CN117231293A - 采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，结构包括多层帷幕层，帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层内注入水泥浆后形成；多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕，基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕。方法包括S1、确定多离层层位注浆段、基岩加固段、松散层段；S2、钻注浆孔并设置注浆管，在多离层层位注浆段、基岩加固段向裂隙或地质构造弱面注入水泥浆，形成帷幕层，多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕，基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕；S3、在多离层层位注浆段，向离层空间内注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层。本发明对地质及地层条件适应性强，覆岩离层注浆效率高，注浆减沉效果好。

Description

采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法

技术领域

本发明涉及煤矿充填开采技术领域，具体是一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 。

背景技术

煤炭资源的大规模开采，造成覆岩破坏及离层发育，传递至地表表现为地表沉陷和裂缝发育，直接造成地表建（构）筑物、水体、铁路等的损毁。随着矿井进入后期开采，回收因开采布局、地质构造和“三下”压煤等影响而遗留的煤柱资源成为提高煤炭资源采出率、实现矿井绿色可持续发展的有效途径。

通常煤柱工作面开采具有以下特征：一是工作面周围为前期开采采空区，曾受多重采动影响，顶板岩层破坏严重，地表也出现一定程度的下沉；二是工作面多为地表建（构）筑物、水体、铁路等压煤资源开采，对地表移动变形要求较高；三是工作面多为受开采布局、地质构造等影响而留设的保护煤柱，工作面周围甚至煤柱工作面内部存在巷道、采空情况，且断层等地质构造的存在使得工作面开采的地质采矿条件相当复杂。这些对于遗留煤柱工作面的安全开采造成了严重影响。

矿井绿色开采技术为遗留煤柱的回收提供了方法途径，但是各种开采技术的适应性不同。如条带开采成本低，地表沉陷控制效果好，但存在工作面开采效率低、煤炭资源浪费严重的问题；又如充填开采地表沉陷控制效果好，但存在开采工艺复杂、成本高、效率低的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，在分析遗留煤柱工作面开采特征基础上，采用本发明的采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，可以提高注浆效果，确保对工作面离层的精准注浆，进而实现遗留煤炭资源安全高效回收的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种采动覆岩复合帷幕，包括用以加固裂隙或地质构造弱面的多层帷幕层，所述帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆后形成，所述裂隙或地质构造弱面在工作面煤层开采之前形成；

在工作面煤层开采后，在竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层间产生离层，所述离层的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层向上传递；

形成有离层的岩层段称之为多离层层位注浆段，该多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；没有形成离层的岩层段称之为基岩加固段，该基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面。

作为对上述技术方案的改进，以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为50~70%。

作为对上述技术方案的改进，本发明并提供一种所述采动覆岩复合帷幕的覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，该方法包括如下步骤：

S1、根据工作面煤层上方的岩层柱状情况、工作面开采参数情况从下到上确定多离层层位注浆段、基岩加固段、松散层段；

S2、从工作面上方地表向下钻注浆孔，钻孔首先钻进松散层段，钻进结束并设置套管；然后钻进基岩加固段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆，形成保护帷幕，钻进结束后设置套管；最后钻进多离层层位注浆段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层岩层内注入水泥浆填充裂隙，形成隔离帷幕，钻进结束后设置套管，此段内的套管为花管；

S3、在多离层层位注浆段，向受工作面煤层开采影响产生的离层空间内注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层，限制采动岩层间离层空间向上传递，进而达到减小地面沉降的目的。

作为对上述技术方案的改进，以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为50~70%。

作为对上述技术方案的改进，所述注浆管为三段套管结构，包括伸入到多离层层位注浆段的花管作为多离层层位注浆段护壁管；套设在多离层层位注浆段护壁管外周，只伸入到基岩加固段的套管作为基岩加固段护壁管；套设在基岩加固段护壁管外周，只伸入到松散层段的套管作为松散层段护壁管；所述花管在高度方向均匀设置多个出浆口，实现覆岩多离层层位注浆。

