CN112253187A - 基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其在不改变采煤工艺的前提下，从降低或抑制采掘扰动对煤层底板的破坏深度或范围出发，利用地面或井下水平定向钻对原有采动破坏范围内的一定层位和厚度的岩层进行超前压裂，实现岩层中裂隙网络的贯通，然后在贯通裂隙网络中注入粘土基浆液，将原有岩层改性为粘土柔性地层，该柔性地层能够缓冲采动过程中超前支承压力在底板岩层中的垂向传递，从而实现抑制或降低底板破坏深度或范围，达到煤矿底板水害防治的目的。

Description

基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的 方法

技术领域

本发明涉及矿山井下等地下工程水害防治的技术领域，尤其涉及一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法。

背景技术

煤矿底板突水一直是困扰和威胁我国煤矿安全生产的最突出问题之一，据不完全统计，自20世纪90年代以来的20多年里，我国已有250多个矿井发生了突水淹井事故，直接经济损失高达400亿元以上，给企业带来了严重的人身伤亡和巨大的经济损失，同时也造成了矿区水环境及水资源的较大损害。随着煤矿采深增大，在高承压水和采动耦合作用下，煤层底板突水概率增加，而且中、东部华北型煤田最为突出和严重，严重制约了华北型煤田下组煤炭资源的大规模安全开发。

针对该问题，现阶段华北型煤田矿区主要采用注浆工艺对底板含水层改造或隔水层加固，或者结合底板含水层疏水降压，以实现含水层减水或有效隔水层厚度增加，从而降低高承压水的安全威胁，但效果不尽人意，原因在于煤层高强度采动造成的底板岩体破坏是底板突水的最根本原因。一些煤矿采用调整采煤工艺来降低采动对底板的扰动破坏，如条带开采、房柱开采等，但是以牺牲煤炭资源为代价，而且改变矿区采煤工艺成本过高，实际中很难推行。因此，现阶段的研究缺少不改变原有采煤工艺的前提下直接降低或抑制底板破坏深度或范围来预防底板突水灾害发生的方法或技术。如承压水体上采煤底板岩层突水的防控方法(专利号为CN103291325A)、一种煤层开采底板灰岩水防治方法(专利号为CN110344850A)、一种煤层底板灰岩承压含水层注浆加固改造方法(CN111042831A)、底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法(CN201510297909.2)、一种煤矿大采深与下组煤开采防治水综合治理方法(CN201410088702.X)等专利技术，均是以注浆改造含水层或加固隔水层为目的，未从根本上抑制采动底板破坏深度或范围。因此，在不改变采煤工艺的前提下，采用何种技术或方法抑制煤层采动底板破坏深度或范围是底板水害防治领域的短板和缺项。

综上，为在不改变采煤工艺条件下抑制或降低煤层采动底板破坏深度或范围，实现受煤层底板承压水威胁的煤矿的安全回采，本发明的设计者发明了一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，该方法能够在煤层回采前对底板硬岩进行超前改性，在不改变采煤工艺条件下，从根本上抑制或降低采动底板破坏深度或范围，从而达到承压水上煤层的安全回采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其在不改变采煤工艺的前提下，从降低或抑制采掘扰动对煤层底板的破坏深度或范围出发，利用地面或井下水平定向钻对原有采动破坏范围内的一定层位和厚度的岩层进行超前压裂，实现岩层中裂隙网络的贯通，然后在贯通裂隙网络中注入粘土基浆液，将原有岩层改性为粘土柔性地层，该柔性地层能够缓冲采动过程中超前支承压力在底板岩层中的垂向传递，从而实现抑制或降低底板破坏深度或范围，达到煤矿底板水害防治的目的。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：分析确定压裂注浆改性前采动底板破坏范围和深度以及底板有效隔水层厚度。根据地质和水文地质资料，结合钻孔柱状，分析底板岩层岩性、厚度及组合结构特征，并根据工作面下方的承压水含水层赋存特征得到承压含水层与煤层间距空间分布特征；

