CN109611146B - 一种离层水疏放注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离层水疏放注浆方法，涉及矿山安全技术领域，包括以下步骤：首先确定采场上方的突水水源及含水层位置；然后利用覆岩力学机理分析含水层的力学参数，再采用物探方法对上覆岩层的各含水层进行水文地质分析，并从中选取出离层水供给水源的最大含水层作为目标含水层；随着回采工作面的开采，目标含水层下离层空间逐渐发育，对其进行井下钻孔疏水和地面钻孔离层注浆形成再生隔水层。本发明通过对离层水进行井下钻孔疏放和对离层空间进行地面钻孔注浆充填，从而使软岩层的断裂处重新被浆液充填，形成再生的隔水层，可有效防治离层水对井下巷道产生的危害；同时，浆液充填满离层空间，可控制覆岩运动，从而降低地表移动与变形。
Description
技术领域
本发明涉及矿山安全技术领域，特别涉及一种离层水疏放注浆方法。
背景技术
近年来，以煤层顶板含水层为主要充水水源的水害事故日益增多，造成的人员伤亡约占3.9％，事故发生的频次约占8.8％，这其中没有统计未造成人员伤亡或重大经济损失的水害事故。顶板水害事故发生的原因除了顶板含水层(体)水通过采动裂隙、构造及钻孔等导入矿井造成灾害外，离层水害作为一种新的水害类型，给许多矿井造成重大损失和人员伤亡。
开采过程中煤层覆岩产生离层，一部分充水离层空间在受静水压力、应力或开采扰动作用等因素影响下，离层水体破裂并在短时间内溃入井下造成灾害。离层水害与常见的顶板水害事故比较，具有很明显的特点：离层的直接充水含水层富水性往往不足以支撑其较大的透水量，富水性弱或中等居多，透水前无任何征兆，瞬时水量较大破坏性强、总水量有限，持续时间短，机理复杂多样、难探查难治理等。
当前常用的离层水防治技术为利用采煤准备巷道进行超前疏干和从地面向离层空间打直通式导流孔。然后前一种方法由于采区还未开采，离层水也没有形成，使得疏水效率低下以及占用巷道。后一种方法投资过大，且疏水技术要求高，持续时间长，不能从根本上解决离层水向采空区冲水的潜在危机。
发明内容
本发明实施例提供了一种离层水疏放注浆方法，用以解决现有技术中存在的问题。
一种离层水疏放注浆方法，包括如下步骤：
步骤一、首先采用物探方法确定采场上方的各含水层位置突水水源位置，再采用含水层判别法确定含水层位置；
步骤二、利用覆岩力学机理分析各含水层的力学参数，再采用物探方法对上覆岩层的各含水层进行水文地质分析，并从中选取出离层空间的离层水供给水源的最大含水层作为目标含水层；
步骤三、随着回采工作面的开采，提前从准备工作面的巷道向目标含水层区的离层空间打多个钻孔，当目标含水层下离层空间开始发育且工作面推进距离为L时，对涌向离层空间的供给水量进行疏放，直到钻孔中水的输出水量趋近于零为止；
步骤四、同时提前从地面向下进行钻孔，打通注浆通道，当工作面推进距离为2L时，开始对离层空间及下部软岩的裂隙处进行注浆充填，直到离层空间充满浆液为止，从而形成再生的隔水层。
较佳地，所述步骤二中，选取出离层空间的离层水供给水源最大的含水层作为目标含水层，在首采工作面或准备工作面进行开采的过程中，该含水层下满足正在开始逐步离层发育。
较佳地，所述工作面之间采用煤柱护巷方式，工作面巷道之间留设保护煤柱的距离为20—30m。
较佳地，所述步骤三中，从井下向上部目标含水层下的离层空间打钻孔时，选择在准备工作面的准备巷道之中。
较佳地，所述地下疏水钻孔在准备巷道之中的分布范围根据目标含水层的岩层断裂角进行确定。
较佳地，所述步骤三中，根据目标含水层的富水性以及向离层空间供给水量的大小来确定打向离层空间的钻孔数，所述钻孔数为5—10个。
较佳地，所述步骤三中，工作面推进距离(L＝H1±0.1m)，其中，H1为所述工作面顶板到目标含水层下的离层空间距离。
较佳地，所述步骤三中，在所述含水层下的离层空间内，井下钻孔疏水与地面钻孔注浆保持互不干扰。
