一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，1)對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測；2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A；3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B；4)通過套管A排水，通過套管B注漿堵水；5)在排水、注漿堵水的同時，監(jiān)測套管A排水處水壓力變化，適時停止套管B的注漿；6)套管A改接注漿泵，高壓注入注漿堵水材料；7)套管A反漿穩(wěn)定時，套管A注漿停止；8)在順槽鉆孔a、b中心點附近前后左右四處，打鉆孔c、d、e、f；9)對鉆孔注入注漿固化材料。本發(fā)明沿著“降壓封堵、加固防控”的思路，為深部礦井開采底板突水災(zāi)害進(jìn)行有效防控，并為斷層導(dǎo)水突水防治提供一種有效思路。
【專利說明】
一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤礦防治水技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井突水事故的發(fā)生輕者使突水工作面關(guān)閉停產(chǎn)，造成礦井接續(xù)緊張，礦井排水費用急增，嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn);重者可能會造成淹井事故，危及國家財產(chǎn)和人民生命安全。據(jù)統(tǒng)計，煤礦底板突水80%左右是由于斷層引起，因此，研究由于斷層引發(fā)的底板突水問題的防治技術(shù)方法，對于煤礦安全具有十分重要的意義。
[0003]含斷層的底板發(fā)生突水，主要是由于采動導(dǎo)致底板破壞帶裂隙發(fā)育、貫通，形成突水通道，溝通到導(dǎo)水?dāng)鄬訉?dǎo)致災(zāi)害發(fā)生。尤其是在深部開采，采場圍巖具有高地應(yīng)力，支承壓力增加更為顯著，加劇了采場底板原有裂隙和結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)展、錯動及貫通，加大了完整巖石帶新裂隙產(chǎn)生的數(shù)量和范圍，使得突水通道的形成具有瞬時性、復(fù)雜性。同時，深部承壓水水壓增大，甚至達(dá)十幾兆帕(如豫中礦區(qū)馬陵山礦)，高承壓水影響作用加劇了底板的破壞、加速了突水通道的形成，均使得斷層底板突水表現(xiàn)出突水災(zāi)變的瞬時性、差異性。這些問題的集中表現(xiàn)，導(dǎo)致斷層底板突水防治困難加大，給斷層底板突水防治帶來了新的挑戰(zhàn)。
[0004]目前，針對煤礦底板突水問題，采用的主要防治技術(shù)有底板隔水層加固等措施。針對底板隔水層加固方面，主要采用注漿加固的方法。本身底板隔水層注漿加固技術(shù)的施工難度較大，操作中不易掌控，效果也難以把握。尤其進(jìn)入煤礦深部開采，更是存在以下幾方面的不足:
[0005]1、深部圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜。深部圍巖地質(zhì)條件存在多變性，所需注漿壓力增大，如有不當(dāng)，則注漿難以充分充滿裂隙，且深部巖體具有高應(yīng)力，即使注漿加固完畢后，又容易在應(yīng)力作用下再產(chǎn)生新的節(jié)理裂隙，并互相貫通。
[0006]2、高巖溶水壓大，導(dǎo)水?dāng)鄬右l(fā)災(zāi)變后突水具有瞬時性、突發(fā)性，水壓大、水量大，單純注漿加固無法實施，必須采用“降壓封堵”的思路。
[0007]3、傳統(tǒng)的注漿加固技術(shù)，往往只是針對底板隔水層，面對地質(zhì)構(gòu)造，尤其是斷層導(dǎo)水后裂隙溝通突水，注漿后因為未能有效控制源頭，容易再次產(chǎn)生其他突水路徑，造成效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的提供一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，旨在解決深部煤礦開采底板受斷層影響發(fā)生突水的防治問題。
[0009]本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，包括如下步驟:
[0010]I)對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測；
[0011 ] 2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A;
[0012]3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B;
[0013]4)利用排水栗通過套管A往外排水，注漿栗通過套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水；
[0014]5)在進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時，監(jiān)測套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時，停止套管B的注漿工作；
[0015]6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料；
[0016]7)套管A反漿穩(wěn)定時，停止套管A的注漿工作；
[0017]8)在順槽鉆孔a、b中心點附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f;
[0018]9)對鉆孔a、b、c、d、e、f注入注漿固化材料。
[0019]本發(fā)明的特點還在于，在步驟I)中，利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。
[0020]本發(fā)明的特點還在于，鉆孔a是由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入底板破壞帶與斷層溝通處下方6_13m處，套管A的一端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。
[0021]本發(fā)明的特點還在于，鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入裂隙與斷層溝通處，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90 %。