步骤2：分析和确定超前压裂和注浆充填层位；

根据水文地质资料可得底板承压含水层水头压力，并且按照《煤矿防治水规定》中0.1MPa/m的突水系数临界值要求，采用底板突水系数法计算可得满足临界突水系数值的安全底板有效隔水层厚度，其中突水系数为底板水压与底板厚度的比值，按照安全底板有效隔水层厚度与实际采动底板有效隔水层厚度的大小关系分析，只有当实际采动底板有效隔水层厚度小于安全底板有效隔水层厚度时，煤层采动具有突水威胁，因此该种情况需要采取措施降低底板破坏深度来增加实际采动底板有效隔水层厚度至大于或等于安全底板有效隔水层厚度，即压裂和注浆层位应位于安全底板有效隔水层厚度范围与底板破坏范围和深度交集范围内的硬岩层中，采用数值模拟，以与煤层距离由小到大为序依次降低该上述交集范围内硬岩的物理力学性质，并依次进行采动底板破坏范围和深度数值模拟计算，直至底板破坏范围和深度与安全底板有效隔水层厚度范围没有交集为止，从而得到改变后的硬岩的物理力学性质和层位、数量；

步骤3：分析和确定粘土基浆液配比、注浆结束标准和水平分支孔间距；

(1)粘土基浆液配比分析

根据上述模拟计算得到的满足安全底板有效隔水层厚度的改变后破坏范围内硬岩的物理力学性质，标定得到与之物理力学性质相近的粘土浆液配比；

(2)注浆结束标准

注浆结束标准包括注浆终结压力和注浆稳压时间2个指标，注浆终结压力依据硬岩地层启裂压力和注浆泵额定工作能力而定；注浆稳压时间根据注浆泵额定工作能力和注浆管路耐压指数而定；

(3)压裂、注浆工艺及水平分支孔间距分析；

利用地面水平定向钻对硬岩进行超前预裂，使原生裂隙相互贯通成网络，然后在裂隙网络中注入粘土浆液或粘土-水泥浆液。

其中：步骤1中采用计算公式和模拟数值计算结果相结合来预计底板破坏深度和范围，计算公式分为基于弹性理论的采场岩体边缘底板最大破坏深度分析、基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析和基于塑性理论的底板破坏深度分析。

其中：基于弹性理论的采场岩体边缘底板的最大破坏深度分析由弹性力学理论的主应力公式，得到采场边缘的主应力方程，并根据莫尔-库伦准则，得到采场边缘水平破坏区的长度，由此可得到采场边缘由应力集中造成的破坏区形状，并根据几何关系可得到采场岩体边缘底板最大破坏深度为公式(1)：

式中，γ为容重；H为埋深；L_x为工作面推进长度；σ_c为岩体单轴抗压强度。

其中：基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析由弹性力学得作用在各向同性均匀地无限平面提上的集中力在平面上任一点的应力方程，运用叠加原理，可将其推广应用到自由边界上受均匀载荷的情况，并可以绘制出底板的应力分布图形，并通过应力分析和求极值得到长臂工作面底板破坏深度为公式(2)：

式中，n为最大应力集中系数；σ_c岩体单轴抗压强度；H开采深度；γ岩体容重；

φ₀为底板岩体权重平均内摩擦角。

其中：基于塑性理论的底板破坏深度分析采用土力学中地基学的计算方法，根据塑性理论，地基中的极限平衡区分为三个区，由于开采形成的支承压力影响而形成的破坏深度，因此可得到采动底板破坏深度为公式(3)：

式中，L_x为工作面推进长度，

为底板岩体权重平均内摩擦角，θ为底板破坏滑移线与破坏深度夹角。

其中：启裂压力依据岩石力学理论计算得到，劈裂注浆劈裂裂缝沿平行于最大主应力方向启劈，即在θ＝0处启劈，此时σ_θ如公式(4)取得最小值：

σ_θ＝3σ₃-σ₁ (4)

