CN108843390B - 矿井离层水害治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿离层水害治理与预防技术领域，提供了一种矿井离层水害治理方法。该方法包括以下步骤：在地表开设取样孔；通过取样孔对各个岩层进行取样、以获取各个关键层的层位信息；在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位的注浆孔；其中，注浆层位为含水层下方的关键层即目标关键层与其下方软弱层的接触面所在层位；通过高压泵向各个注浆孔中注水；沿工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个注浆孔中的水压是否减小，若是则通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入对应的注浆孔中。本发明通过利用预先开设的注浆孔中水压的变化来判断注浆时机，就可提前干预离层的形成，使注浆层位处原本储集地下水的潜在空间全部填满了粉煤灰浆。

Description

矿井离层水害治理方法
技术领域
本发明涉及煤矿离层水害治理与预防技术领域，具体涉及一种矿井离层水害治理方法。
背景技术
由于，地下煤层开采时会引起岩层的移动与破断，进而部分坚硬的关键层与其下方软弱层之间会形成离层。而随着离层的不断发育，地下松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水等地下水会不断渗入离层中，离层内将储集大量地下水，极大的威胁着煤矿安全。
目前，治理离层水时通常采用顶板注浆封堵和钻孔抽排相结合的方法，该方法通过井下或井上钻孔将复合材料注入顶板裂隙带的同时，还通过钻孔来抽排离层中的离层水。由于，顶板裂隙带和离层中都要充注复合材料，因此不仅注充注量大、终凝时间长、成本高，而且还容易出现跑浆、串浆和冒浆现象。另外，采煤与充填相互干扰严重，导致采煤效率受到较大影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿井离层水害治理方法，以降低注浆量，避免注浆时发生跑浆、串浆和冒浆现象，保证采煤与充填过程互不干扰、提高生产效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种矿井离层水害治理方法，该方法包括以下步骤：
在地表开设取样孔；
通过所述取样孔对各个岩层进行取样、以获取各个关键层的层位信息；
根据各个所述关键层的层位信息，在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位的注浆孔；其中，所述注浆层位为目标关键层与其下方软弱层的接触面所在层位，所述目标关键层为位于含水层下方的所述关键层；
通过高压泵向各个所述注浆孔中注水；
沿所述工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个所述注浆孔中的水压是否减小，若是则通过所述高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入对应的所述注浆孔中。
其中，所述粉煤灰浆中粉煤灰浓度为70％～75％。
其中，所述粉煤灰浆中添加有添加剂。
其中，所述添加剂包括防冻剂、速凝剂、缓凝剂或增稠剂。
其中，所述高压泵为变频泵。
其中，所述高压泵的注浆压力不小于所述注浆层位上覆岩层的压力。
本发明成本低廉、操作便捷，通过利用取样孔对各个岩层进行取样，就可确定各个关键层的层位信息；然后，根据各个关键层的层位信息，就可沿工作面推进方向开设多个分别延伸至目标关键层与其下方软弱层接触面的注浆孔；接着，通过高压泵向各个注浆孔中注水，就可在采煤时利用注浆孔中水压的变化来判断离层形成的时机，也就是说，当注浆孔中水压减小时离层正在形成，从而通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入该注浆孔后，就可利用填充在目标关键层与其下方软弱层之间高压粉煤灰浆提前干预离层的形成，使目标关键层与其下方软弱层之间原本储集地下水的潜在空间全部填满了粉煤灰浆；与此同时，这些高压粉煤灰浆还会对注浆层位上覆岩层即目标关键层施加向上的支持力，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，消除了残余移动变形空间，避免了注浆层位上覆岩层产生离层，从而从根本上解决了矿井离层水害的问题。另外，由于采煤与充填过程互不干扰，因此显著提高了生产效率；并且，整个过程中只需在目标关键层与其下方软弱层之间注浆，因此大幅减少了粉煤灰浆的用量，降低了成本，缩短了终凝时间，避免了粉煤灰浆中水分的流失和跑浆、串浆和冒浆现象的发生。
附图说明
图1是本发明实施例中离层形成前采煤区的剖面示意图；
图2是本发明实施例中离层形成后采煤区的剖面示意图；
图3是本发明实施例中注浆后采煤区的剖面示意图。
附图标记：
1、含水层；2、目标关键层；3、软弱层；4、注浆层位；
5、离层；6、离层水；7、注浆孔；8、粉煤灰浆；9、采空区；