[0022]本發(fā)明的特點還在于，所述鉆孔a的孔徑開始為12cm，鉆孔a過底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述鉆孔b的孔徑開始為12cm，鉆孔b過底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述套管A、B均為無縫鋼管。
[0023]本發(fā)明的特點還在于，鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70%。
[0024]本發(fā)明的特點還在于，所述注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I?1.3:水玻璃0.25?0.5:氯化鈣0.80?1.1:鈉鹽速凝劑0.I?0.2:聚氧化乙烯0.01?0.03:水3?4.2。
[0025]本發(fā)明的特點還在于，所述注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰I?1.8:水玻璃0.15?0.35:聚氨酯0.08?0.2:液壓油0.06?0.15:水2.3?3.5。
[0026]本發(fā)明的特點還在于，在步驟4)中，注漿堵水時的注漿壓力為監(jiān)測水壓的2-3倍。
[0027]本發(fā)明的特點還在于，在步驟6)中，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測水壓的3-5倍。
[0028]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0029]本發(fā)明提供了一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，能夠解決深部煤礦開采底板受斷層影響發(fā)生突水的防治問題，本發(fā)明沿著“降壓封堵、加固防控”的思路，為深部礦井開采底板突水災(zāi)害進(jìn)行有效防控，并為斷層導(dǎo)水突水防治提供了一種有效思路。
【具體實施方式】
[0030]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]實施例1
[0032]本發(fā)明實施例的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，用于煤礦開采底板斷層附近突水通道的封堵。當(dāng)煤礦開采時，底板裂隙帶溝通至導(dǎo)水?dāng)鄬有纬赏凰ǖ?，工作面或采空區(qū)出現(xiàn)突水點時，采用本發(fā)明進(jìn)行底板突水的防治，具體包括如下步驟:
[0033]I)對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測:
[0034]利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。
[0035]2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A;
[0036]鉆孔是a由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入底板破壞帶與斷層溝通處下方6-13m處，鉆孔a的孔徑開始為12cm，鉆孔a過底板破壞帶后孔徑減小為1cm;套管A為無縫鋼管，套管A—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%，套管外徑尺寸隨鉆孔孔徑相應(yīng)變化。
[0037]3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B:
[0038]鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入裂隙與斷層溝通處，鉆孔b的孔徑開始為12cm，鉆孔b過底板破壞帶后孔徑減小為1cm;套管B為無縫鋼管，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%，套管外徑尺寸隨鉆孔孔徑相應(yīng)變化。
[0039]4)水栗通過套管A開始工作往外排水，注漿栗通過套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水，注漿堵水時的注漿壓力為監(jiān)測水壓的2-3倍；
[0040]5)進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時，監(jiān)測套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時，停止套管B的注漿工作；
[0041 ] 6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測水壓的3-5倍；
[0042]7)套管A反漿穩(wěn)定時，停止套管A的注漿工作；
[0043]8)在順槽鉆孔a、b中心點附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f:
[0044]鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70 %。
[0045]9)對鉆孔a、b、c、d、e、f注入注楽固化材料:
[0046]本發(fā)明實施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.2:水玻璃
0.3:氯化鈣1:鈉鹽速凝劑0.16:聚氧化乙烯0.02:水4。該注漿堵水材料的制備方法是:按照比例將各原料備好，將水泥、硅灰、氯化鈣攪拌混合，然后向所得混合物加水?dāng)嚢璩蓾{液，再將濃度為二十波美度的水玻璃與鈉鹽速凝劑、聚氧化乙烯按比例混合均勻作為調(diào)節(jié)劑加入到漿液中，混合均勻即得。
[0047]本發(fā)明實施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰1.5:水玻璃0.2:聚氨酯0.15:液壓油0.1:水3.5。該注漿固化材料的制備方法是:按照比例將各原料備好，將水泥、粉煤灰攪拌混合，然后向所得混合物加水?dāng)嚢璩蓾{液，再將備好的濃度為十五波美度的水玻璃與聚氨酯、液壓油按比例混合均勻作為調(diào)節(jié)劑加入到漿液中，混合均勻即得。
[0048]套管A與鉆孔a之間以及套管B與鉆孔b之間留有微縫隙，能夠方便在封孔過程中封堵材料沿著微縫隙進(jìn)行延伸擴(kuò)散，將整個鉆孔全過程徹底固結(jié)加固，杜絕鉆孔形成新的突水通道的可能。
[0049]實施例2
[0050]與實施例1不同的是，本實施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I:水玻璃0.5:氯化鈣0.80:鈉鹽速凝劑0.2:聚氧化乙烯0.01:水3。