其中σ_θ为注浆孔周边的切向应力；σ₁为地层最大主应力；θ为注浆孔周边某点径向与最大主应力方向的夹角；σ₃为地层最小主应力。

其中：当注浆压力P_c与σ_θ的差值大于岩石的抗拉强度σ_t时，劈裂裂缝开始启劈，则当水压大于3σ₃-σ₁与岩石的之和后，在θ＝0处，即为σ₁方向处起裂，则岩石劈裂注浆的临界注浆压力P_c为公式(5)：

p_c＝3σ₃-σ₁+σ_t (5)

将该注浆压力与注浆设备额定注浆压力进行比较即得到注浆终结压力。

其中：岩体内水压裂隙在压剪应力状态下满足压剪断裂判据时，翼型分支裂纹会沿垂直于裂尖最小主应力方向稳定扩展；当水压裂隙裂尖复合应力强度因子等于压缩状态下的剪切断裂韧度时，裂隙就不再向前扩展，推导得到裂缝延伸长度为公式(6)所示：

式中，K_lc为压缩状态下的剪切断裂韧度，P为水压大小，σ₃为最小主应力，τ为剪应力，θ为裂缝的长轴与最小主应力σ₃方向的夹角，a为裂隙的半迹长。

通过上述内容可知，本发明的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制底板破坏深度的方法具有如下效果：

1、在不改变采煤工艺的前提下，从降低或抑制采掘扰动对煤层底板的破坏深度或范围出发，利用地面或井下定向钻孔对原有采动底板破坏范围和深度内的一定层位和厚度的硬岩进行超前压裂，实现硬岩中裂隙网络的贯通，然后在贯通裂隙网络中注入粘土基浆液，将原有岩层改性为粘土柔性地层，该柔性地层能够缓冲采动过程中超前支承压力在底板岩层中的垂向传递，从而实现抑制或降低底板破坏深度或范围，达到煤矿底板水害防治的目的。

2、基于柔性地层能够缓冲应力集中传递的思想，利用地面或井下定向钻孔对原有采动底板破坏范围和深度内一定层位和厚度的地层进行超前压裂，使得原有地层裂隙相互连通成网，然后利用粘土基浆液对裂隙网络进行注浆充填，将该地层改变成为粘土柔性地层，该地层能够对采动超前支承压力在底板岩层中的垂向传播起到缓冲或抑制的作用，从而实现抑制或降低采动对底板的破坏深度或范围。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法的技术路线图。

图2显示了底板采动破坏深度和垂向范围预计示意图。

图3显示了基于数值软件模拟计算的煤层采动底板破坏范围图。

附图标记：

1.煤层；2.煤层上覆地层；3.压裂注浆改性前预计底板破坏范围和深度；4.安全底板有效隔水层厚度；5.破坏范围内硬岩；6.承压含水层；7定向钻孔；8.压裂注浆改性后底板破坏范围和深度；9.压裂注浆改性前底板有效隔水层厚度；10.压裂注浆改性后底板有效隔水层厚度；11.数值计算底板破坏范围和深度。-

具体实施方式

参见图1、图2和图3，显示了本发明的基于粘土基浆液超前注浆改性底板抑制采动破坏深度的方法。

所述基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法包括如下步骤：

步骤1：分析确定压裂注浆改性前采动底板破坏范围和深度以及底板有效隔水层厚度。

根据地质和水文地质资料，结合钻孔柱状，分析底板岩层岩性、厚度及组合结构特征，并根据工作面下方的承压含水层6赋存特征得到承压含水层6与煤层1间距空间分布特征。

由于底板破坏范围和深度影响因素复杂，缺少准确的计算公式，因此本发明可采用计算公式和模拟数值计算结果相结合来预计底板破坏范围和深度。

1)计算公式可分为基于弹性理论的采场岩体边缘底板最大破坏深度分析、基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析和基于塑性理论的底板破坏深度分析：