10、压实区。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种矿井离层水害治理方法，该方法包括以下步骤：
在地表开设取样孔；
通过取样孔对各个岩层进行取样、以获取各个关键层的层位信息；
根据各个关键层的层位信息，在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位4的注浆孔7；其中，注浆层位4为目标关键层2与其下方软弱层3的接触面所在层位，目标关键层2为位于含水层1下方的关键层；
通过高压泵向各个注浆孔7中注水；
沿工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个注浆孔7中的水压是否减小，若是则通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆8注入对应的注浆孔7中。由此，当工作人员沿着工作面的推进方向采煤时，工作面的上覆岩层会随着采煤的进行而逐渐产生裂隙，进而导致临近工作面的注浆孔7中水发生泄露，注浆孔7中水压大幅降低，也就是说离层5正在形成，此时工作人员就可通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆8注入该注浆孔7中。随着目标关键层2与其下方软弱层3之间即注浆层位4处粉煤灰浆8的不断增多，注浆层位4处原本储集地下水即离层水6的潜在空间全部填满了粉煤灰浆8，这些粉煤灰浆8对注浆层位上覆岩层和下覆岩层形成柱状支撑，也就是说，这些粉煤灰浆8上托注浆层位上覆岩层、下压注浆层位下覆岩层，不仅对上覆岩层中形成的裂隙形成挤压，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，而且还可在自身重力和流体压力的共同作用下使注浆层位下覆岩层由下往上逐层破断而不会出现复合破断现象，进而不仅避免了导水裂隙带高度发生变化，而且还在煤层采空区9形成了压实区10。
可见，本发明通过利用取样孔对各个岩层进行取样，就可确定各个关键层的层位信息；然后，根据各个关键层的层位信息，就可沿工作面推进方向开设多个分别延伸至目标关键层2与其下方软弱层3接触面的注浆孔7；接着，通过高压泵向各个注浆孔7中注水，就可在采煤时利用注浆孔7中水压的变化来判断离层5形成的时机，也就是说，当注浆孔7中水压减小时离层5正在形成，从而通过高压泵将预先混合的粉煤灰浆8注入该注浆孔7后，就可利用填充在目标关键层2与其下方软弱层3之间高压粉煤灰浆8提前干预离层5的形成，使目标关键层2与其下方软弱层3之间原本储集地下水的潜在空间全部填满了粉煤灰浆8；与此同时，这些高压粉煤灰浆8还会对注浆层位上覆岩层即目标关键层2施加向上的支持力，提前限制了注浆层位上覆岩层的移动变形，消除了残余移动变形空间，避免了注浆层位上覆岩层产生离层5，从而从根本上解决了矿井离层水害的问题。另外，由于采煤与充填过程互不干扰，因此显著提高了生产效率；并且，整个过程中只需在目标关键层2与其下方软弱层3之间注浆，因此大幅减少了粉煤灰浆8的用量，降低了成本，缩短了终凝时间，避免了粉煤灰浆8中水分的流失和跑浆、串浆和冒浆现象的发生。
优选地，粉煤灰浆8中粉煤灰浓度为70％～75％。进一步地，实际使用时，可根据现场气候和岩层裂隙的发育情况，在粉煤灰浆8中添加添加剂，例如防冻剂、速凝剂、缓凝剂或增稠剂。
优选地，高压泵为变频泵，以便根据岩层的变形情况随时调整注浆压力，其中，注浆压力不小于注浆层位上覆岩层的压力，也就是说，注浆压力等于或略大于注浆层位上覆岩层的压力。这样设置的好处在于，可利用较高的注浆压力迅速阻止和切断采动后各个岩层失稳，保证注浆层位上覆岩层保持稳定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种矿井离层水害治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
在地表开设取样孔；
通过所述取样孔对各个岩层进行取样、以获取各个关键层的层位信息；
根据各个所述关键层的层位信息，在地表沿工作面的推进方向开设多个分别延伸至注浆层位的注浆孔；其中，所述注浆层位为目标关键层与其下方软弱层的接触面所在层位，所述目标关键层为位于含水层下方的所述关键层；
通过高压泵向各个所述注浆孔中注水；
沿所述工作面的推进方向进行采煤，同时判断各个所述注浆孔中的水压是否减小，若是则通过所述高压泵将预先混合的粉煤灰浆注入对应的所述注浆孔中。
2.根据权利要求1所述的矿井离层水害治理方法，其特征在于，所述粉煤灰浆中粉煤灰浓度为70％～75％。
3.根据权利要求1所述的矿井离层水害治理方法，其特征在于，所述粉煤灰浆中添加有添加剂。
4.根据权利要求3所述的矿井离层水害治理方法，其特征在于，所述添加剂包括防冻剂、速凝剂、缓凝剂或增稠剂。
5.根据权利要求1所述的矿井离层水害治理方法，其特征在于，所述高压泵为变频泵。
6.根据权利要求1至5任一项所述的矿井离层水害治理方法，其特征在于，所述高压泵的注浆压力不小于所述注浆层位上覆岩层的压力。
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