一種奧灰頂部注漿加固工作面底板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于礦井奧灰含水層注漿改造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種奧灰頂部注漿改造工作 面底板的工藝，特別是一種奧灰頂部注漿加固工作面底板的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著近年來華北型煤田開采深度的增加，礦山壓力、奧灰含水層的水壓也在顯著 增加，奧灰突水系數(shù)已超過臨界值，奧灰直接突水的威脅愈來愈大，奧灰突水的危害單純靠 預(yù)防不能確保安全，必須開展對(duì)奧灰積極治理技術(shù)的研宄，才能確保深部礦井受奧灰水威 脅煤炭?jī)?chǔ)量的安全開采。
[0003] 針對(duì)煤礦底板巖溶水的治理主要經(jīng)歷以下發(fā)展過程：（1)煤田大規(guī)模工業(yè)放水試 驗(yàn)技術(shù)，以肥城煤田為代表，先后分兩期在煤田東、西部礦區(qū)實(shí)施了多礦井地面與井下聯(lián)合 進(jìn)行的大規(guī)模工業(yè)放水試驗(yàn)和綜合勘探試驗(yàn)，為礦井的水文地質(zhì)條件劃分提供了依據(jù)。經(jīng) 過放水實(shí)驗(yàn)研宄查明區(qū)域性水文地質(zhì)條件；(2)礦區(qū)薄層灰?guī)r注漿改造技術(shù)，薄層灰?guī)r注 漿技術(shù)是從地面打孔，地面注水泥漿開始的，再到井下打孔，井下注水泥漿，最后發(fā)展到井 下打孔，地面注粘土水泥漿的過程，實(shí)現(xiàn)了礦井水以預(yù)防為主到積極治理的跨越發(fā)展，該技 術(shù)在華北型煤田得到了推廣和應(yīng)用；（3)突水機(jī)理研宄研宄，以《薄隔水層底板突水機(jī)理及 預(yù)測(cè)》為代表的底板突水機(jī)理的研宄。"以巖移運(yùn)動(dòng)為中心的"實(shí)用礦山理論出發(fā)，深入研 宄采場(chǎng)斷層在礦山壓力作用下活化機(jī)理；提出了開采煤層底板"下四帶"劃分理論，分析煤 層底板隔水層原始導(dǎo)高形成機(jī)制，提出巖石的應(yīng)力溶蝕機(jī)理；根據(jù)采場(chǎng)底板應(yīng)力分布特征， 研宄巖石裂隙對(duì)底板高峰應(yīng)力傳播角的影響；提出了突水概率指數(shù)法預(yù)測(cè)底板突水的新方 法，開發(fā)了底板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件；(4)奧灰頂部注漿改造技術(shù)探索階段，在薄層灰?guī)r 注漿改造技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合深部奧灰高水壓、巖溶裂隙發(fā)育不均一性等特征，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 與理論研宄結(jié)合，探索性對(duì)奧灰頂部進(jìn)行注漿改造工作面底板。
[0004] 目前，"五灰以治為主，奧灰以防為主"的防治水指導(dǎo)思想已不能夠滿足礦區(qū)深部 安全生產(chǎn)的需要，必須對(duì)奧灰進(jìn)行主動(dòng)治理。因此，尋求一種基于奧灰頂部注漿技術(shù)加固工 作面底板的方法，在礦區(qū)深部嚴(yán)重受奧灰水威脅實(shí)際情況下，在國內(nèi)外防治水研宄成果基 礎(chǔ)上，尤其在薄層灰?guī)r注漿改造經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過多年的實(shí)踐探索，理論聯(lián)系實(shí)踐，形成奧 灰頂部注漿改造工作面底板的方法，利用該方法能夠及時(shí)劃分受奧灰水威脅區(qū)域，確定奧 灰頂部注漿厚度，通過一系列注漿改造工作面底板工作環(huán)節(jié)，最終保證受奧灰水威脅工作 面安全開采，提高資源枯竭礦井的產(chǎn)量，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種基于奧灰頂部注 漿技術(shù)加固工作面底板的方法，首先在分析奧灰頂部注漿可行性基礎(chǔ)上，分析下組煤受奧 灰水威脅工作面，確定奧灰頂部注漿改造工作面底板區(qū)域；從突水系數(shù)出發(fā)，確定奧灰頂部 注漿深度，并分析下組煤層奧灰頂部注漿情況，對(duì)各煤層注漿改造工作做出具體要求；然后 采用注漿斜孔三級(jí)套管的設(shè)計(jì)，在工作面上均勻布置鉆孔的原則，確保奧灰頂部含水層注 漿有效性和針對(duì)性；最后采用先進(jìn)的注漿改造工藝及多種方法聯(lián)合評(píng)價(jià)注漿效果等一系列 工作，以保證奧灰頂部注漿加固工作面底板的質(zhì)量問題，確保工作面能安全回采。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體包括以下步驟：
