本發(fā)明涉及一種頂板水害防治方法，尤其是一種適用于煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與礦井水害防治技術(shù)領(lǐng)域中的鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法。

背景技術(shù)：

煤炭地下開(kāi)采將引起上覆巖層的移動(dòng)與破壞，從而在覆巖中形成采動(dòng)裂隙；覆巖采動(dòng)裂隙產(chǎn)生既為區(qū)域水資源流失提供了通道，同時(shí)也成為井下水害發(fā)生的地質(zhì)根源。當(dāng)煤系地層中賦存有一層或多層富水性較強(qiáng)的含水層時(shí)，受采動(dòng)破壞的含水層水體將沿著導(dǎo)水裂隙通道涌至井下采空區(qū)，導(dǎo)通地層含水層的裂隙通道越多、含水層富水性越強(qiáng)，則井下涌水量越大，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)頂板水害問(wèn)題，危及礦井安全高效生產(chǎn)。從采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶分布的一般特征看，導(dǎo)水裂隙帶“馬鞍形”凸起區(qū)域(見(jiàn)附圖)處于開(kāi)采邊界的張開(kāi)裂隙區(qū)，裂隙發(fā)育開(kāi)度大、通道過(guò)流能力強(qiáng)；若能準(zhǔn)確識(shí)別該區(qū)域的分布范圍，并采取相關(guān)措施降低裂隙的過(guò)流能力，這無(wú)疑會(huì)大大降低含水層的水漏失程度、減輕井下水害威脅。

目前，有關(guān)頂板水害防治主要有兩類對(duì)策。一類是在煤層開(kāi)采前通過(guò)施工鉆孔至地層含水層位置，將含水層水體進(jìn)行進(jìn)前疏放，疏干或減小含水層富水性，降低井下涌水量。另一類是從控制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的角度進(jìn)行，即通過(guò)控制采高或改善采煤工藝和方法，降低導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，使其不溝通地層含水層，從而達(dá)到防止水害發(fā)生的目的。然而，上述方法都存在一定的局限性，第一類方法在地層含水層多、富水性大、含水層水補(bǔ)給能力強(qiáng)的開(kāi)采條件下將不再適用，單純依靠鉆孔疏放無(wú)法達(dá)到減少含水層富水量的目的；而第二類方法在煤層厚度大、含水層距離煤層近的條件下也難以適用，即使在采高較小的情況下導(dǎo)水裂隙帶依然會(huì)溝通含水層。因此，有必要基于采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育特征，開(kāi)展人工注漿封堵裂隙通道的水害防治方法的專門設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法，結(jié)合煤層開(kāi)采參數(shù)及水文地質(zhì)條件，通過(guò)辨識(shí)采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，確立利用鉆孔注漿方式將導(dǎo)水裂隙主通道封堵上的頂板水害方法，以降低含水層水資源漏失程度、減輕井下水害威脅，實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效生產(chǎn)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法，根據(jù)具體開(kāi)采條件下采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的發(fā)育特征，通過(guò)收集各采煤區(qū)域的地面鉆孔柱狀資料，采用關(guān)鍵層位置判別方法確定覆巖中各關(guān)鍵層層位，之后結(jié)合覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的預(yù)計(jì)方法，確定各區(qū)域?qū)严稁Оl(fā)育高度及其溝通地層含水層的分布區(qū)域，最后，在導(dǎo)水裂隙帶溝通含水層的區(qū)域劃定導(dǎo)水裂隙主通道分布范圍，并根據(jù)井下巷道位置、煤層埋深、地面布鉆條件確定實(shí)施何種注漿鉆孔以及鉆孔的施工參數(shù)。鉆孔施工完畢后，將漿料泵送至導(dǎo)水裂隙主通道區(qū)域，封堵導(dǎo)水裂隙通道。