(1)基于弹性理论的采场岩体边缘底板的最大破坏深度分析：

由弹性力学理论的主应力公式，得到采场边缘的主应力方程，并根据莫尔-库伦准则，得到采场边缘水平破坏区的长度，由此可得到采场边缘由应力集中造成的破坏区形状，并根据几何关系可得到采场岩体边缘底板最大破坏深度为公式(1)：

式中，γ为容重；H为埋深；L_x为工作面推进长度；σ_c为岩体单轴抗压强度。

(2)基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析：

由弹性力学可得作用在各向同性均匀地无限平面上的集中力在平面上任一点的应力方程，运用叠加原理，可将其推广应用到自由边界上受均匀载荷的情况，并可以绘制出底板的应力分布图形，并通过应力分析和求极值得到长臂工作面底板破坏深度为公式(2)：

式中，n为最大应力集中系数；σ_c岩体单轴抗压强度；H开采深度；γ岩体容重；

φ₀为底板岩体权重平均内摩擦角。

(3)基于塑性理论的底板破坏深度分析：

对于开采而引起的底板破坏深度，一般采用土力学中地基学的计算方法，根据塑性理论，地基中的极限平衡区分为三个区，由于开采形成的支承压力影响而形成的破坏深度，因此可得到采动底板破坏深度为公式(3)：

式中，L_x为工作面推进长度，

为底板岩体权重平均内摩擦角，θ为底板破坏滑移线与破坏深度夹角。

由此，在通过基于弹性理论的采场岩体边缘底板最大破坏深度分析、基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析和基于塑性理论的底板破坏深度分析后，根据煤层赋存特征和围岩物理力学性质构建工作面三维模型，并模拟采动过程，通过分析底板塑性区范围分析底板采动破坏深度和范围，如图2所示，在煤层1上为煤层上覆地层2，煤层1下为压裂注浆改性前预计底板破坏范围和深度3内多层的破坏范围内硬岩5，在破坏范围内硬岩5下为安全底板有效隔水层厚度4和承压含水层6，在压裂注浆改性前预计底板破坏范围和深度3与承压含水层6之间为压裂注浆改性前底板有效隔水层厚度9，定向钻孔7能从煤层上覆地层2进入煤层后进入压裂注浆改性前预计底板破坏范围和深度3内的破坏范围内硬岩5。压裂注浆改性后，煤层1下为压裂注浆改性后底板破坏范围和深度8，在压裂注浆改性后底板破坏范围和深度8与承压含水层6之间为压裂注浆改性后底板有效隔水层厚度10。

2)数值模拟计算压裂注浆改性前底板破坏范围和深度。根据煤层顶底板岩层结构和工作面综合柱状构建煤层采动三维数值计算模型，结合煤层回采进尺，对不同进尺下煤层采动情况进行数值计算，得到不同进尺下的底板采动塑性破坏范围、应力云图和节点应力等，对比不同进尺下塑性破坏范围的变化得到底板塑性破坏范围的峰值大小，结合应力云图中节点值与地层强度对比判断，精确得到压裂注浆改性前底板破坏范围和深度。

综合上述理论计算结果和数值模拟计算结果得到压裂注浆改性前底板破坏范围和深度3，并结合由钻孔等资料得到的承压含水层6与煤层1间距变化特征得到预裂注浆改性前底板有效隔水层厚度9。

步骤2：分析和确定超前压裂和注浆充填层位；

根据水文地质资料可得底板承压含水层水头压力，并且按照《煤矿防治水规定》中0.1MPa/m的突水系数临界值要求，采用底板突水系数法计算可得满足临界突水系数值的安全底板有效隔水层厚度，其中突水系数为底板水压与底板厚度的比值。按照安全底板有效隔水层厚度与实际采动底板有效隔水层厚度的大小关系分析，只有当实际采动底板有效隔水层厚度小于安全底板有效隔水层厚度时，煤层采动具有突水威胁，因此该种情况需要采取措施降低底板破坏深度来增加实际采动底板有效隔水层厚度至大于或等于安全底板有效隔水层厚度，即压裂和注浆层位应位于安全底板有效隔水层厚度范围与底板破坏范围和深度交集范围内的硬岩层中。

