CN116557051A - 一种覆岩离层注浆充填方法 - Google Patents

一种覆岩离层注浆充填方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于注浆充填采煤技术领域，涉及一种覆岩离层注浆充填方法，其步骤包括利用采煤DMBCH软件的计算机模拟预测数学模型对采煤后的地表变形情况进行预测；采用直接垮落法对地面构建物的破坏情况进行预测；通过井下条件、地形观测和钻孔勘探，分析地面构建物下方的地层结构是否满足可注性条件，如满足可注性条件，则根据地面构建物下方的离层区位置及留设煤柱的情况布置确定钻孔的布置数量和布置类型；选择合适的注浆材料进行注浆充填，注浆充填结束后对各个钻孔进行封孔处理。本发明有利于保证覆岩离层充填的可实施性和充填后关键层支撑的可靠性，且有利于降低井下采空区的充填成本。

Description

一种覆岩离层注浆充填方法
技术领域
本发明属于注浆充填采煤技术领域，具体地说，涉及一种覆岩离层注浆充填方法。
背景技术
煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。传统的煤矿开采容易造成地表下沉，使得地表因采煤影响导致一定范围内农田及其构筑物的破坏，因此建筑物下采煤一直是困扰煤矿企业的重大问题，由于部分矿区资源逐渐枯竭，构建物下采煤逐渐受到关注。随着土地资源日趋紧缺和征迁费用的不断提高，研究构建物下不搬迁开采技术，以期在充分利用压覆煤炭资源的同时，实现地面构建物的保护，延长矿井服务年限，具有重大意义。
煤矿充填开采方法可分为全部充填与部分充填。全部充填也即采空区充填，是在煤层采出后顶板未冒落之前对所有采空区域进行充填，其充填范围与采出空间大体一致，然而全部充填开采面临着成本高、效率低、充填对采煤干扰严重，尤其是在当前煤矿经济下行压力极大情况之下，全部充填的应用受到了极大制约；部分充填则是相对全部充填而言的，其充填量和充填范围仅是采出空间的一部分，是当前煤矿建筑物下充填开采技术的重要发展方向之一。
覆岩离层注浆充填绿色开采技术是一种构筑物下压煤开采新方法，通过地面钻孔对采动覆岩离层区利用粉煤灰浆液进行高压注浆充填，在工作面中部形成一定宽度的压实支撑区，利用压实区与隔离煤柱联合控制覆岩关键层结构的稳定性，从而减小地表下沉，保护地表因采煤影响范围内农田及其构筑物的破坏。然而现有的覆岩离层注浆充填绿色开采技术，方案的完整性有所不足，不利于保证充填的可实施性和充填后关键层支撑的可靠性。
为此，本领域技术人员亟需研发一种新的覆岩离层注浆充填方法。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述的技术问题，提出了一种覆岩离层注浆充填方法，包括如下步骤：
S1、地表变形情况预测：利用采煤DMBCH软件的计算机模拟预测数学模型对采煤后的地表变形情况进行预测；
S2、地面构建物的破坏情况预测：采用直接垮落法对地面构建物的破坏情况进行预测；
S3、地层可注性分析：通过井下条件、地形观测和钻孔勘探，分析地面构建物下方的地层结构是否满足可注性条件，如满足可注性条件，则进行下一步；
S4、注浆钻孔布置：根据地面构建物下方的离层区位置及留设煤柱的情况布置确定钻孔的布置数量和布置类型；钻进过程中，进行钻孔测井、测斜工作，垂直孔孔斜在3％以内；
S5、注浆充填：选择合适的注浆材料进行注浆充填，注浆充填结束后对各个钻孔进行封孔处理。
优选地，步骤S1中，地层可注性的条件包括：
(1)地面具备注浆充填钻孔的施工条件；
(2)井下设计有合理的工作面采宽并留设有一定宽度的离层煤柱，能够控制相邻工作面均处于非充分采动状态；
(3)基岩厚度大于100m；
(4)在离层区有合适的关键层地层结构；
(5)通过概率积分法对工作面进行注浆充填变形预计，所保护的建筑物最大下沉量满足控制目标。
通过对地层可注性的条件控制，从而提高充填方案的可实施性和实施后的可靠性。
优选地，注浆关键层的选择原则为对上隔离和对下隔离，以导高最大值之上和周围钻孔柱状图为依据进行选择。对上隔离的目的是减少地表冒浆的风险，对下隔离的目的是减少对井下溃浆的风险。
优选地，步骤S4中，在注浆钻孔的钻进过程中，实时进行冲洗液漏失量观测。进一步地，冲洗液漏失量观测中，发现冲洗液渗流至工作面时，采用75％～80％高浓度粉煤灰进行沉淀封堵，使注浆层位提高，渗水裂隙得到有效封堵，从而使地面注浆浆液正常扩散至采空区弯曲下层带空腔内，实现正常注浆效果；发现浆液渗流情况加剧时，则采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入适量锯末进行沉淀封堵，然后采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入5％-10％ C42.5水泥对整体裂隙发育区域进行渗透封堵，以节省注浆料，并提高充填的可靠性。
优选地，步骤S5中，注浆原材料选用罐装Ⅱ级以上的粉煤灰，浆液采用注浆材料掺水配制，正常注浆时浆液浓度不低于75％，以保证充填后对离层区上方岩层结构的可靠支撑。
