CN110043312A - 一种注浆充填地表沉降范围的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种注浆充填地表沉降范围的控制方法，包括以下步骤：1)收集采煤区工作面的地质资料，对工作面区域内的地层岩性、构造以及水文地质做分析；2)根据分析的结果设计钻孔结构；3)在采煤区工作面开采之前，依次在采煤区工作面的注浆填充控制区域上方的煤层方向开设若干钻孔，并在所述钻孔上建立地面移动沉降观测系统；4)在采煤区工作面开始采煤时，距离钻孔50～100m开始注浆；并在采煤区工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。本发明从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏。

Description

一种注浆充填地表沉降范围的控制方法

技术领域

本发明属于注浆充填方法技术领域，具体涉及一种注浆充填地表沉降范围的控制方法。

背景技术

中国东部地区以东北地区和黄淮海地区为代表区域。东部矿区多数处于平原地带，开采方法以长壁垮落法为主，当地表有村庄以及其他需要保护的建(构)筑物时，则需考虑保护性开采法(如条带开采、充填开采等)来减小覆岩的破坏变形以达到保护地表建(构)筑物的目的，但东部大部分地区属于高潜水位地区，煤炭开采后易导致塌陷区大量积水，土壤盐渍化、沼泽化，耕地损失严重。

对于采煤形成的塌陷区综合治理，传统的采煤沉陷区充填方法是：1)将沉陷区的表土剥离后大面积地堆放，当按照设计标高完成粉煤灰或煤矸石的填充后，再将剥离的表土回填；2)水产养殖复垦；3)煤矸石、粉煤灰充填覆土。

但传统的采煤填充方法也存在以下缺陷：

1)采煤沉陷区的充填复垦治理，改变了土壤的酸碱性，对农作物的生长造成不利影响。对采煤沉陷区的充填通常采用煤矸石或者粉煤灰。粉煤灰多呈碱性，使用粉煤灰对采煤沉陷区进行充填，会导致充填后的土壤呈现碱性。而煤矸石多呈酸性，使用煤矸石对采煤沉陷区进行充填，会导致充填后的土壤呈现酸性。土壤呈现过多的酸性或碱性，都不利于农作物的生长。

2)采煤沉陷区进行充填复垦之后，会在很大程度上破坏土壤结构，导致充填复垦后的土壤过于贫瘠。煤矿沉陷区的充填复垦通常是先剥离沉陷区的表土，然后按照相应的设计标高进行煤矸石和粉煤灰的充填，将充填的煤矸石和粉煤灰压实之后，再将剥离的表土回填。在充填的施工过程中，机械的频繁扰动严重破坏了原有的土壤结构，改变了充填之后土壤的结构性和保水保肥性等各项理化指标，降低了土壤肥力。

3)破坏水资源循环。煤矿开采过程中，会对地下水和地表水循环模式造成不良影响，减少地表水资源。采煤引发的地表沉陷和地表裂缝会引发地下水的渗漏，造成水资源的流失，对居民的生产、生活用水造成严重的不良影响，增加用水困难；且在充填的施工中，推土机推土距离过长，对土壤结构造成了巨大的破坏。

4)复垦时间难把握。当复垦工作的开始时间太超前时，未来可能发生的情况对复垦工作会造成很大的影响，导致之前所做的工作努力全部白费；当复垦工作的开始时间太滞后时，复垦工程会由于错过复垦的最佳时间，导致工作跟不上实际要求而难以进行下去。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种注浆充填地表沉降范围的控制方法，解决了现有技术中存在的上述缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种注浆充填地表沉降范围的控制方法，包括以下步骤：

1)收集采煤区工作面的地质资料，对采煤区工作面区域内的地层岩性、构造以及水文地质做分析；

2)根据分析的结果设计钻孔结构；

3)在采煤区工作面开采之前，依次在采煤区工作面的注浆填充控制区域上方的煤层方向开设若干钻孔，并在所述钻孔上建立地面移动沉降观测系统；

4)在采煤区工作面开始采煤时，距离钻孔的位置50～100m时开始注浆；并在采煤区工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。

进一步的，所述步骤1)中，收集采煤区工作面的地质资料包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际测量，分别计算出冒落带、导水裂隙带、以及弯曲下沉带的高度；分析采煤区工作面附近构造；分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料；分析土壤厚度、以及基岩岩层的分层情况。

进一步的，所述步骤2)中，钻孔深度根据水文地质资料，向下延伸至第四层的含水层，所述钻孔在采煤区工作面每隔100m的水平距离设置，且钻孔在采煤区工作面的中线10～20m的距离错开分布；

并在所述钻孔位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。

进一步的，所述步骤2)中，在钻孔内注浆过程中，将钻孔液柱压力作为控制参数，根据钻孔液柱压力与地层压力，计算出设计压力，并作为注浆过程参考标准；

所述设计压力＝(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数；富裕系数取1.2～1.5。

进一步的，所述步骤3)中，沿着水平采煤区工作面布设横向线，沿垂直采煤区工作面布设纵向线，布设测点间距为15～30m，且布设的横向线与纵向线对称分布。

进一步的，所述步骤3)中，对于采煤区保护范围内的构筑物、公路、工厂设施，将布设测点所在的四角以及转角处的间距设置为10～20m。

进一步的，所述步骤3)中，布设横向线与纵向线采用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定位仪定位。

本发明的有益效果：

1、本发明从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏。

2、本发明提供的方法将采煤后的工作面上方沉降值控制在500mm以下，只需对土地进行平整即可，无需进行土地复垦甚至征地。

3、本发明提供的方法在注浆过程中，对井下的煤层开采不产生影响。

4、本发明提供的方法占用的实际工作页面较少，对采矿区域内的生态环境不产生影响，且在采矿的公共设施科收到有效保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的整体注浆填充的断层构造剖面示意图；