采用数值模拟，以与煤层距离由小到大为序依次降低该上述交集范围内硬岩的物理力学性质，并依次进行采动底板破坏范围和深度数值模拟计算，直至底板破坏范围和深度与安全底板有效隔水层厚度范围没有交集为止，从而得到改变后的硬岩的物理力学性质和层位、数量。具体方法：基于步骤1中构建的煤层采动三维数值模拟计算模型，利用上述判断得到的安全底板有效隔水层厚度4，对比压裂注浆改性前底板破坏范围和深度3，假设安全底板有效隔水层厚度4与压裂注浆改性前底板破坏范围和深度3存在交集范围，则降低交集范围内的硬岩力学参数，即降低破坏范围内硬岩5的力学参数，具体通过降低数值模拟计算模型中该交集范围内岩层的物理力学参数，减低范围以10％比例降低，降低的顺序为按照与煤层距离大小由小到大依次降低，首先降低第一层硬岩的力学参数，然后步骤1中的模拟工况进行煤层回采模拟计算，得到对应的底板破坏范围和深度，将其与安全底板有效隔水层厚度对比看是否存在交集，若不存在则得到底板有效隔水层厚度的安全值及其对应的硬岩力学参数，则停止计算；若不存在，继续按照第一层降低比例降低第二层硬岩力学参数，进行相同工况下的煤层回采数值模拟计算，得到对应的底板破坏范围和深度，同样与安全有效隔水层厚度范围对比，若不存在交集，则计算停止，若存在交集，再次按照10％比例降低第一层硬岩，按照上述顺序和原则循环模拟计算，直至底板破坏范围和深度与安全有效隔水层厚度4不存在交集为止。

步骤3：分析和确定粘土基浆液配比、注浆结束标准和水平分支孔间距。

(1)粘土基浆液配比分析

根据上述模拟计算得到的满足安全有效隔水层厚度4的改变后破坏范围内硬岩5的物理力学性质，标定得到与之物理力学性质相近的粘土浆液配比。当粘土浆液强度无法达到改变后的硬岩物理力学性质时，可在粘土浆液中掺入适量水泥材料，提高其物理力学性质，掺入水泥比例需对粘土-水泥浆液结石体物理力学性质进行试验测试确定。

(2)注浆结束标准

注浆结束标准包括注浆终结压力和注浆稳压时间2个指标。注浆终结压力依据硬岩地层启裂压力和注浆泵额定工作能力而定；注浆稳压时间根据注浆泵额定工作能力和注浆管路耐压指数而定。

其中，启裂压力可依据岩石力学理论计算得到。劈裂注浆劈裂裂缝沿平行于最大主应力方向启劈，即在θ＝0处启劈，此时σ_θ如公式(4)取得最小值：

σ_θ＝3σ₃-σ₁ (4)

其中σ_θ为注浆孔周边的切向应力；σ₁为地层最大主应力；θ为注浆孔周边某点径向与最大主应力方向的夹角；σ₃为地层最小主应力。

当注浆压力P_c与σ_θ的差值大于岩石的抗拉强度σ_t时，劈裂裂缝开始启劈，则当水压大于3σ₃-σ₁与岩石的抗拉强度σ_t之和后，在θ＝0处，即为σ₁方向处起裂，则岩石劈裂注浆的临界注浆压力P_c为公式(5)：

p_c＝3σ₃-σ₁+σ_t (5)

将该注浆压力与注浆设备额定注浆压力进行比较即可得到注浆终结压力。

(3)压裂、注浆工艺及水平分支孔间距分析

利用定向钻孔对硬岩进行超前压裂，使原生裂隙相互贯通成网络，然后在裂隙网络中注入粘土浆液或粘土-水泥浆液，因此水平定向钻分支孔兼有压裂和注浆双重作用。在实际操作中可先根据压裂设备额定工作能力进行分段压裂，然后进行注浆，待注浆结束后再向前钻探压裂、注浆。