[0051]本發(fā)明實施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰1:水玻璃
0.35:聚氨酯0.2:液壓油0.07:水2.8。
[0052]實施例3
[0053]與實施例1不同的是，本實施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.3:水玻璃0.4:氯化鈣1.1:鈉鹽速凝劑0.1:聚氧化乙烯0.03:水4.2。本實施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰I.8:水玻璃0.15:聚氨酯0.08:液壓油
0.15:水2.3。
[0054]實施例4
[0055]與實施例1不同的是，本實施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.2:水玻璃0.25:氯化鈣0.90:鈉鹽速凝劑0.15:聚氧化乙烯0.02:水3.5。本實施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰1.2:水玻璃0.28:聚氨酯0.12:液壓油0.06:水3。
[0056]本發(fā)明所用注漿堵水材料初期遇水后不易分散，初凝時間大約3min，且初期具有一定的流動性，最終抗壓強(qiáng)度能達(dá)到25Mpa，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)行井下承壓水封堵注漿堵水材料的不足。
[0057]本發(fā)明所用注漿固化材料成本較低，流動性較好，能夠充分注入巖體裂隙，一定時間后膨脹性較強(qiáng)、強(qiáng)度大，能夠有效固化巖體達(dá)到有效隔水的目的，可廣泛應(yīng)用與煤礦井下、隧道地鐵、壩站等裂隙封堵巖體固化治理工程中。
[0058]本發(fā)明實施例提供的煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，對鉆孔a、b下套管，是為了防止在排水降壓與封堵突水路徑過程中造成進(jìn)一步對底板的破壞，避免產(chǎn)生新的裂隙或突水路徑。在本發(fā)明實施例中，使用了不同組成的注漿堵水材料及注漿固化材料，在防治水過程中作用不同，要求不同，配合本發(fā)明的步驟實施，能夠達(dá)到更好的實施效果，注漿堵水材料具有速凝，初凝時間短，強(qiáng)度要求高的優(yōu)點，注漿固化材料具有良好的流動性，且高膨脹性能。
[0059]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0060]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測； 2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A; 3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B; 4)利用排水栗通過套管A往外排水，注漿栗通過套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水； 5)在進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時，監(jiān)測套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時，停止套管B的注漿工作； 6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料； 7)套管A反漿穩(wěn)定時，停止套管A的注漿工作； 8)在順槽鉆孔a、b中心點附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f; 9)對鉆孔8、13、(3、(1、6、;1；'注入注楽固化材料。2.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟I)中，利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。3.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔a是由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入底板破壞帶與斷層溝通處下方6-13m處，套管A的一端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。4.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿斷層走向打入裂隙與斷層溝通處，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。5.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述鉆孔a的孔徑開始為12cm，鉆孔a過底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述鉆孔b的孔徑開始為12cm，鉆孔b過底板破壞帶后孔徑減小為1em;所述套管A、B均為無縫鋼管。6.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70%。7.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I?1.3:水玻璃0.25?0.5:氯化鈣0.80?I.I:鈉鹽速凝劑0.I?0.2:聚氧化乙烯0.01?0.03:水3?4.2。8.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰I?I.8:水玻璃0.15?0.35:聚氨酯0.08?0.2:液壓油0.06?0.15:水2.3?3.5。9.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟4)中，注漿堵水時的注漿壓力為監(jiān)測水壓的2-3倍。10.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟6)中，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測水壓的3-5倍。
【文檔編號】C04B28/00GK106050185SQ201610330340
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】孫文斌, 周少良, 朱霞, 杜厚謙, 張士川, 王學(xué)武
【申請人】山東科技大學(xué)