其中：1、表土层；2、隔水层；3、含水层；4、煤层顶板；5、煤层；6、观测点；7、钻孔。

具体实施方式

下面将结合本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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种注浆充填地表沉降范围的控制方法，包括以下步骤：

1)收集采煤区工作面的地质资料，包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际测量，分别计算出冒落带、导水裂隙带、以及弯曲下沉带的高度；分析采煤区工作面附近构造，主要以蹲层为主，并做详细的断层构造剖面图，分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料，能够在注浆时有效控制(一般采煤时井下有地下水，需要抽采出去，防止产生采煤区工作面涌水事故。注浆过程中注入大量水加上地层本身地下水，水量较大，提前做好分析，做到预防)，如图1所示，采煤区工作面的上部为表土层1，表土层1的下方为隔水层2和含水层3，且隔水层2和含水层3依次相间分布设置直至达到煤层5，最底层为煤层5，在煤层5的上方为煤顶层板4；分析表土层1的土壤厚度、以及基岩岩层的分层情况，对能够出现的离层位置有效预测。

2)根据分析的结果设计钻孔结构，钻孔设计向下延伸至第四层的含水层3，为三隔以下地层，钻孔7的数目与注浆的浆液扩散半径与采煤区工作面推进长度、以及地面钻探条件有关；按照经验数据，浆液扩散的半径在50～150m，一般采煤区工作面面宽120m左右，钻孔布置在采煤区工作面中间满足浆液扩散半径，在采煤区工作面倾向上一般布置一个钻孔，走向上，可每隔100m布置一个钻孔，为保证钻孔有效，钻孔位置可在工作面中线左右10～20m错开布置。

并在钻孔7的位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。

在钻孔内注浆过程中，将钻孔压力作为控制参数，根据钻孔液柱压力与地层压力，计算出设计压力，并作为注浆过程参考标准；

所述设计压力＝(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数；富裕系数取1.2～1.5；注浆过程中为了保证浆液注入量，实际钻孔液柱压力保持略低于设计压力越1-2MPa，实际钻孔液柱压力通过孔口压力表反映，其大小通过注浆量以及注浆浓度控制。

3)在采煤区工作面开采之前，依次在采煤区工作面的注浆填充控制区域上方的煤层方向开设若干钻孔7，并在钻孔7上建立地面移动沉降观测系统；

沉降观测系统按一定规律布置，沿着水平采煤区工作面布设横向线，沿垂直采煤区工作面布设纵向线，布设观测点6间距为15～30m，根据具体情况可适当调节，且布设的横向线与纵向线对称分布，使观测点6具备连续观测的条件。对于采煤区保护范围内的构筑物、公路、工厂等重点设施，将布设观测点6所在的四角以及转角处的间距设置为10～20m。测量过程一般用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定位仪，确保测量数据准确有效。

将采煤后的工作面上方沉降值控制在500mm以下，只需对土地进行平整即可，无需进行土地复垦甚至征地，对公路等设施可以得到有效保护。

4)在采煤区工作面开始采煤时，水平距离采煤推进平面上的钻孔50～100m开始注浆；并在采煤区工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。

本申请所提供的控制方法，从采煤方法上做了质的改变，不再是等待采煤后进行塌陷区的综合治理，而是在采煤的同时注浆充填，对土地和地面其他设施进行保护，防止地表沉降形成破坏。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)收集采煤区工作面的地质资料，对工作面区域内的地层岩性、构造以及水文地质做分析；

2)根据分析的结果设计钻孔结构；

3)在采煤区工作面开采之前，依次在采煤区工作面的注浆填充控制区域上方的煤层方向开设若干钻孔，并在所述钻孔上建立地面移动沉降观测系统；

4)在采煤区工作面开始采煤时，距离钻孔的位置50～100m时开始注浆；并在采煤区工作面采煤回采结束后继续注浆，直至地面沉降稳定。

2.根据权利要求1所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，收集采煤区工作面的地质资料包括根据地质资料以及采取相邻或相近工作面的实际测量，分别计算出冒落带、导水裂隙带、以及弯曲下沉带的高度；分析采煤区工作面附近构造；分析采煤区工作面出水情况的水文地质资料；分析土壤厚度、以及基岩岩层的分层情况。

3.根据权利要求1所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，钻孔深度根据水文地质资料，向下延伸至第四层的含水层，所述钻孔在采煤区工作面每隔100m的水平距离设置，且钻孔在采煤区工作面的中线10～20m的距离错开分布；

并在所述钻孔位置所在的表土层段匹配与钻孔口径相同的套管。

4.根据权利要求1所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，在钻孔内注浆过程中，将钻孔液柱压力作为控制参数，根据钻孔液柱压力与地层压力，计算出设计压力，并作为注浆过程参考标准；

所述设计压力＝(地层压力-钻孔液柱压力)*富裕系数；富裕系数取1.2～1.5。

5.根据权利要求1所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，沿着水平采煤区工作面布设横向线，沿垂直采煤区工作面布设纵向线，布设测点间距为15～30m，且布设的横向线与纵向线对称分布。

6.根据权利要求5所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，对于采煤区保护范围内的构筑物、公路、工厂设施，将布设测点所在的四角以及转角处的间距设置为10～20m。

7.根据权利要求5所述的注浆充填地表沉降范围的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，布设横向线与纵向线采用徕卡TS06全站仪以及天王星-9800型GPS定位仪定位。