CN115749776A - 一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法，通过对断层破碎带及断层附近含水层部分区域进行注浆改造，限制含水层沿充水通道对巷道及工作面破坏的条件，使构造破坏地段变为隔水层完整无断裂构造破坏地段，从而设计紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置方式，实现对断层防隔水煤柱的回收。本发明通过对断层进行注浆改造后，使工作面布置更靠近断层，断层煤柱宽度缩小甚至不需留设，实现了断层处理由被动留设煤柱防水向主动治理断层破坏地段开采条件的转变，创新出一条注浆改造断层破碎区域安全高效回采断层煤柱的新思路。

Description

一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法

技术领域

本发明涉及一种煤柱回收方法，尤其涉及一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法。

背景技术

我国自然资源结构特点为富煤、贫油、少气，决定了煤炭在一次能源中的重要地位，煤炭作为不可再生资源，合理开发和利用煤炭资源在经济发展中有重要现实意义。随着多年来的持续开采，矿井煤炭资源匮乏情况日益显现，然而在断层附近却存在着煤柱压煤量大的情况。若能将断层附近积压的煤炭资源采出，不仅可以创造巨大的经济效益，还可以延长矿井服务年限。

断层作为地下水中的一个重要导水通道，可使不同含水层之间发生地下水联系，轻则可导致矿井涌水量增大，重则引发突水事故。按现行规定，以断层为分界和与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层应当在构造附近留设防隔水煤(岩)柱。留设防隔水煤(岩)柱实现了断层附近煤层的安全开采，由于受断层附近岩体的破碎程度、含水层的水压、导水通道的导通性等因素影响，留设的断层防隔水煤(岩)柱宽度较大，其宽度按国家现行规定最小也需留设20m，最终会造成煤炭资源的大面积浪费。同时，由于二次开采煤柱的技术难点多，操作难度大，使得煤炭资源的回收也存在困难。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法，包括以下步骤：

通过布置注浆措施巷，对断层破碎带及含水层临近断层区域进行注浆改造；

经注浆改造后，限制含水层沿充水通道对巷道及工作面破坏的条件，使构造破坏地段变为隔水层完整无断裂构造破坏地段；

设计紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置方式，实现对断层防隔水煤柱的回收。

进一步地，注浆改造包括以下步骤：

步骤一、计算断层防隔水煤(岩)柱宽度，依据计算结果在防隔水煤(岩)柱宽度以外掘进一条注浆措施巷；

步骤二、确定注浆半径，通过注浆半径获取各钻场分段间距；

步骤三、在注浆措施巷中分段布置钻场，为每个钻场布置用于注浆加固的注浆钻孔；

步骤四、通过注浆钻孔将浆液高压注入到断层破碎带及含水层临近断层区域，以加固断层区域破碎岩体。

进一步地，根据钻探、物探对断层导水性的探查情况并结合煤层、断层及含水层之间的层位关系，对断层防隔水煤(岩)柱宽度进行计算。

进一步地，通过规划工作面，在保证注浆改变岩体坚固程度可使工作面安全开采的基础上确定注浆半径，从而通过注浆半径推算出各钻场分段间距。

进一步地，注浆钻孔布置为定向斜孔，以对断层进行注浆加固；对于注浆孔终孔位置需达到断层位置并确保浆液扩散范围完全包含断层破碎带。

进一步地，经注浆改造后，检验注浆效果，确定注浆效果是否符合工作面安全生产的条件；确定符合工作面安全生产的条件后进行紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置，实现对断层防隔水煤柱的回收。

进一步地，采用的注浆改造效果评价方法包括P-Q-t曲线分析法、检查孔取芯法、物探法。

本发明公开了一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法，通过对断层进行注浆改造后，使工作面布置更靠近断层，断层煤柱宽度缩小甚至不需留设，实现了断层处理由被动留设煤柱防水向主动治理断层破坏地段开采条件的转变，创新出一条注浆改造断层破碎区域安全高效回采断层煤柱的新思路。本发明为构造破坏地段煤炭资源绿色安全高效开采提供重要技术保障，使得断层煤柱资源得以开采利用，同时可以延长矿井服务年限、缓和矿井采掘接替，有着非常可观的经济、社会效益。

