中，所述重构骨架注浆作业时机的选择方法如下：
[0028]a.测量煤矿采空区的长和宽，当长和宽的数值均≧所述煤层埋深H
M
的1.2～1.4倍时，定义地表沉降的下沉系数为1；在竖直方向上，沿煤层倾向将所述采动工作面分为Ⅰ部分和Ⅱ部分，其中，所述Ⅰ部分为煤矿采动区第一个采动工作面，所述Ⅱ部分为煤矿采动区第n个采动工作面；
[0029]b.对于Ⅰ部分，所述重构骨架注浆作业时机为所述第一个采动工作面开采前；
[0030]c.对于Ⅱ部分，所述重构骨架注浆作业时机为回采工作面回采倾向长度值为为最优煤层倾向长度L
q
时，所述最优煤层倾向长度L
q
位置位于所述第n个采动工作面中，当第(n
‑
1)个采动工作面启动采动作业时，对所述第n个采动工作面实施所述重构骨架注浆作业。
[0031]进一步的，所述最优煤层倾向长度L
q
的计算公式为
[0032]L
q
＝min{L
q1
,L
q2
}，
[0033]式中，
[0034]所述煤层倾向长度L
q1
的计算公式为
[0035]L
q1
＝BlgH
‑
60，
[0036]所述煤层倾向长度L
q2
的计算公式为
[0037][0038]进一步的，所述采动工作面的数量n的计算公式为
[0039][0040]进一步的，步骤S3中，所述重构骨架注浆作业时机的选择方法如下：
[0041]在煤层倾向上确定注浆位置后，沿煤层走向间隔最优重构间距L
Z
进行布设，所述最优重构间距L
Z
的计算公式如下
[0042][0043]若所述最优重构间距L
Z
大于所述煤层走向的长度时，在距离采动工作面地表50m处的松散层进行重构骨架注浆作业。
[0044]进一步的，步骤S3中，所述压密注浆区域设置多个连续的密铺单元，所述压密注浆主管道设有多个压密注浆副管道，所述压密注浆副管道穿过所述密铺单元的形心，并在所述密铺单元的形心处开设注浆孔。
[0045]进一步的，所述密铺单元为正六边形，所述压密注浆副管道与所述压密注浆主管道呈60
°
夹角。
[0046]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采动工作面区域由地表竖直向下依次为地表、松散层、薄基岩层和煤层，获取所述采动工作面区域的地质参数，所述地质参数包括煤层埋深H
M
、煤层厚度M、松散层厚度H、松散层内聚力C、松散层内摩擦角φ、采动工作面超前影响角α、采动工作面超前影响距S和采动工作面地表启动距B；S2.确定岩层骨架重构区域，并在该区域内设置重构骨架，所述重构骨架包括重构长壁骨架和重构短壁骨架；具体为，垂直于采动边界线设置多个所述重构长壁骨架；在每两个相邻的所述重构长壁骨架之间，垂直于滑移边界线的切线设置一个所述重构短壁骨架；S3.选择重构骨架注浆作业时机，对所述岩层骨架重构区域进行注浆作业，所述注浆作业的步骤为，a.在采动工作面上方钻出物料运输井；b.将所述重构骨架分为上、中、下三个界面，其中上界面和下界面为压密注浆区域，中界面为劈裂注浆区域；c.在所述压密注浆区域布设压密注浆主管道，在所述劈裂注浆区域布设劈裂注浆主管道，所述压密注浆主管道和劈裂注浆主管道均与所述物料运输井连接；d.通过所述物料运输井向所述压密注浆主管道和劈裂注浆主管道输送浆液，至注浆作业完成。2.根据权利要求1所述的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，步骤S2中，所述重构长壁骨架的中线与所述采动边界线垂直，所述重构短壁骨架的中线与所述滑移边界线的切线垂直；自所述地表处向下，所述重构长壁骨架的长度顺序减小，顺序减小的公式为所述重构短壁骨架的长度通过其相邻的两个重构长壁骨架的长度计算，计算公式为每两个相邻的所述重构骨架的中线间距D的计算公式为3.根据权利要求2所述的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，所述重构长壁骨架设有一定厚度，其高度范围为80～100m；紧邻地表的第一个所述重构长壁骨架的长度范围为120～150m。4.根据权利要求2所述的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，所述重构短壁骨架的上界面比下界面在高度上短一定距离L
M
，所述上界面和下界面的边界线距离为L
N
，该区域松散层的内摩擦角为，该区域松散层的内摩擦角为5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，步骤S2中，所述岩层骨架重构区域的确定方法为：竖直方向上，自所述地表向下至1/3所述松散层厚度H处，设为再造结构分界线，所述再造结构分界线至所述
地表之间的区域为所述岩层骨架重构区域。6.根据权利要求1所述的一种基于岩层骨架重构抑制松散层运移控灾方法，其特征在于，步骤S3中，所述重构骨架注浆作业时机的选择方法如下：a.测量煤矿采空区的长和宽，当长和宽的数值均≧所述煤层埋深H
M
的1.2～1.4倍时，定义地表沉降的下沉系数为1；在竖直方向上，沿煤层倾向将所述采动工作面分为Ⅰ部分和Ⅱ部分，其中，所述Ⅰ部分为煤矿采动区第一个采动工作面，所述Ⅱ部分为煤矿采动区第n个采动工作面；b.对于Ⅰ部分，所述重构骨架注浆作业时机为所述第一个采动工作面开采前；c.对于Ⅱ部分，所述重构骨架注浆作业时机为回采...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广超，尹茂胜，李友，孟祥军，周广磊，王冬，张令卓，张广有，陈淼，刘宇航，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：