具體包括以下步驟：

a.收集礦井在采煤區(qū)域曾施工的地質(zhì)探查鉆孔柱狀，獲得不同開(kāi)采區(qū)域頂板巖層賦存、各巖層的物理力學(xué)特性參數(shù)。采用關(guān)鍵層判別方法對(duì)各鉆孔處覆巖關(guān)鍵層位置進(jìn)行判別，從而確定各區(qū)域覆巖關(guān)鍵層位置。

b.采用“基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)水裂隙帶高度的預(yù)計(jì)方法”，通過(guò)覆巖關(guān)鍵層位置與煤層采高的關(guān)系對(duì)采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行判斷，從而獲得各區(qū)域覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度與地層含水層所處位置的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)存在含水層時(shí)，則對(duì)應(yīng)鉆孔區(qū)域?qū)严稁б褱贤ê畬樱枰扇°@孔注漿方式封堵導(dǎo)水裂隙主通道。當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)不存在含水層時(shí)，則無(wú)需采取鉆孔注漿措施。

c.在導(dǎo)水裂隙帶溝通地層含水層的開(kāi)采區(qū)域內(nèi)劃定導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，并根據(jù)條件在地面或井下施工鉆孔對(duì)導(dǎo)水裂隙主通道實(shí)施注漿封堵。

優(yōu)選的：所述注漿封堵為采用水泥漿或黃泥漿或兩者的混合漿，泵送至導(dǎo)水裂隙主通道區(qū)域，封堵導(dǎo)水裂隙通道。

優(yōu)選的：所述步驟a中利用關(guān)鍵層判別軟件kspb對(duì)各鉆孔處覆巖關(guān)鍵層位置進(jìn)行判別。

優(yōu)選的：所述導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域處于開(kāi)采邊界以內(nèi)30-40m的寬度范圍。

優(yōu)選的：所述步驟c中注漿封堵鉆孔主要根據(jù)井下巷道位置、煤層埋深、以及地面布鉆條件情況而定，其布置方法如下：

若開(kāi)采邊界附近存在可施工鉆孔的巷道，則可選擇在該巷道內(nèi)斜向上施工注漿鉆孔。鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離15-20m，正好位于導(dǎo)水裂隙主通道分布條帶區(qū)域中央，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的厚硬砂巖中。

若開(kāi)采邊界附近不存在可施工鉆孔的巷道或者煤層為埋深小于200m的淺埋煤層，而開(kāi)采區(qū)域?qū)?yīng)地表具備鉆孔施工條件，則可選擇從地面施工鉆孔進(jìn)行注漿封堵。鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離15-20m，正好位于導(dǎo)水裂隙主通道分布條帶區(qū)域中央，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的厚硬砂巖中。

優(yōu)選的：巷道內(nèi)施工鉆孔的間距為20m，地面鉆孔布置的間距可達(dá)到150m。

優(yōu)選的：所述漿料采用水泥漿、黃泥漿或兩者的混合漿。

本發(fā)明基于煤層地質(zhì)賦存條件與開(kāi)采參數(shù)對(duì)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的影響，不但考慮了覆巖導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，而且還考慮了井下巷道布置、煤層埋深、地表地形等對(duì)注漿鉆孔施工位置的影響，本發(fā)明將能夠適應(yīng)不同開(kāi)采條件下鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法的確定，可為礦區(qū)煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與水害防治等提供保障，其使用方法可靠，實(shí)用性強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比于，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)對(duì)溝通地層含水層的覆巖導(dǎo)水裂隙采取“抓主要矛盾”的方式，對(duì)覆巖中的主要導(dǎo)水通道實(shí)施注漿封堵，不但科學(xué)可靠、工程量低，而且還能有效減小含水層水漏失程度、減輕頂板水害威脅；

(2)能夠適應(yīng)不同開(kāi)采條件下鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法的確定，可為我國(guó)地層富水性強(qiáng)、頂板水害威脅大的礦區(qū)的煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與水害防治提供保障，其實(shí)施方法簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的頂板水害防治方法的鉆孔布置平面圖；

圖2是本發(fā)明鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的頂板水害防治方法的鉆孔布置a-a剖面圖；