本发明有益效果：本发明通过对离层水进行井下钻孔疏放和对离层空间进行地面钻孔注浆充填，从而使软岩层的断裂处重新被浆液充填，形成再生的隔水层，可有效防治离层水对井下巷道产生的危害；同时，浆液充填满离层空间，可控制覆岩运动，从而降低地表移动与变形。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种离层水疏放注浆方法对上覆岩层进行物探的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种离层水疏放注浆方法的离层疏水注浆充填的走向剖面的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种离层水疏放注浆方法的离层疏水注浆充填的倾向剖面的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种离层水疏放注浆方法的离层疏水注浆充填的工艺效果的结构示意图。
附图标记说明：
1-含水层一，2-含水层二，3-含水层三，4-煤层，5-底板岩层，6-物探巷道，7-岩层一，8-岩层二，9-岩层三，10-松散层，11-地表，12-直接顶，13-基本顶，14-泵送装置，15-金属注浆管道，16-疏水管道，17-垮落区，18-准备巷道，19-离层水，20-注浆浆液。
具体实施方式
下面结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参照图1-4，本发明提供了一种离层水疏放注浆方法，包括如下步骤：
步骤一、首先确定采区上覆岩层的含水层位置突水水源位置，再采用含水层判别法确定含水层位置；即首先确定底部煤层4和底板岩层5的位置。
选择物探方法对采区上覆岩层进行探测，确定出上部岩层的突水水源位置；再选择含水层判别软件KSPB进行含水层判别，此软件是中国矿业大学基于Delphi4.0语言进行编写的。
步骤二、利用覆岩力学机理分析各含水层的力学参数，再采用物探方法对上覆岩层的各含水层进行水文地质分析，并从中选取出离层空间的离层水供给水源的最大含水层作为目标含水层，且在首采工作面或准备工作面进行开采过程中时，该含水层下应满足正在开始离层发育，所述工作面之间应采用煤柱护巷方式，便于离层水疏放时有足够空间进行井下钻孔以及控制离层发育的空间大小；
当首采工作面或准备工作面的运输巷道和轨道巷道开采后，可选择在巷道支护稳定后，即在两个巷道中用物探设备对上覆岩层(即含水层一1、含水层二2、含水层3、岩层一7、岩层二8和岩层三9)进行地质分析，在工作面开采前分析出上覆岩层的具体地质情况，为井下打钻疏水提供地质资料。
所述煤层4内钻有物探巷道6，所述岩层三9上方为松散层10，所述松散层10上方为地表11，所述煤层4上方为直接顶12，所述直接顶12上方为基本顶13，所述地表11上方设有泵送装置14，所述泵送装置14下方连接金属注浆管道15并延伸到所述地表11以下，所述金属注浆管道15下的所述离层水19下方设有多个倾斜的疏水管道16，所述基本顶下方为垮落区17。
步骤三、随着回采工作面的开采，提前从准备工作面的准备巷道18中向目标含水层下离层空间打多个钻孔，当目标含水层下离层空间开始发育且工作面推进距离为L时，对涌向离层空间的供给水量进行疏放，直到钻孔中水的输出水量趋近于零为止；
步骤四、同时提前从地面向下进行钻孔，打通注浆通道，当工作面推进距离为2L时，开始对离层空间及下部软岩的裂隙处进行注浆浆液20充填，直到离层空间充满浆液为止，从而形成再生的隔水层。
进行注浆充填后，下部软岩层及离层充填体可有效减缓上部岩层的弯曲下沉，控制上覆岩层运动，同时，重新形成的隔水层也能避开含水层下的离层水19持续向井下工作面的渗透排放。
根据本发明所述的方法，所述回采工作面之间应采用煤柱护巷方式，回采工作面巷道之间留设的保护煤柱距离为20—30m，使得井下疏水钻孔可绕过冒落带区域(即基本顶12区域和垮落区17区域)。
根据本发明所述的方法，选取出离层水19供给水源的最大含水层作为目标含水层，且在首采工作面或准备工作面进行开采的过程中时，该含水层下应满足正在开始离层发育。
井下钻孔疏水的步骤如下：
a.采取物探手段对目标含水层的水文地质资料概况分析，再利用覆岩力学机理对含水层下的离层发育空间进行分析，从而确定井下疏水钻孔数5—10个，根据目标含水层的岩层断裂角确定疏水孔在准备巷道18之中的分布范围，再得出钻孔间距长度；
b.当回采工作面开始开采时，上覆岩层发生冒落并充填采空区。当采空区的垮落岩石稳定以后，从准备工作面中的准备巷道18向目标含水层的离层空间进行钻孔，直到钻孔深入到距目标含水层下0.5m左右的距离，在此过程中避开工作面之上的冒落带(即基本顶12和垮落区17)影响；