作为对上述技术方案的改进，松散层段由基岩加固段上方的土壤层构成。

在实际操作中，更为具体的操作步骤是：

（1）资料及调查分析。搜集并分析煤柱工作面地质采矿资料，相邻工作面开采资料，地表建（构）筑物、地质钻孔、水井分布资料，并对地质钻孔和废弃水井等进行封堵；

（2）钻孔注浆量确定。根据工作面采出煤量和地面沉降控制要求，确定注采比，进而确定钻孔注浆量；

（3）钻孔布置数量确定。根据工作面开采布局及尺寸大小，并结合覆岩离层钻孔注浆扩散半径，确定钻孔布置数量；

（4）钻孔注浆各层位和钻孔注浆压力确定。计算采动导水裂隙带发育高度，分析采动覆岩离层发育层位，在确保导水裂隙带发育高度与注浆层位之间留设足够隔离岩柱的情况下，确定钻孔注浆各层位位置，并计算多离层层位注浆段钻孔长度和钻孔注浆压力；

（5）钻孔布置位置确定。根据工作面开采方式、煤层倾角及钻孔注浆层位（最下部），计算得到沿工作面推进方向钻孔注浆层位处最大下沉主断面位置，进而对地表钻孔位置进行确定；

（6）钻孔结构确定。根据岩层柱状及前述确定的多离层层位注浆段钻孔长度，钻孔由上至下设置三段结构：

松散层段，通常为第四系黄土层；

基岩加固段，松散层段下方与多离层层位注浆段上方之间范围岩层；

多离层层位注浆段，钻孔注浆各层位位置确定后，可得到此段岩层范围。

此三段长度相加即为钻孔总深度。

（7）保护帷幕设置。在钻孔基岩加固段钻进期间，通过分析临近工作面开采覆岩破坏、断层等地质构造分布、岩层柱状等情况，结合钻孔钻进过程中实际岩层情况，对发生变形破坏、裂隙发育的厚硬岩层注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，在注浆层位顶部形成多层保护帷幕，防止注浆期间冒浆、串浆事故发生。

（8）隔离帷幕设置。在钻孔多离层层位注浆段钻进期间，对该段岩层注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，并形成隔离帷幕，隔离邻近工作面开采形成采空区，防止注浆期间浆液外流、串浆事故发生，实现本工作面开采覆岩离层的多层位、精准注浆，提高注浆减沉效果；

（9）钻孔压水监测。钻孔钻进、复合帷幕设置及套管设置完成后，安装好注浆孔口装置以及管路系统，提前压水监测，把握注浆时机。

（10）钻孔注浆作业。通过观察水压变化情况，根据钻孔内水体漏失量判断初次注浆时机，当钻孔水体漏失量突然增大，即可进行初次试注浆，随后开始正常注浆作业。

上述步骤中，具体的操作如资料及调查分析、钻孔的位置数量、注浆量和注浆比都是根据现场地质情况结合本领域中已经有的现有技术来确定，本申请的重点在于提出一种采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 。

覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 的技术原理为：在地表打设注浆钻孔，在钻孔钻进过程中对已破坏或存在裂隙、弱面的厚硬岩层（包括注浆层位岩层）注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，形成注浆层位顶部的保护帷幕、工作面注浆层位与邻近采空区的隔离帷幕，防止注浆期间冒浆、串浆事故发生；在掌握采动覆岩变形破坏规律基础上，分析覆岩离层发育层位及特征，并对钻孔注浆段套管设置为花管；当井下煤层开采造成覆岩离层产生时，通过钻孔向离层空间内注入粉煤灰等浆体材料，实现复合帷幕作用下工作面开采覆岩离层的精准、多层位注浆，提高注浆效果，限制离层向地表传递发育，进而控制开采引起的地表变形和沉降，从而实现“三下”压煤等煤炭资源安全回收的目的。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明主要特征表现在三个方面：一是在注浆层位顶部基岩固井段通过注水泥浆液的方法设置保护帷幕，防止浆液沿裂隙及弱面导通地面，造成冒浆事故；二是在多离层层位注浆段提前预注水泥浆，形成与邻近工作面采空区隔离的隔离帷幕，确保工作面开采覆岩离层的精准注浆；三是注浆为多离层层位注浆，尤其针对“三软”（煤层软、煤层顶板软、煤层底板软）煤层开采覆岩产生多个离层层位的情况，可实现覆岩多离层的高效注浆，提高地面减沉效果。