圖3是本發(fā)明鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的頂板水害防治方法的鉆孔布置b-b剖面圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中某煤礦31401工作面t1鉆孔柱狀及關(guān)鍵層位置判別結(jié)果示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中某煤礦31401工作面t2鉆孔柱狀及關(guān)鍵層位置判別結(jié)果示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中某煤礦31401工作面覆巖導(dǎo)水裂隙主通道分布及注漿堵水鉆孔布置平面圖。

其中，1表示巷道內(nèi)施工鉆孔，2表示區(qū)段平巷，3表示區(qū)段保護(hù)煤柱，4表示地面鉆孔，5表示切眼，6表示回撤通道，7表示停采線，8表示導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1～圖3所示，本發(fā)明的一種鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法，根據(jù)具體開(kāi)采條件下采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的發(fā)育特征，通過(guò)收集各采煤區(qū)域的地面鉆孔柱狀資料，采用關(guān)鍵層位置判別方法確定覆巖中各關(guān)鍵層層位，之后結(jié)合覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的預(yù)計(jì)方法，確定各區(qū)域?qū)严稁Оl(fā)育高度及其溝通地層含水層的分布區(qū)域，最后，在導(dǎo)水裂隙帶溝通含水層的區(qū)域劃定導(dǎo)水裂隙主通道分布范圍，并根據(jù)井下巷道位置、煤層埋深、地面布鉆條件等確定實(shí)施何種注漿鉆孔以及鉆孔的施工參數(shù)；若開(kāi)采邊界附近存在可施工鉆孔的巷道，則可選擇在該巷道內(nèi)斜向上施工注漿鉆孔，鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離15-20m，正好位于導(dǎo)水裂隙主通道分布條帶區(qū)域中央，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的厚硬砂巖中，巷道內(nèi)施工鉆孔的間距為20m；若開(kāi)采邊界附近不存在可施工鉆孔的巷道或者煤層為埋深小于200m的淺埋煤層，而開(kāi)采區(qū)域?qū)?yīng)地表具備鉆孔施工條件，則可選擇從地面施工鉆孔進(jìn)行注漿封堵，鉆孔終孔位置與井下施工鉆孔的終孔位置相同，地面鉆孔布置的間距可達(dá)到150m。具體包括以下步驟：

a.收集礦井在采煤區(qū)域曾施工的地質(zhì)探查鉆孔柱狀，獲得不同開(kāi)采區(qū)域頂板巖層賦存、各巖層的物理力學(xué)特性參數(shù)。利用關(guān)鍵層判別軟件kspb對(duì)各鉆孔處覆巖關(guān)鍵層位置進(jìn)行判別，從而確定各區(qū)域覆巖關(guān)鍵層位置。

b.采用“基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)水裂隙帶高度的預(yù)計(jì)方法”，通過(guò)覆巖關(guān)鍵層位置與煤層采高的關(guān)系對(duì)采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行判斷，從而獲得各區(qū)域覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度與地層含水層所處位置的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)存在含水層時(shí)，則對(duì)應(yīng)鉆孔區(qū)域?qū)严稁б褱贤ê畬?，需要采取鉆孔注漿方式封堵導(dǎo)水裂隙主通道。當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)不存在含水層時(shí)，則無(wú)需采取鉆孔注漿措施。

c.在導(dǎo)水裂隙帶溝通地層含水層的開(kāi)采區(qū)域內(nèi)劃定導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，并根據(jù)條件在地面或井下施工鉆孔對(duì)導(dǎo)水裂隙主通道實(shí)施注漿封堵。

所述導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域處于開(kāi)采邊界以內(nèi)30-40m的寬度范圍。

所述注漿封堵鉆孔主要根據(jù)井下巷道位置、煤層埋深、以及地面布鉆條件等情況而定，其布置方法如下：

若開(kāi)采邊界附近存在可施工鉆孔的巷道(如回采巷道附近的區(qū)段平巷2或停采線7附近的回撤通道6等)，則可選擇在該巷道內(nèi)斜向上施工注漿鉆孔。鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離15-20m，正好位于導(dǎo)水裂隙主通道分布條帶區(qū)域中央，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的厚硬砂巖中。巷道內(nèi)施工鉆孔1的間距為20m。