c.安装好钻孔管道且与井下排水系统进行连接，使管道内的离层水19能够通过井下排水系统输出到地面，当离层空间开始逐渐发育变大且工作面推进距离为L(L＝H1±0.1m)时，其中，H1为所述工作面顶板到目标含水层下的离层空间距离，即可对离层水19进行管道疏水排放。在疏水过程中，应尽量保持离层区域有足够空间进行注浆充填。
根据目标含水层的富水性以及向离层空间供给水量大小来确定向离层区的钻孔数，可设为5—10个，便于合理疏水。用于疏水的钻孔管道选择金属管道，管道半径根据实际需求选择。所述的疏水孔在准备巷道之中的分布范围可根据目标含水层的岩层断裂角进行确定。
地面钻孔注浆充填的步骤如下：
a.钻孔，从地面选择设计好的地点进行打钻，钻至目标含水层后开始管道安装，管道外壁应与周围岩层固定住；
b.制浆，充填材料选择一般由粉煤灰、水泥、水和速凝剂组成，制成的浆液可和离层空间内的未排除的水反应，快速凝固充填软岩的裂隙处和离层空间；
c.注浆，当离层逐渐发育到目标含水层发生周期来压时，即可从地面开始向下输送浆液，使得离层上部含水层在发生破断之前，浆液充满离层空间以及下部软岩层的裂隙，有效控制覆岩移动。
当离层逐渐发育变大时，对离层空间进行多钻孔疏水与钻孔注浆应保持互不干扰。在注浆过程中，对钻孔压力保持持续观察，直到压力计上的示数发生明显变化时，即可停止向离层中注浆。
综上所述，本发明通过对离层水进行井下钻孔疏放和对离层空间进行地面钻孔注浆充填，从而使软岩层的断裂处重新被浆液充填，形成再生的隔水层，可有效防治离层水对井下巷道产生的危害；同时，浆液充填满离层空间，可控制覆岩运动，从而降低地表移动与变形。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种离层水疏放注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、首先采用物探方法确定采场上方的突水水源位置，再采用含水层判别法确定含水层位置；
步骤二、利用覆岩力学机理分析各含水层的力学参数，再采用物探方法对上覆岩层的各含水层进行水文地质分析，并从中选取出离层空间的离层水供给水源的最大含水层作为目标含水层，选取出离层空间的离层水供给水源最大的含水层作为目标含水层，在首采工作面或准备工作面进行开采的过程中，该含水层下满足正在开始逐步离层发育；
步骤三、随着回采工作面的开采，提前从准备工作面的巷道向目标含水层下的离层空间打多个钻孔，当目标含水层下离层空间开始发育且工作面推进距离为L时，对涌向离层空间的供给水量进行疏放，直到钻孔中水的输出水量趋近于零为止；
步骤四、同时提前从地面向下进行钻孔，打通注浆通道，当工作面推进距离为2L时，开始对离层空间及下部软岩的裂隙处进行注浆充填，直到离层空间充满浆液为止，从而形成再生的隔水层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作面之间采用煤柱护巷方式，工作面巷道之间留设保护煤柱的距离为20—30m。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，从井下向上部目标含水层下的离层空间打钻孔时，选择在准备工作面的准备巷道之中。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钻孔在准备巷道之中的分布范围根据目标含水层的岩层断裂角进行确定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，根据目标含水层的富水性以及向离层空间供给水量的大小来确定打向离层空间的钻孔数，所述钻孔数为5—10个。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，工作面推进距离L=H1±0.1m，其中，H1为所述工作面顶板到目标含水层下的离层空间距离。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，在所述含水层下的离层空间内，井下钻孔疏水与地面钻孔注浆保持互不干扰。
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