更为具体的，本发明具有如下优势：

（1）有效防止注浆期间冒浆、串浆事故发生。通过对基岩加固段发生变形破坏、裂隙发育的厚硬岩层注水泥浆，可以预先封堵岩层裂隙及加固弱面，在注浆层位顶部形成多层保护帷幕，防止注浆期间浆液沿岩层裂隙或弱面流动，造成地面冒浆或钻孔间串浆事故发生。另外，还可以对封堵不良地质钻孔、未调查封堵水井等进行提前注浆加固、封堵，防止冒浆事故。

（2）覆岩离层注浆效率高。通过将单层位注浆变为多层位注浆，可以在一定时间段内捕获多个离层进行多层位注浆，更好的把握注浆时机，避免单层位注浆时离层快速向上发育后浆液注不进去的现象，且对地质及地层条件适应性强，覆岩离层注浆效率高。

（3）实现工作面开采离层的精准注浆。通过对多离层层位注浆段岩层注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，形成隔离帷幕，隔离邻近工作面开采形成的采空区，防止注浆期间浆液外流，实现本工作面开采覆岩离层的精准注浆，提高注浆减沉效果。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发明的采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法示意图；

图2为本发明的注浆管的分段结构示意图；

图3为本发明在实际操作中的应用示意图；

图4为本发明在实际操作中地表测站监测到的下沉情况示意图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法示意图，如图1所示，其中，在工作面开采后，1为采空区，采空区1上方岩层根据岩层柱状及多离层注浆层位确定为多离层层位注浆段4、基岩加固段7，将基岩加固段7上方的土壤层确定为松散层段9；多离层层位注浆段4、基岩加固段7都由多层的厚硬岩层5和其它岩层组成，其中多离层层位注浆段4、基岩加固段7的分界线为是最高处的离层3，最高离层3下方为多离层层位注浆段4（包括最高处的离层3），位于采空区1的上方，由破坏或存在裂隙的多层厚硬岩层5加其它岩层组成，最高离层3上方的多层厚硬岩层5加其它岩层组成基岩加固段7，基岩加固段7上方的土壤层确定为松散层段9。

在工作面煤层开采之前，多离层层位注浆段4、基岩加固段7两段处的多层厚硬岩层5存在有裂隙或地质构造弱面，首先注入水泥浆形成多层的帷幕层，以加固裂隙或地质构造弱面；在工作面煤层开采后，竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层5之间产生离层3，所述离层3的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层3向上传递；多离层层位注浆段4的水泥浆凝固形成的帷幕层是隔离帷幕2，防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；基岩加固段注入的水泥浆凝固形成的帷幕层是保护帷幕6，防止粉煤灰浆液从地面冒出。当然这些水泥浆和粉煤灰浆都是由注浆孔8向下注入完成的。在注入过程中，现有的水井11需要封堵。

结合图1来看，本发明的采动覆岩复合帷幕，

包括用以加固裂隙或地质构造弱面的多层帷幕层，所述帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆后形成，所述裂隙或地质构造弱面在工作面煤层开采之前形成；

在工作面煤层开采后，竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层间产生离层，所述离层的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层向上传递；

形成有离层的岩层段称之为多离层层位注浆段，该多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；没有形成离层的岩层段称之为基岩加固段，该基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面。

所述保护帷幕设置于基岩加固段，所述基岩加固段位于多离层层位注浆段上方，由受当前工作面煤层开采影响产生弯曲变形的若干岩层组成，所述保护帷幕由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层内注入水泥浆加固裂隙或弱面后形成，以防止采动覆岩离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面。

所述隔离帷幕设置于多离层层位注浆段，由存在裂隙或地质构造弱面的多层岩层内注入水泥浆加固裂隙或弱面后形成，隔离邻近工作面开采形成采空区，防止注浆期间浆液外流、串浆事故发生。

所述隔离帷幕、保护帷幕由多层帷幕层组成。所述多离层层位注浆段的离层处注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层以限制采动岩层间离层空间向上传递。基岩加固段上还有松散层段，所述松散层段为位于基岩加固段上的土壤层。