[0007] (1)、分析奧灰頂部注漿的可行性：奧灰含水層是具有層控性、構(gòu)控性和韻律性的 多層段含水層，各含水層段具有相對(duì)獨(dú)立性和相互聯(lián)系性；其中奧灰頂部上段〇~20m為相 對(duì)弱含水層段，其中0~IOm范圍為相對(duì)隔水層段，形成奧灰頂部注漿改造所需的蓋層；奧 灰頂部中段20~40m是相對(duì)強(qiáng)含水層段，為奧灰頂部注漿改造的目的層段；奧灰頂部下段 40~150m是厚度為90m的相對(duì)弱含水層段，為奧灰頂部注漿改造目的層段所需的底層；
[0008] (2)、確定奧灰頂部注漿加固工作面底板的區(qū)域：對(duì)具備下列條件之一的工作面底 板進(jìn)行改造：(a)根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》：底板受構(gòu)造破壞地段工作面奧灰突水系數(shù)超過 0. 06MPa/m，正常地段工作面奧灰突水系數(shù)超過0.1 MPa/m ; (b)工作面奧灰突水系數(shù)不超過 《煤礦防治水規(guī)定》，但處于富水區(qū)和強(qiáng)逕流帶內(nèi)，綜合分析有奧灰突水危險(xiǎn)的；（c)通過現(xiàn) 有的物探、鉆探、巷探或抽/放水試驗(yàn)，檢測(cè)到工作面底板存在構(gòu)造破碎帶、導(dǎo)水裂縫帶、隔 水層變薄帶、陷落柱、奧灰水補(bǔ)給薄層灰?guī)r的垂向通道異常帶，底板隔水層不能抵抗薄層灰 巖和奧灰含水層的實(shí)際水壓值的；
[0009] (3)、確定奧灰頂部注漿深度：
[0010] 根據(jù)工作面奧灰突水系數(shù)計(jì)算出注漿深度公式f (1)式 中，T1為加固前的工作面奧灰突水系數(shù)，單位為MPa/m ;T2為加固后的工作面奧灰突水系數(shù)， 單位為MPa/m ^為加固前工作面底板隔水層厚度，單位為m ;再利用公式（1)，結(jié)合工作面 奧灰突水系數(shù)及臨界標(biāo)高分別計(jì)算下組煤各煤層工作面底板奧灰頂部注漿深度；從第一層 煤開始，當(dāng)?shù)谝粚用洪_采完成后，使用現(xiàn)有雙端封堵側(cè)漏裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量第一層煤底板破壞 深度，為開采第二層煤提供注漿改造數(shù)據(jù)，以此類推，至最后一層煤結(jié)束；
[0011] ⑷、注漿鉆孔：注漿鉆孔的傾角在25~35度之間變化，在同一地點(diǎn)不同走向采 用"多次開孔"的原則，減少鉆機(jī)的移動(dòng)帶來的不變，使用現(xiàn)有的"三級(jí)套管"結(jié)構(gòu)進(jìn)行注漿 鉆孔，確保奧灰頂部注漿的有效性；鉆孔揭露及穿過五灰含水層時(shí)，要測(cè)定五灰含水層的水 壓、水量并對(duì)該含水層進(jìn)行注漿，防止五灰含水層對(duì)奧灰頂部注漿造成影響；
[0012] (5)、注漿：在地面通過注漿站將粘土水泥漿制作完成后，通過井下運(yùn)輸管道將粘 土水泥漿運(yùn)送到相應(yīng)注漿加固的工作面，通過注漿泵對(duì)施工好的鉆孔進(jìn)行井下注漿加固工 作面底板工作，在注漿過程中采用注漿工作面分次序、單孔分段注漿、單段連續(xù)注漿與間歇 注漿相結(jié)合的方法，注漿工作面采用先疏后密、中間補(bǔ)插的方法，單個(gè)注漿鉆孔先對(duì)五灰進(jìn) 行注漿，再延伸到奧灰頂部注漿，一個(gè)孔段進(jìn)行連續(xù)注漿，發(fā)現(xiàn)井下跑漿時(shí)間歇注漿；注漿 壓力為注漿含水層水壓的2~5倍；注漿泵量根據(jù)含水層巖溶裂隙的發(fā)育程度確定；注漿 漿液密度為1. 12~I. 18g/cm3;
[0013] (6)注漿效果檢測(cè)及評(píng)價(jià)：采用現(xiàn)有鉆探或礦井地球物理檢測(cè)法對(duì)注漿效果檢 測(cè)，對(duì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域做出重點(diǎn)檢測(cè)；注漿效果檢測(cè)完成后，利用現(xiàn)有鉆探法檢查孔水量大 小的變化對(duì)注漿效果評(píng)價(jià)，同時(shí)利用礦井地球物理成果圖，對(duì)比注漿前后物性變化并做出 注漿效果評(píng)價(jià)。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠及時(shí)劃分受奧灰水威脅區(qū)域，確定奧灰頂部注漿厚 度，通過注漿加固工作面底板，保證受奧灰水威脅工作面安全開采，提高資源枯竭礦井的產(chǎn) 量，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。
【附圖說明】：
[0015] 圖1為本發(fā)明奧灰頂部巖層富水性剖面圖。
[0016] 圖