采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法技术

本发明专利技术公开了一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，结构包括多层帷幕层，帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层内注入水泥浆后形成；多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕，基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕

【技术实现步骤摘要】
采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法


[0001]本专利技术涉及煤矿充填开采
，具体是一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 。

技术介绍

[0002]煤炭资源的大规模开采，造成覆岩破坏及离层发育，传递至地表表现为地表沉陷和裂缝发育，直接造成地表建（构）筑物
、
水体
、
铁路等的损毁
。
随着矿井进入后期开采，回收因开采布局
、
地质构造和“三下”压煤等影响而遗留的煤柱资源成为提高煤炭资源采出率
、
实现矿井绿色可持续发展的有效途径
。
[0003]通常煤柱工作面开采具有以下特征：一是工作面周围为前期开采采空区，曾受多重采动影响，顶板岩层破坏严重，地表也出现一定程度的下沉；二是工作面多为地表建（构）筑物
、
水体
、
铁路等压煤资源开采，对地表移动变形要求较高；三是工作面多为受开采布局
、
地质构造等影响而留设的保护煤柱，工作面周围甚至煤柱工作面内部存在巷道
、
采空情况，且断层等地质构造的存在使得工作面开采的地质采矿条件相当复杂
。
这些对于遗留煤柱工作面的安全开采造成了严重影响
。
[0004]矿井绿色开采技术为遗留煤柱的回收提供了方法途径，但是各种开采技术的适应性不同
。
如条带开采成本低，地表沉陷控制效果好，但存在工作面开采效率低
、
煤炭资源浪费严重的问题；又如充填开采地表沉陷控制效果好，但存在开采工艺复杂
、
成本高
、
效率低的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，在分析遗留煤柱工作面开采特征基础上，采用本专利技术的采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，可以提高注浆效果，确保对工作面离层的精准注浆，进而实现遗留煤炭资源安全高效回收的目的
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种采动覆岩复合帷幕，包括用以加固裂隙或地质构造弱面的多层帷幕层，所述帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆后形成，所述裂隙或地质构造弱面在工作面煤层开采之前形成；在工作面煤层开采后，在竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层间产生离层，所述离层的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层向上传递；形成有离层的岩层段称之为多离层层位注浆段，该多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；没有形成离层的岩层段称之为基岩加固段，该基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面
。
[0007]作为对上述技术方案的改进，以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为
50~
70%。
[0008]作为对上述技术方案的改进，本专利技术并提供一种所述采动覆岩复合帷幕的覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，该方法包括如下步骤：
S1、
根据工作面煤层上方的岩层柱状情况
、
工作面开采参数情况从下到上确定多离层层位注浆段
、
基岩加固段
、
松散层段；
S2、
从工作面上方地表向下钻注浆孔，钻孔首先钻进松散层段，钻进结束并设置套管；然后钻进基岩加固段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆，形成保护帷幕，钻进结束后设置套管；最后钻进多离层层位注浆段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层岩层内注入水泥浆填充裂隙，形成隔离帷幕，钻进结束后设置套管，此段内的套管为花管；
S3、
在多离层层位注浆段，向受工作面煤层开采影响产生的离层空间内注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层，限制采动岩层间离层空间向上传递，进而达到减小地面沉降的目的
。
[0009]作为对上述技术方案的改进，以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为
50~70%。
[0010]作为对上述技术方案的改进，所述注浆管为三段套管结构，包括伸入到多离层层位注浆段的花管作为多离层层位注浆段护壁管；套设在多离层层位注浆段护壁管外周，只伸入到基岩加固段的套管作为基岩加固段护壁管；套设在基岩加固段护壁管外周，只伸入到松散层段的套管作为松散层段护壁管；所述花管在高度方向均匀设置多个出浆口，实现覆岩多离层层位注浆
。
[0011]作为对上述技术方案的改进，松散层段由基岩加固段上方的土壤层构成
。
[0012]在实际操作中，更为具体的操作步骤是：（1）资料及调查分析
。
搜集并分析煤柱工作面地质采矿资料，相邻工作面开采资料，地表建（构）筑物
、
地质钻孔
、
水井分布资料，并对地质钻孔和废弃水井等进行封堵；（2）钻孔注浆量确定
。
根据工作面采出煤量和地面沉降控制要求，确定注采比，进而确定钻孔注浆量；（3）钻孔布置数量确定
。
根据工作面开采布局及尺寸大小，并结合覆岩离层钻孔注浆扩散半径，确定钻孔布置数量；（4）钻孔注浆各层位和钻孔注浆压力确定
。
计算采动导水裂隙带发育高度，分析采动覆岩离层发育层位，在确保导水裂隙带发育高度与注浆层位之间留设足够隔离岩柱的情况下，确定钻孔注浆各层位位置，并计算多离层层位注浆段钻孔长度和钻孔注浆压力；（5）钻孔布置位置确定
。
根据工作面开采方式
、
煤层倾角及钻孔注浆层位（最下部），计算得到沿工作面推进方向钻孔注浆层位处最大下沉主断面位置，进而对地表钻孔位置进行确定；（6）钻孔结构确定
。
根据岩层柱状及前述确定的多离层层位注浆段钻孔长度，钻孔由上至下设置三段结构：松散层段，通常为第四系黄土层；基岩加固段，松散层段下方与多离层层位注浆段上方之间范围岩层；多离层层位注浆段，钻孔注浆各层位位置确定后，可得到此段岩层范围
。
[0013]此三段长度相加即为钻孔总深度
。
[0014]（7）保护帷幕设置
。
在钻孔基岩加固段钻进期间，通过分析临近工作面开采覆岩破坏
、
断层等地质构造分布
、
岩层柱状等情况，结合钻孔钻进过程中实际岩层情况，对发生变形破坏
、
裂隙发育的厚硬岩层注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，在注浆层位顶部形成多层保护帷幕，防止注浆期间冒浆
、
串浆事故发生
。
[0015]（8）隔离帷幕设置
。
在钻孔多离层层位注浆段钻进期间，对该段岩层注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，并形成隔离帷幕，隔离邻近工作面开采形成采空区，防止注浆期间浆液外流
、
串浆事故发生，实现本工作面开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种采动覆岩复合帷幕，其特征在于，包括用以加固裂隙或地质构造弱面的多层帷幕层，所述帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆凝固后形成，所述裂隙或地质构造弱面在工作面煤层开采之前形成，所述水泥浆在工作面煤层开采之前注入；在工作面煤层开采后，在竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层间产生离层，所述离层的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层向上传递；形成有离层的岩层段称之为多离层层位注浆段，该多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；没有形成离层的岩层段称之为基岩加固段，该基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面
。2.
一种形成如权利要求1所述采动覆岩复合帷幕的覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1、
根据工作面煤层上方的岩层柱状情况
、
工作面开采参数情况从下到上确定多离层层位注浆段
、
基岩加固段
、
松散层段；
S2、
从工作面上方地表向下钻注浆孔，钻孔首先钻进松散层段，钻进结束并设置套管；然后钻进基岩加固段，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文兵，郭明杰，白二虎，吴东涛，王比比，杨伟强，胡玉杭，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：