所述注浆管为三段套管结构，包括伸入到多离层层位注浆段的花管作为多离层层位注浆段护壁管，套设在多离层层位注浆段护壁管外周只伸入到基岩加固段的基岩加固段护壁管，以及套设在基岩加固段护壁管外周只伸入到松散层段的松散层段护壁管；所述花管在高度方向均匀设置多个出浆口。以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为50~70%。

本发明的覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，包括如下步骤：

S1、根据工作面煤层上方的岩层柱状情况、工作面开采参数情况从下到上确定多离层层位注浆段、基岩加固段、松散层段；

S2、从工作面上方的地表向下钻注浆孔，钻孔首先钻进松散层段，钻进结束并设置套管；然后钻进基岩加固段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆，形成保护帷幕，钻进结束后设置套管；最后钻进多离层层位注浆段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层岩层内注入水泥浆填充裂隙，形成隔离帷幕，钻进结束后设置套管，此段内的套管为花管；

S3、在多离层层位注浆段，向受工作面煤层开采影响产生的离层空间内注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层，限制采动岩层间离层空间向上传递，进而达到减小地面沉降的目的。以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为50~70%。

覆岩多离层层位处注入的粉煤灰浆液，在隔离帷幕作用下防止流入相邻工作面采空区，在保护帷幕作用下防止浆液沿裂隙或弱面导通地面，造成跑浆，以实现对本工作面煤层开采离层空间的精准注浆。

所述注浆管为三段套管结构，包括伸入到多离层层位注浆段的花管作为多离层层位注浆段护壁管12，套设在多离层层位注浆段护壁管12外周只伸入到基岩加固段的基岩加固段护壁管13，以及套设在基岩加固段护壁管13外周只伸入到松散层段的松散层段护壁管14；所述花管在高度方向均匀设置多个出浆口15。

本发明的技术方案曾经在杨河煤业公司裴沟矿试用，下面就杨河煤业公司裴沟矿的应用情况介绍如下：

杨河煤业公司裴沟矿位于河南省新密市东南部，行政隶属新密市来集镇、刘寨镇、大隗镇管辖。矿井主要开采煤层为二叠系山西组二1煤，当前矿井进入后期开采，主要回收开采地质条件复杂和遗留煤柱资源。矿井22151工作面为试验应用工作面，位于裴沟井田22采区东南部。工作面走向长约280m，倾向长约106m。工作面地表标高+220.1~+226.4m，工作面标高-60.5~-97m，工作面平均埋深302m；煤层平均厚度约7.1m，煤层平均倾角约12°。

工作面南部隔油坊沟断层与32采区相邻，北部紧邻22111工作面采空区，东部为中央四条下山巷道，西部为220021工作面采空区；工作面下部有-110水平大巷、32采区永久避难硐室及-110水仓等岩巷，上部地表为省道王观路，道路两侧分布有大量民房建筑物，其中重点保护建筑物有加油站、医院、税务所等；工作面内存在220031、220041、220051条带采空区及22111工作面部分采空区。

工作面地质采矿条件十分复杂，属于典型的遗留难采煤柱资源开采，不具备采用常规开采方法的条件。且由于工作面外围及内部采空范围大，区域上覆岩层破坏严重，且地表建筑物保护等级要求高等特点，采用常规覆岩离层注浆技术难以实现地面减沉要求。因此，在工作面开采期间特采取采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法。

应用情况：

22151工作面采用采动覆岩复合帷幕及覆岩多离层层位精准注浆减沉方法开采，按照技术要求和步骤对注浆过程及各参数进行了分析确定，如图3所示（其中，注浆分析以1#注浆孔为例）。

（1）资料及调查分析

通过资料分析，掌握了工作面及四邻开采、覆岩岩性及柱状分布、井上地表建（构）筑物分布及保护要求等情况。地表调查寻找地质钻孔6个，水井15个，并对封堵不良钻孔和水井采用混凝土重新进行封堵加固，

（2）钻孔注浆量确定

根据地面建（构）筑物保护要求，按照注采比48%～60%计算，钻孔日注浆量1200t～1500t，日出煤量2500t。

（3）钻孔布置数量确定

工作面走向推进长度约280m，倾向长约106m，根据覆岩离层钻孔注浆扩散半径及地面建筑物分布与保护要求，确定钻孔间距65m，共布置4个注浆孔。

（4）钻孔注浆各层位和钻孔注浆压力确定

①导水裂隙带发育高度

根据岩层柱状及岩性、工作面开采方式及开采厚度情况，采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》中的计算公式，得出工作面开采导水裂隙带的发育高度为81.4~152m；根据矿井实测裂采比14.5计算，导水裂隙带的发育高度为103m；综合确定工作面平均开采厚度7.1m，导水裂隙带的发育高度为103m。