优选地，步骤S5中，粉煤灰中可以掺混一定比例的煤泥，煤泥的掺配量占粉煤灰用量的15％以下，一方面因地制宜，当煤泥供应便捷时，采用一部分煤泥替代粉煤灰，降低注浆成本，另一方面，通过添加煤泥，有助于提高注浆浆液的流动性，提高注浆效率和注浆的可靠性。
优选地，步骤S5中，注浆充填时的压力不小于注浆充填层位以上地层的自然地压，其原理是，为了控制上覆关键层的下沉，注浆压力必须大于覆岩自重力。
本发明的工作原理是，本发明基于对采煤后地表变形情况的预测和采空后地面构建物的破坏情况的预测，对地层可注性的条件进行判定，为注浆充填的可靠性和可实施性提供充分的准备工作，然后依据关键层破断所允许的极限跨距确定采煤工作面合理的宽度，使上方的关键层保持稳定并使关键层下形成封闭的离层空间，通过合理配比的粉煤灰浆液充填保证离层充填密实，对关键层起到有效的支撑作用，最终形成“覆岩结构－离层煤柱－充填压实区”承载结构，转移离层煤柱承担的覆岩载荷，减小离层煤柱宽度，提高采出率，控制地表沉陷，从而保障地面构建物的安全，实现不搬迁开采的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、与传统的条带开采相比，本发明可以布置常规长壁工作面，且采出率明显提高，克服了条带开采的不足。
2、与传统的离层注浆充填开采技术相比，本发明通过离层措施，使工作面处于非充分采动状态，并通过注浆充填工艺的创新和改进，减沉率明显提高，可以有效控制相邻多工作面开采后地表沉陷，能够满足不迁村采煤的要求。
3、与井下充填开采技术相比，本发明的优势在于不需要改变采煤工艺和专用支架，充填与采煤相互干扰小，增加的吨煤充填成本小。
总之，本发明有利于保证覆岩离层充填的可实施性和充填后关键层支撑的可靠性，且有利于降低井下采空区的充填成本。
附图说明
图1为实施例中本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术作进一步详细说明。
实施例：
如图1所示，本实施例提出了一种覆岩离层注浆充填方法，包括如下步骤：
S1、地表变形情况预测：利用采煤DMBCH软件的计算机模拟预测数学模型对采煤后的地表变形情况进行预测；
S2、地面构建物的破坏情况预测：采用直接垮落法对地面构建物的破坏情况进行预测；
S3、地层可注性分析：通过井下条件、地形观测和钻孔勘探，分析地面构建物下方的地层结构是否满足可注性条件，地层可注性的条件包括：
(1)地面具备注浆充填钻孔的施工条件；
(2)井下设计有合理的工作面采宽并留设有一定宽度的离层煤柱，能够控制相邻工作面均处于非充分采动状态；
(3)基岩厚度大于100m；
(4)在离层区有合适的关键层地层结构；注浆关键层的选择原则为对上隔离和对下隔离，以导高最大值之上和周围钻孔柱状图为依据进行选择。对上隔离的目的是减少地表冒浆的风险，对下隔离的目的是减少对井下溃浆的风险；
(5)通过概率积分法对工作面进行注浆充填变形预计，所保护的建筑物最大下沉量满足控制目标；
通过对地层可注性的条件控制，从而提高充填方案的可实施性和实施后的可靠性，如满足上述可注性条件，则进行下一步；
S4、注浆钻孔布置：根据地面构建物下方的离层区位置及留设煤柱的情况布置确定钻孔的布置数量和布置类型；钻进过程中，进行钻孔测井、测斜工作，垂直孔孔斜在3％以内；在注浆钻孔的钻进过程中，实时进行冲洗液漏失量观测。进一步地，冲洗液漏失量观测中，发现冲洗液渗流至工作面时，采用75％～80％高浓度粉煤灰进行沉淀封堵，使注浆层位提高，渗水裂隙得到有效封堵，从而使地面注浆浆液正常扩散至采空区弯曲下层带空腔内，实现正常注浆效果；发现浆液渗流情况加剧时，则采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入适量锯末进行沉淀封堵，然后采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入5％-10％ C42.5水泥对整体裂隙发育区域进行渗透封堵，以节省注浆料，并提高充填的可靠性；
S5、选择合适的注浆材料进行注浆充填，注浆充填结束后对各个钻孔进行封孔处理。注浆原材料选用罐装Ⅱ级以上的粉煤灰，浆液采用注浆材料掺水配制，正常注浆时浆液浓度不低于75％，以保证充填后对离层区上方岩层结构的可靠支撑。另外注浆充填时的压力不小于注浆充填层位以上地层的自然地压，其原理是，为了控制上覆关键层的下沉，注浆压力必须大于覆岩自重力。
在本申请的其它一些实施例中，步骤S5中，粉煤灰中还可以掺混一定比例的煤泥，煤泥的掺配量占粉煤灰用量的15％以下，一方面因地制宜，当煤泥供应便捷时，采用一部分煤泥替代粉煤灰，降低注浆成本，另一方面，通过添加煤泥，有助于提高注浆浆液的流动性，提高注浆效率和注浆的可靠性。
本发明的工作原理是，本发明基于对采煤后地表变形情况的预测和采空后地面构建物的破坏情况的预测，对地层可注性的条件进行判定，为注浆充填的可靠性和可实施性提供充分的准备工作，然后依据关键层破断所允许的极限跨距确定采煤工作面合理的宽度，使上方的关键层保持稳定并使关键层下形成封闭的离层空间，通过合理配比的粉煤灰浆液充填保证离层充填密实，对关键层起到有效的支撑作用，最终形成“覆岩结构－离层煤柱－充填压实区”承载结构，转移离层煤柱承担的覆岩载荷，减小离层煤柱宽度，提高采出率，控制地表沉陷，从而保障地面构建物的安全，实现不搬迁开采的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、地表变形情况预测：利用采煤DMBCH软件的计算机模拟预测数学模型对采煤后的地表变形情况进行预测；