若開(kāi)采邊界附近不存在可施工鉆孔的巷道或者煤層為埋深小于200m的淺埋煤層，而開(kāi)采區(qū)域?qū)?yīng)地表具備鉆孔施工條件，則可選擇從地面施工鉆孔進(jìn)行注漿封堵。鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離15-20m，正好位于導(dǎo)水裂隙主通道分布條帶區(qū)域中央，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的厚硬砂巖中。地面鉆孔4布置的間距可達(dá)到150m。

d.鉆孔施工完畢后，即可采用水泥漿或黃泥漿或兩者的混合漿，泵送至導(dǎo)水裂隙主通道區(qū)域，封堵導(dǎo)水裂隙通道。

如圖4、圖5所示，圖中為某煤礦31401工作面實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不同開(kāi)采區(qū)域鉆孔柱狀的關(guān)鍵層位置判別結(jié)果，從柱狀的關(guān)鍵層位置判別結(jié)果可以看出，31401工作面在這兩個(gè)鉆孔區(qū)域的巖層賦存存在明顯不同的特征。由此，可對(duì)兩鉆孔區(qū)域的覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度及其對(duì)地層含水層是否溝通進(jìn)行判斷。根據(jù)工作面6.0m的采高可知，對(duì)于t1鉆孔區(qū)域，覆巖主關(guān)鍵層位于7～10倍采高之外，因此導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至主關(guān)鍵層底界面位置，覆巖導(dǎo)水裂隙帶未溝通地層含水層。對(duì)于t1鉆孔區(qū)域，按照同樣的方法，覆巖關(guān)鍵層均位于7～10采高之內(nèi)，覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育至基巖頂界面，導(dǎo)水裂隙帶溝通了地層含水層。所以，需要在t2鉆孔區(qū)域?qū)?yīng)導(dǎo)水裂隙主通道分布范圍實(shí)施鉆孔注漿。

如圖6所示，在t2鉆孔區(qū)域?qū)?yīng)導(dǎo)水裂隙帶溝通地層含水層的范圍內(nèi)，劃定了導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域?yàn)殚_(kāi)采邊界內(nèi)部40m寬度范圍。注漿鉆孔終孔位置距開(kāi)采邊界水平距離20m，鉆孔終孔所處層位應(yīng)位于含水層下部的第4號(hào)10.62m厚的粉砂巖中?？紤]到該層位距離煤層較遠(yuǎn)(102m)，若采取井下斜向上施工方式鉆孔施工長(zhǎng)度較長(zhǎng)，困難較大，因此，采取地面鉆孔注漿封堵方式進(jìn)行。由于工作面傾向?qū)?75m，因此停采線附近的導(dǎo)水裂隙主通道注漿封堵鉆孔布置在工作面傾向中部，距離停采線水平錯(cuò)距20m。對(duì)于兩側(cè)回采巷道附近的覆巖導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，根據(jù)該區(qū)域530m的長(zhǎng)度計(jì)，均勻布置3個(gè)注漿鉆孔，鉆孔間距150m。

本發(fā)明基于煤層地質(zhì)賦存條件與開(kāi)采參數(shù)對(duì)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的影響，不但考慮了覆巖導(dǎo)水裂隙主通道分布區(qū)域，而且還考慮了井下巷道布置、煤層埋深、地表地形等對(duì)注漿鉆孔施工位置的影響，對(duì)溝通地層含水層的覆巖導(dǎo)水裂隙采取“抓主要矛盾”的方式，對(duì)覆巖中的主要導(dǎo)水通道實(shí)施注漿封堵，其實(shí)施方法科學(xué)可靠、工程量低，能夠適應(yīng)不同開(kāi)采條件下鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙主通道的水害防治方法的確定，可為礦區(qū)煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與水害防治等提供保障。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。