为保证原生裂隙相互贯通成网络，水平分支孔间距应依据压裂裂缝传播距离而定，该传播距离一方面取决于压裂设备额定工作能力，一方面取决于地层应力水平和物理力学性质。

根据水压致裂理论，岩体内水压裂隙在压剪应力状态下满足压剪断裂判据时，翼型分支裂纹会沿垂直于裂尖最小主应力方向稳定扩展；当水压裂隙裂尖复合应力强度因子等于压缩状态下的剪切断裂韧度时，裂隙就不再向前扩展。因此，可根据上述判据推导得到裂缝延伸长度为公式(6)所示：

式中，K_lc为压缩状态下的剪切断裂韧度，P为水压大小，σ₃为最小主应力，τ为剪应力，θ为裂缝的长轴与最小主应力σ₃方向的夹角，a为裂隙的半迹长。

由此，本发明的优点在于：

1、在不改变采煤工艺的前提下，从降低或抑制采掘扰动对煤层底板的破坏深度或范围出发，利用地面或井下定向钻孔对原有采动破坏范围内的一定层位和厚度的岩层进行超前压裂，实现岩层中裂隙网络的贯通，然后在贯通裂隙网络中注入粘土基浆液，将原有岩层改性为粘土柔性地层，该柔性地层能够缓冲采动过程中超前支承压力在底板岩层中的垂向传递，从而实现抑制或降低底板破坏深度或范围，达到煤矿底板水害防治的目的。

2、基于柔性地层能够缓冲应力集中传递的思想，利用地面或井下定向钻孔对原有采动底板破坏范围内一定层位和厚度的地层进行超前压裂，使得原有地层裂隙相互连通成网，然后利用粘土基浆液对裂隙网络进行注浆充填，将该地层改变成为粘土柔性地层，该地层能够对采动超前支承压力在底板岩层中的垂向传播起到缓冲或抑制的作用，从而实现抑制或降低采动对底板的破坏深度或范围。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (8)

1.一种基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：分析确定压裂注浆改性前采动底板破坏范围和深度以及底板有效隔水层厚度，根据地质和水文地质资料，结合钻孔柱状，分析底板岩层岩性、厚度及组合结构特征，并根据工作面下方的承压水含水层赋存特征得到承压含水层与煤层间距空间分布特征；

步骤2：分析和确定超前压裂和注浆充填层位；

根据水文地质资料可得底板承压含水层水头压力，并且按照《煤矿防治水规定》中0.1MPa/m的突水系数临界值要求，采用底板突水系数法计算可得满足临界突水系数值的安全底板有效隔水层厚度，其中突水系数为底板水压与底板厚度的比值，按照安全底板有效隔水层厚度与实际采动底板有效隔水层厚度的大小关系分析，只有当实际采动底板有效隔水层厚度小于安全底板有效隔水层厚度时，煤层采动具有突水威胁，因此该种情况需要采取措施降低底板破坏深度来增加实际采动底板有效隔水层厚度至大于或等于安全底板有效隔水层厚度，即压裂和注浆层位应位于安全底板有效隔水层厚度范围与底板破坏范围和深度交集范围内的硬岩层中，采用数值模拟，以与煤层距离由小到大为序依次降低该上述交集范围内硬岩的物理力学性质，并依次进行采动底板破坏范围和深度数值模拟计算，直至底板破坏范围和深度与安全底板有效隔水层厚度范围没有交集为止，从而得到改变后的硬岩的物理力学性质和层位、数量；

步骤3：分析和确定粘土基浆液配比、注浆结束标准和水平分支孔间距；

(1)粘土基浆液配比分析

根据上述模拟计算得到的满足安全底板有效隔水层厚度的改变后破坏范围内硬岩的物理力学性质，标定得到与之物理力学性质相近的粘土浆液配比；

(2)注浆结束标准

注浆结束标准包括注浆终结压力和注浆稳压时间2个指标，注浆终结压力依据硬岩地层启裂压力和注浆泵额定工作能力而定；注浆稳压时间根据注浆泵额定工作能力和注浆管路耐压指数而定；