②钻孔注浆层位确定

22151工作面煤层上覆岩层共有94层岩层，其中厚硬岩层共有9层。从煤层开始，自下向上第一层厚硬岩层为细粒砂岩，距煤层顶板4.46m。第二层厚硬岩层为细粒砂岩，距煤层顶板69.42m。第三层厚硬岩层为细粒砂岩，距煤层顶板170.05m（埋深126.51m）。根据导水裂隙带发育高度计算结果，覆岩第一、二层厚硬岩层位于导水裂隙带之内，岩层断裂破坏，其下方不会形成离层。第三层厚硬岩层位置高于导水裂隙带发育高度，距离导水裂隙带顶部66.88m，该距离远大于覆岩离层注浆保护隔离岩柱厚度（5M，M为开采厚度），因此，此层可作为第一注浆层位。在第三层厚硬岩层上方，埋深分别为106.13m和95.57m位置存在厚硬岩层，也具备离层发育条件，因此，这两层分别为第二和第三注浆层位。该三层注浆层位段即为多离层层位注浆段，长度30.9m。。

③钻孔注浆压力确定

根据钻孔注浆第一层（最底层）注浆层位深度（126.5m），注浆前期压力：前期注浆压力不低于注浆层位地层自然压力，即不小于1.4Mpa；随后在离层持续时间内连续注浆。注浆中期：压力降低以后保持有压力注浆即孔口压力P＞0。注浆后期压力：注浆终压等于注浆层位地层自然压力的1.2～1.5倍，注浆压力区间为1.7～2.1MPa。

（5）钻孔布置位置确定

根据工作面开采方式、煤层倾角及钻孔注浆层位（最底层），计算得到沿工作面走向钻孔注浆层位处最大下沉主断面位置距离工作面上风巷75.7m，结合钻孔布置间距、数量和地面建（构）筑物保护要求，进而确定了地表钻孔位置。

（6）钻孔结构确定

根据工作面内A10/CK9钻孔柱状资料，结合钻孔注浆层位及深度，确定钻孔松散层段深度为0～15.5m，基岩加固段深度为15.5～95.6m，多离层层位注浆段深度为95.6～126.5m，施工钻孔总深度为127m。钻孔上至下设置三段结构，即一开Φ311mm钻进设置Φ244.5×8.94mm套管作为松散层段护壁管；二开Φ216mm钻进设置Φ177.8×8.05mm套管作为基岩加固段护壁管；三开Φ152mm钻进下入Φ139.7×9.17mm花管作为多离层层位注浆段护壁管，如图2所示。

（7）复合帷幕设置

①保护帷幕设置。在钻孔基岩加固段钻进期间，通过分析工作面四邻采空、覆岩破坏及断层分布情况，结合钻孔钻进过程中的实际岩层情况，分别对埋深33.4m的砂质泥岩层（厚度8.3m）、埋深43.4m的泥岩层（厚度10.0m）、埋深68.1m的中粒砂岩层（厚度11.6m）、埋深81.9m的泥岩层（厚度13.8m）和埋深95.6m的中粒砂岩（厚度7.23m）五层岩层进行注水泥浆，封堵岩层破坏裂隙及弱面，形成保护帷幕，防止注浆期间冒浆、串浆事故发生，提高注浆效果。通过对基岩加固段厚硬岩层预注水泥浆，对岩层裂隙及弱面进行了加固，并对填埋不良水井重新进行了封堵：在对岩层预注水泥浆时，受多次采动影响地层活化弱面被封堵，地表出现了一条线状溢浆点；受多次采动影响，之前已填埋水井井壁与地层之间裂隙被封堵，水泥浆液从井壁四周溢出。