附图说明

图1为未对断层进行注浆改造下的巷道布置情况示意图。

图2为本发明注浆改造后巷道与断层位置关系平面示意图。

图3为图2中Ⅰ-Ⅰ处巷道与断层位置关系剖面示意图。

图中：1a、改造前断层；2a、断层煤柱；3a、改造前工作面机巷；4a、改造前工作面风巷；5a、改造前回采工作面；

1、运输上山；2、轨道上山；3、改造后断层；4、注浆措施巷；5、改造后工作面机巷；6、改造后工作面风巷；7、切眼；8、钻场；9、注浆钻孔；10、终孔处浆液扩散半径；11、多采煤柱面积；12、改造后回采工作面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为有效解决现有的留设的断层防隔水煤(岩)柱宽度较大、二次开采煤柱技术难点多、操作难度大，造成煤炭资源大面积浪费的问题，在断层破碎地段通过治理实现断层防隔水煤(岩)柱的缩小甚至不留煤柱成为减少煤炭资源浪费的一个重要思路。

本发明所公开的基于断层注浆改造的煤柱回收方法，根据钻探、物探对断层导水性的探查情况并结合煤层、断层及含水层之间的层位关系，确定安全位置进而掘进一条注浆措施巷，通过在注浆措施巷中布置钻场对断层破碎带及含水层临近断层区域进行注浆改造，使构造破坏地段变为隔水层完整无断裂构造破坏地段，进而消除断层作为导水通道的影响，达到对断层注浆改造而实现断层煤柱回收的目的。

先如图1所示，为未对断层进行注浆改造下巷道布置情况。在断层破碎地段，未对断层进行注浆改造时，依据国家现行规定，采用留设断层防隔水煤(岩)柱来保证断层附近煤层开采工作的安全进行；如图1所示，断层煤柱2a为断层防隔水煤(岩)柱留设，其为无法开采的煤炭资源，宽度最小也需留设20m，大量断层煤柱资源无法开采，使得煤炭资源浪费非常严重。同时，未对断层进行注浆改造时，改造前工作面机巷3a、改造前回采工作面5a、改造前工作面风巷4a的分布如图所示。

再如图2和图3所示，为本发明注浆改造后断层巷道布置情况。对断层进行注浆改造后，加固了断层破碎岩体，使得断层作为导水通道对工作面安全开采所造成的威胁得以基本消除。基于此，改造后工作面机巷5的布置可以更靠近断层，实现了改造后断层煤柱的缩小或不留断层煤柱，煤炭资源回收率显著提高，实现了断层处理由被动留设煤(岩)柱防水向主动治理断层破坏底端开采条件的转变，创新出一条断层注浆改造破碎区域安全高效回采煤柱的新思路。同时，如图3所示，改造后工作面机巷5、改造后工作面风巷6、改造后回采工作面12的布置如图所示。

对于本发明所公开的基于断层注浆改造的煤柱回收方法，结合图2、图3所示，具体包括以下处理步骤：

步骤一、依据国家现行规定，计算断层防隔水煤(岩)柱宽度，依据计算结果在防隔水煤(岩)柱宽度以外掘进一条注浆措施巷；

根据钻探、物探对断层导水性的探查情况并结合煤层、断层及含水层之间的层位关系，依据国家现行有关规定，对断层的影响范围进行计算。

步骤二、确定注浆半径，通过注浆半径获取各钻场分段间距；

通过规划工作面，在保证注浆改变岩体坚固程度可使工作面安全开采的基础上确定注浆半径，从而通过注浆半径推算出各钻场分段间距；钻场分段间距的推算为现有技术，在此不做赘述。