S2、地面构建物的破坏情况预测：采用直接垮落法对地面构建物的破坏情况进行预测；
S3、地层可注性分析：通过井下条件、地形观测和钻孔勘探，分析地面构建物下方的地层结构是否满足可注性条件，如满足可注性条件，则进行下一步；
S4、注浆钻孔布置：根据地面构建物下方的离层区位置及留设煤柱的情况布置确定钻孔的布置数量和布置类型；钻进过程中，进行钻孔测井、测斜工作，垂直孔孔斜在3％以内；
S5、注浆充填：选择合适的注浆材料进行注浆充填，注浆充填结束后对各个钻孔进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，步骤S1中，地层可注性的条件包括：
(1)地面具备注浆充填钻孔的施工条件；
(2)井下设计有合理的工作面采宽并留设有一定宽度的离层煤柱，能够控制相邻工作面均处于非充分采动状态；
(3)基岩厚度大于100m；
(4)在离层区有合适的关键层地层结构；
(5)通过概率积分法对工作面进行注浆充填变形预计，所保护的建筑物最大下沉量满足控制目标。
3.根据权利要求2所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，注浆关键层的选择原则为对上隔离和对下隔离，以导高最大值之上和周围钻孔柱状图为依据进行选择。
4.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，步骤S4中，在注浆钻孔的钻进过程中，实时进行冲洗液漏失量观测。
5.根据权利要求4所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，冲洗液漏失量观测中，发现冲洗液渗流至工作面时，采用75％～80％高浓度粉煤灰进行沉淀封堵；发现冲洗液渗流情况加剧时，则采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入适量锯末进行沉淀封堵，然后采用75％-80％高浓度粉煤灰浆液掺入5％-10％C42.5水泥对整体裂隙发育区域进行渗透封堵。
6.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，步骤S5中，注浆原材料选用罐装Ⅱ级以上的粉煤灰，浆液采用注浆材料掺水配制，正常注浆时浆液浓度不低于75％。
7.根据权利要求6所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，步骤S5中，粉煤灰中可以掺混一定比例的煤泥，煤泥的掺配量占粉煤灰用量的15％以下。
8.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆充填方法，其特征在于，步骤S5中，注浆充填时的压力不小于注浆充填层位以上地层的自然地压。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117633959A (zh) * 2023-11-06 2024-03-01 中煤科工开采研究院有限公司 原位获取锚固钻孔三维模型的方法及装置
CN118029952A (zh) * 2024-03-13 2024-05-14 山东科技大学 单侧开放条件下离层注浆分级封堵、监测与补强一体方法
CN118110564A (zh) * 2024-03-13 2024-05-31 山东科技大学 一侧采空且窄隔离煤柱条件下离层注浆充填补强方法
CN118228477A (zh) * 2024-03-26 2024-06-21 山煤国际能源集团股份有限公司 一种离层注浆参数反演及调控方法、系统
CN119266903A (zh) * 2024-11-18 2025-01-07 中煤地质集团有限公司 一种缺水情况下的覆岩离层注浆工作方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117633959A (zh) * 2023-11-06 2024-03-01 中煤科工开采研究院有限公司 原位获取锚固钻孔三维模型的方法及装置
CN118029952A (zh) * 2024-03-13 2024-05-14 山东科技大学 单侧开放条件下离层注浆分级封堵、监测与补强一体方法
CN118110564A (zh) * 2024-03-13 2024-05-31 山东科技大学 一侧采空且窄隔离煤柱条件下离层注浆充填补强方法
CN118228477A (zh) * 2024-03-26 2024-06-21 山煤国际能源集团股份有限公司 一种离层注浆参数反演及调控方法、系统
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