【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿灾害协同治理领域，涉及一种煤层灾害协同治理方法，该方法是一种煤层瓦斯抽采和采空区膏体充填联合的方法。
技术介绍
1、随着煤矿开采深度的增加、开采强度的增大，煤矿复合灾害的发生也越来越频繁，主要包括煤与瓦斯突出、冲击地压以及突水等问题。而目前煤矿采取的防治措施大多是针对某一种灾害，无法做到复合灾害的协同治理。面对不同的灾害问题，煤矿一般会同时使用多种手段，以此达到灾害协同治理的目的。但这必然会消耗的大量的人力和物力，同时在技术施工上可能存在时空矛盾。如何寻找一种经济高效的方法来进行煤矿灾害的协同治理是目前迫切需要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种煤矿灾害协同治理方法，该方法能够较好解决目前煤矿复合灾害防治中存在的施工效率低和人力物力消耗大的难题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以解决：
3、一种煤矿灾害协同治理方法，包括以下步骤：
4、步骤1，采用下式计算各岩层中间位置的曲率值：
5、
6、其中，q为当前岩层所受的上覆载荷，l0为工作面走向长度，e为当前岩层的弹性模量，i为当前岩层的截面惯性矩，为当前岩层中间位置的曲率值；
7、步骤2，从煤层上方开始依次比较不同岩层中间位置的曲率值，若kn＜kn-1且kn≥kn+1，则第n层为关键层。其中，kn表示第n层岩层中间位置的曲率值，依此类推，由此确定地层中各关键层；
8、步骤3，计算各关键层初次破断前所积
9、步骤4，在诱冲关键层中寻找最佳压裂层位，确保选取的最佳压裂层位的最小水平主应力大于其下邻近岩层的最小水平主应力，两者最小水平主应力差为1～3mpa；
10、步骤5，压裂钻孔布置在最佳压裂层位岩层中靠近煤层一侧1/3～1/2岩层厚度的位置；
11、步骤6，计算最佳压裂层位紧邻上覆岩层的极限垮落步距l1；
12、步骤7，确定最佳压裂层位后，利用定向钻进技术向目标岩层钻进施工，退钻后向钻孔内送入水力压裂工具串，按照设计的分段间距l2(l2<l1)依次打开阻隔器，并注水打压，进行定向分段水力压裂；
13、步骤8，分段压裂结束后，退出压裂工具串，紧接着向钻孔垂直段内下入瓦斯抽采管道，配合水平段钻孔，开启地面瓦斯抽放站抽采煤层瓦斯；当井下煤层密闭取心测定的煤层瓦斯含量＜8m3/t且瓦斯压力＜0.74mpa时，此时瓦斯抽采达标，停止地面对煤层的瓦斯抽采；
14、步骤9，制备注浆液；
15、步骤10，在步骤8瓦斯抽采达标后，瓦斯抽放站停止工作；继续从地面向钻孔水平段内下入瓦斯抽采管道，同时在管道内下入切割、混配一体化装置；当工作面推采一个充填步距l3后，同时将切割、混配一体化装置后移l4，开启地面充填泵站，将瓦斯抽采管道作为注浆管道，对采空区开始注浆，其中，l3＝l2，l4<l3；
16、步骤11，当一个步距的注浆量＞ρ(h0-(h1+h2)(α-1))l0'l3时，充填泵站停止工作；其中，ρ为浆体密度，h0、h1、h2分别为煤层、压裂层位下方岩层和压裂层位厚度，l0'为煤层倾向长度，α为岩石碎胀系数，l3为一个充填步距；
17、步骤12，当工作面继续推移一个充填步距l3后，再次将切割、混配一体化装置后移l4，并在该处对管道进行切割操作，再次开启充填泵站进行注浆操作，直至该步距基本充满；
18、步骤13，重复步骤12，直至煤层开采完毕。
19、进一步的，步骤3中，关键层初次破断前所积聚的弹性能采用下式计算：
20、
21、其中，ej为第j个关键层初次破断前所积聚的弹性能，rt为岩层的单轴抗拉强度，h为岩层的厚度。
22、进一步的，步骤6中，极限垮落步距由公式其中，l1为极限垮落步距，h3为压裂层位紧邻上覆岩层的厚度。
23、进一步的，步骤9中，注浆液由矸石、粉煤灰、水泥、水及其他胶结剂组成，粉煤灰与水泥的用量控制在0.5:1～1.5:1，矸石粒径不超过10mm，保证浆液固化28d后形成的充填体单轴抗压强度在8mpa及以上。
24、相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
25、1、本专利技术首先通过在地面进行煤层顶板水力压裂，可以预抽煤层瓦斯和弱化顶板，降低了煤与瓦斯突出危险性和顶板冲击危险性；当煤层瓦斯含量下降到安全标准以下时，将抽采管道作为充填注浆管道，向采空区内及时注浆充填，对顶板起到支撑作用，对地表起到一定的控沉作用。综上，本专利技术将煤层顶板水力压裂和采空区注浆充填两种技术相结合，对煤与瓦斯突出、坚硬顶板冲击地压、矿井突水和地表沉降起到了防治作用，实现了多灾害的协同治理，相较于一般的多种方法对应多种灾害的治理方法，提高了施工效率。
26、2、本专利技术提出一种通过计算岩层挠度曲线曲率的方法进行关键层判识，并结合能量公式优选了诱冲关键层；同时给出了采空区注浆量的计算公式指导实际注浆工作，使得位置确定精准，治理效果提高。
27、3、实现了一孔多用，施工的钻孔既可用来抽采煤层瓦斯又可在后期注浆使用，降低了施工成本，解决了复合灾害治理施工中的时空矛盾问题。
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1.一种煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，步骤3中，关键层初次破断前所积聚的弹性能采用下式计算：
3.如权利要求2所述的煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，步骤6中，极限垮落步距由公式其中，L1为极限垮落步距，h3为压裂层位紧邻上覆岩层的厚度。
4.如权利要求1所述的煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，步骤9中，注浆液由矸石、粉煤灰、水泥、水及其他胶结剂组成，粉煤灰与水泥的用量控制在0.5:1～1.5:1，矸石粒径不超过10mm，保证浆液固化28d后形成的充填体单轴抗压强度在8MPa及以上。
【技术特征摘要】
1.一种煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，步骤3中，关键层初次破断前所积聚的弹性能采用下式计算：
3.如权利要求2所述的煤矿灾害协同治理方法，其特征在于，步骤6中，极限垮落步距由公式其中，l1为极限垮落步...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，孙四清，陈崇枫，郑玉岐，李浩哲，张庆利，杨建超，李文博，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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