(3)压裂、注浆工艺及水平分支孔间距分析；

利用地面水平定向钻对硬岩进行超前预裂，使原生裂隙相互贯通成网络，然后在裂隙网络中注入粘土浆液或粘土-水泥浆液。

2.如权利要求1所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：步骤1中采用计算公式和模拟数值计算结果相结合来预计底板破坏深度和范围，计算公式分为基于弹性理论的采场岩体边缘底板最大破坏深度分析、基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析和基于塑性理论的底板破坏深度分析。

3.如权利要求2所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：基于弹性理论的采场岩体边缘底板的最大破坏深度分析由弹性力学理论的主应力公式，得到采场边缘的主应力方程，并根据莫尔-库伦准则，得到采场边缘水平破坏区的长度，由此可得到采场边缘由应力集中造成的破坏区形状，并根据几何关系可得到采场岩体边缘底板最大破坏深度为公式(1)：

式中，γ为容重；H为埋深；L_x为工作面推进长度；σ_c为岩体单轴抗压强度。

4.如权利要求2所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：基于弹性理论的长臂工作面底板的最大破坏深度分析由弹性力学得作用在各向同性均匀地无限平面提上的集中力在平面上任一点的应力方程，运用叠加原理，可将其推广应用到自由边界上受均匀载荷的情况，并可以绘制出底板的应力分布图形，并通过应力分析和求极值得到长臂工作面底板破坏深度为公式(2)：

式中，n为最大应力集中系数；σ_c岩体单轴抗压强度；H开采深度；γ岩体容重；

φ₀为底板岩体权重平均内摩擦角。

5.如权利要求2所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：基于塑性理论的底板破坏深度分析采用土力学中地基学的计算方法，根据塑性理论，地基中的极限平衡区分为三个区，由于开采形成的支承压力影响而形成的破坏深度，因此可得到采动底板破坏深度为公式(3)：

式中，L_x为工作面推进长度，

为底板岩体权重平均内摩擦角，θ为底板破坏滑移线与破坏深度夹角。

6.如权利要求1所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：启裂压力依据岩石力学理论计算得到，劈裂注浆劈裂裂缝沿平行于最大主应力方向启劈，即在θ＝0处启劈，此时σ_θ如公式(4)取得最小值：

σ_θ＝3σ₃-σ₁ (4)

其中σ_θ为注浆孔周边的切向应力；σ₁为地层最大主应力；θ为注浆孔周边某点径向与最大主应力方向的夹角；σ₃为地层最小主应力。

7.如权利要求6所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：当注浆压力P_c与σ_θ的差值大于岩石的抗拉强度σ_t时，劈裂裂缝开始启劈，则当水压大于3σ₃-σ₁与岩石的之和后，在θ＝0处，即为σ₁方向处起裂，则岩石劈裂注浆的临界注浆压力P_c为公式(5)：

p_c＝3σ₃-σ₁+σ_t (5)

将该注浆压力与注浆设备额定注浆压力进行比较即得到注浆终结压力。

8.如权利要求1所述的基于粘土基浆液超前注浆改性底板硬岩抑制采动破坏深度的方法，其特征在于：岩体内水压裂隙在压剪应力状态下满足压剪断裂判据时，翼型分支裂纹会沿垂直于裂尖最小主应力方向稳定扩展；当水压裂隙裂尖复合应力强度因子等于压缩状态下的剪切断裂韧度时，裂隙就不再向前扩展，推导得到裂缝延伸长度为公式(6)所示：

式中，K_lc为压缩状态下的剪切断裂韧度，P为水压大小，σ₃为最小主应力，τ为剪应力，θ为裂缝的长轴与最小主应力σ₃方向的夹角，a为裂隙的半迹长。

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