②隔离帷幕设置。在多离层层位注浆段钻进期间，对该段30.9m范围内的泥岩、细粒砂岩和砂质泥岩等预注水泥浆，预先封堵岩层裂隙及加固弱面，隔离邻近工作面开采形成的岩层裂隙通道，形成隔离帷幕，防止串浆事故发生，实现本工作面开采覆岩离层的多层位精准注浆，提高注浆减沉效果，如图3所示。

（8）钻孔压水监测

钻孔钻进、复合帷幕设置及套管设置完成后，安装注浆孔口装置以及管路系统，并对钻孔进行压水监测，把握注浆时机。

（10）钻孔注浆作业

严格按照“以注定采、主采匹配”的原则开展注浆和煤炭开采作业，工作面日进尺2m左右，出煤量2500t/d左右，注浆量1300t/d左右。

工作面开采期间，通过对地表观测线和重要建筑物观测点定期观测，结果表明：地表最大下沉值为374.1mm，下沉系数为0.053，如图4所示；加油站测站测点最大下沉值为368.9mm，加油站保护完好，办公房屋墙体仅出现1-2mm裂缝，地表裂缝为2mm左右；医院测点最大下沉值为95.3mm，无明显变形破坏。在复合帷幕作用下实现了对22151工作面开采离层的多层位、精准注浆，遗留煤柱资源也实现了安全、高效回收，经济及社会效益显著。

本次试验，使用本发明的方法，其较之条带开采解决了开采效率低、煤炭资源浪费严重的问题，较之充填开采解决了开采工艺复杂、成本高、效率低的问题，是对矿井遗留煤柱进行回收的有效途径。该技术成的功实施，其关键在于准确把握和控制离层注浆的各项参数，包括注浆孔位置及间距、注浆层位、注浆压力、注浆量及注浆时机等。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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 (5)

1.一种采动覆岩复合帷幕，其特征在于，包括用以加固裂隙或地质构造弱面的多层帷幕层，所述帷幕层由存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆凝固后形成，所述裂隙或地质构造弱面在工作面煤层开采之前形成，所述水泥浆在工作面煤层开采之前注入；

在工作面煤层开采后，在竖直方向上，靠近采空区的多层厚硬岩层间产生离层，所述离层的空间内注入粉煤灰浆液形成粉煤灰浆体充填层以限制离层向上传递；

形成有离层的岩层段称之为多离层层位注浆段，该多离层层位注浆段的帷幕层形成隔离帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液流向相邻工作面采空区；没有形成离层的岩层段称之为基岩加固段，该基岩加固段的帷幕层形成保护帷幕以防止离层空间内注入的粉煤灰浆液沿裂隙或弱面导通地面。

2.一种形成如权利要求1所述采动覆岩复合帷幕的覆岩多离层层位精准注浆减沉方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、根据工作面煤层上方的岩层柱状情况、工作面开采参数情况从下到上确定多离层层位注浆段、基岩加固段、松散层段；

S2、从工作面上方地表向下钻注浆孔，钻孔首先钻进松散层段，钻进结束并设置套管；然后钻进基岩加固段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层厚硬岩层注入水泥浆，形成保护帷幕，钻进结束后设置套管；最后钻进多离层层位注浆段，钻进过程中，对存在裂隙或地质构造弱面的多层岩层内注入水泥浆填充裂隙，形成隔离帷幕，钻进结束后设置套管，此段内的套管为花管；

S3、在多离层层位注浆段，向受工作面煤层开采影响产生的离层空间内注入粉煤灰浆形成粉煤灰浆体充填层，限制采动岩层间离层空间向上传递，进而达到减小地面沉降的目的。

3.根据权利要求2所述覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，其特征在于，所述注浆管为三段套管结构，包括伸入到多离层层位注浆段的花管作为多离层层位注浆段护壁管；套设在多离层层位注浆段护壁管外周，只伸入到基岩加固段的套管作为基岩加固段护壁管；套设在基岩加固段护壁管外周，只伸入到松散层段的套管作为松散层段护壁管；所述花管在高度方向均匀设置多个出浆口，实现覆岩多离层层位注浆。

4.根据权利要求2所述覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，其特征在于，以质量计，所述粉煤灰浆液中的粉煤灰含量为50~70%。

5.根据权利要求2所述覆岩多离层层位精准注浆减沉方法 ，其特征在于，松散层段由基岩加固段上方的土壤层构成。