步骤三、在注浆措施巷中分段布置钻场，每个钻场布置用于注浆加固的注浆钻孔；

注浆钻孔采用定向斜孔，以对断层进行注浆加固，同时要合理分配注前探查孔、注浆孔、注后检查孔；对于注浆孔终孔位置需达到断层位置并确保浆液扩散范围完全包含断层破碎带。

步骤四、通过注浆钻孔将浆液高压注入，以加固断层区域破碎岩体；

所采用的浆液根据具体需求预先按设计参数配制好，浆液通过注浆钻孔注入到断层破碎带及含水层临近断层区域，加固断层区域破碎岩体，从而破坏断层作为导水通道的条件。

步骤五、检验注浆效果，确定注浆效果是否符合工作面安全生产的条件；

可通过P-Q-t曲线分析法、检查孔取芯法、物探法等检验注浆改造效果，从而尽可能确保构造破坏地段改造为隔水层完整无断裂构造破坏的地段，从而在对注浆效果进行综合评价后以确定其是否符合工作面安全生产的条件。

步骤六、确定符合工作面安全生产的条件后进行工作面布置，工作面的布置如图2和图3所示；设计紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置方式，实现对断层防隔水煤柱的回收。

由此，对于本发明所公开的基于断层注浆改造的煤柱回收方法，其注浆目标位置是断层破碎带及断层附近含水层部分区域，其目的是解放断层防隔水煤柱资源；经本发明的方法对断层注浆改后，可将断层破坏地段变为隔水层完整无断裂构造破坏的地段，实现断层煤柱的缩小或不留断层煤柱，从而对断层煤柱进行回收。本发明可为构造破坏地段煤炭资源绿色安全高效开采提供重要技术保障，使得断层煤柱资源得以开采利用，同时可以延长矿井服务年限、缓和矿井采掘接替，有着非常可观的经济、社会效益。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于断层注浆改造的煤柱回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

通过布置注浆措施巷，对断层破碎带及含水层临近断层区域进行注浆改造；

经注浆改造后，限制含水层沿充水通道对巷道及工作面破坏的条件，使构造破坏地段变为隔水层完整无断裂构造破坏地段；

设计紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置方式，实现对断层防隔水煤柱的回收。

2.根据权利要求1所述的基于断层注浆改造的煤柱回收方法，其特征在于：注浆改造包括以下步骤：

步骤一、计算断层防隔水煤(岩)柱宽度，依据计算结果在防隔水煤(岩)柱宽度以外掘进一条注浆措施巷；

步骤二、确定注浆半径，通过注浆半径获取各钻场分段间距；

步骤三、在注浆措施巷中分段布置钻场，为每个钻场布置用于注浆加固的注浆钻孔；

步骤四、通过注浆钻孔将浆液高压注入到断层破碎带及含水层临近断层区域，以加固断层区域破碎岩体。

3.根据权利要求2所述的基于断层注浆改造的煤柱资源回收方法，其特征在于：根据钻探、物探对断层导水性的探查情况并结合煤层、断层及含水层之间的层位关系，对断层防隔水煤(岩)柱宽度进行计算。

4.根据权利要求2所述的基于断层注浆改造的煤柱资源回收方法，其特征在于：通过规划工作面，在保证注浆改变岩体坚固程度可使工作面安全开采的基础上确定注浆半径，从而通过注浆半径推算出各钻场分段间距。

5.根据权利要求2所述的基于断层注浆改造的煤柱资源回收方法，其特征在于：注浆钻孔布置为定向斜孔，以对断层进行注浆加固；对于注浆孔终孔位置需达到断层位置并确保浆液扩散范围完全包含断层破碎带。

6.根据权利要求1-5所述的基于断层注浆改造的煤柱资源回收方法，其特征在于：经注浆改造后，检验注浆效果，确定注浆效果是否符合工作面安全生产的条件；确定符合工作面安全生产的条件后进行紧邻断层或留设小煤柱的开采巷道布置，实现对断层防隔水煤柱的回收。

7.根据权利要求6所述的基于断层注浆改造的煤柱资源回收方法，其特征在于：采用的注浆改造效果评价方法包括P-Q-t曲线分析法、检查孔取芯法、物探法。

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