一种考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法
阅读说明：本技术 一种考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法 (Grouting water damage prevention and control method considering mining-induced fracture influence ) 是由 杨滨滨 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于矿井水害防治领域,具体涉及一种基于近距离煤层重复采动工况下的考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法。探讨了在两层近距离煤层情况下,上煤层上方存在近距离含水层时的注浆防治水害方法,旨在为近距离煤层群的水砂防治开采提供借鉴。通过预裂形成缓冲层来降低导水裂隙带高度,并通过注浆形成隔水层,以此解决了近距离煤层重复采动情况下的水害防治。(The invention belongs to the field of mine water damage prevention and control, and particularly relates to a grouting water damage prevention and control method considering mining-induced fracture influence under a short-distance coal seam repeated mining working condition. A method for preventing and treating water damage by grouting when a close-distance water-bearing layer exists above an upper coal seam under the condition of two close-distance coal seams is discussed, and the method aims to provide reference for water sand prevention and exploitation of close-distance coal seam groups. The height of a water flowing fractured zone is reduced by forming a buffer layer through pre-splitting, and a water-resisting layer is formed through grouting, so that the water damage prevention and control under the condition of repeated mining of a short-distance coal seam are realized.)
技术领域
本发明属于矿井水害防治领域，具体涉及一种基于近距离煤层重复采动工况下的考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法。
背景技术
煤通常是以多层的形式赋存于地下，形成煤层群，大多数地下煤矿都会面临多煤层(煤层群)开采的情况，受各煤层厚度以及煤层间距、覆岩岩性等地质条件影响，煤层开采存在相互作用的可能，这会导致开采过程中灾害发生的可能性大大增加，尤其是在煤层群的上方存在近距离含水层时。
煤层群开采有上行开采、下行开采两种方式，当先前煤层开采完成后，在后煤层的开采可能会在先前煤层的上方或下方进行，这样就会导致覆岩重复破坏及开采岩层移动控制的问题。例如，各个煤层的相互作用会使得水砂的运移通道增高，当在煤层群的上方存在近距离含水层时，会导致工作面与含水层导通，产生突水溃砂灾害。因此如何降低近距离煤层群开采时的水砂运移通道高度，对煤矿水害防治和开采设计都具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明探讨了在两层近距离煤层情况下，上煤层上方存在近距离含水层时的注浆防治水害方法，旨在为近距离煤层群的水砂防治开采提供借鉴，具体如下
一种考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法，工况包括距离相近的上煤层、下煤层，煤层间距为Hj；在上煤层的上方近距离赋存有间距为Hh的含水层；所述防治水害方法包括如下步骤：
S1，确定上煤层、下煤层分别独立开采时的垮落带高度Hks、Hkx，和导水裂隙带高度Hds、Hdx；
S2,比较下煤层垮落带高度Hkx与煤层间距Hj的大小；
当Hkx小于Hj时，比较上煤层和下煤层的导水裂隙带顶界标高；
当上煤层的导水裂隙带顶界标高大于下煤层的导水裂隙带顶界标高时，执行步骤S3；
当上煤层的导水裂隙带顶界标高小于等于下煤层的导水裂隙带顶界标高时，执行步骤S4；
而当Hkx大于等于Hj时，执行步骤S5；
S3,进行下煤层工作面的后退式开采，同时进行上煤层工作面回采巷道的后退式掘进，且掘进进度滞后开采进度；在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在上煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层；
优选的，步骤S3中，上煤层工作面回采巷道的掘进面在下煤层的采动动态影响范围外。
S4,进行上煤层工作面的后退式开采，同时进行下煤层工作面回采巷道的后退式掘进；且掘进进度滞后开采进度；在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向下煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在下煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层；
优选的，步骤S4中，预裂范围为下煤层垮落带顶界以上至上煤层底板。
S5,上煤层工作面回采之前，在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在上煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层，且缓冲层的顶界标高大于下煤层开采时垮落带顶界标高；上煤层工作面后退式开采时，同时进行下煤层工作面回采巷道的后退式掘进，之后进行下煤层的开采。
优选的，步骤S3中，当下煤层导水裂隙带顶界标高大于缓冲层顶界标高一定值时，缓冲层施工后，在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向缓冲层上部的下煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆隔水；
进一步的，所述离层层位为下煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
否则，在上煤层回采时，自上煤层工作面回采巷道向后、向缓冲层上部的上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆隔水。
进一步的，所述离层层位为上煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
优选的，步骤S4中，缓冲层施工后，在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆隔水。
进一步的，所述离层层位为上煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
优选的，步骤S5中，当缓冲层上部仍有一定厚度的上煤层导水裂隙带时，在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向缓冲层上部的上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆隔水；
进一步的，所述离层层位为上煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
否则，在下煤层回采时，自下煤层工作面回采巷道向后、向缓冲层上部的下煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆隔水。
进一步的，所述离层层位为下煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
优选的，注浆材料为聚压胶脂，即新型高分子双液注浆材料，分别由树脂和催化剂组成。
优选的，注浆材料为柔性防水材料，如沥青。
本发明的有益技术效果为：本发明通过预裂形成缓冲层来降低导水裂隙带高度，并通过注浆形成隔水层，以此解决了近距离煤层重复采动情况下的水害防治。具体采用的技术手段以及相应技术手段取得的技术效果详见下文
具体实施方式
。
附图说明
图1是本发明一种考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法的施工流程图；
具体实施方式
一种考虑采动裂隙影响的注浆防治水害方法，工况包括距离相近的上煤层、下煤层；上煤层和下煤层的间距为Hj，即上煤层和下煤层之间的岩层厚度为Hj；在上煤层的上方近距离赋存有含水层，上煤层与含水层之间的间距为Hh；水害来自于含水层，采动裂隙为煤层开采产生的垮落带和导水裂隙带；
所述防治水害方法包括如下步骤：
S1，根据煤层上方的覆岩岩性，结合煤层的采高等工况确定上煤层、下煤层分别独立开采时的垮落带高度Hks、Hkx，和导水裂隙带高度Hds、Hdx；
S2,比较下煤层垮落带高度Hkx与煤层间距Hj的大小；
当下煤层垮落带高度Hkx小于煤层间距Hj时，比较上煤层和下煤层的导水裂隙带顶界标高；
在当上煤层的导水裂隙带顶界标高大于下煤层的导水裂隙带顶界标高时(即上煤层独立开采时导水裂隙带的顶界相比于下煤层独立开采时导水裂隙带的顶界距离含水层更近)，即Hds+Hj大于Hdx时，采用上行开采，即先开采下煤层再开采上煤层，具体执行步骤S3；
在当上煤层的导水裂隙带顶界标高小于等于下煤层的导水裂隙带顶界标高时(即上煤层独立开采时导水裂隙带的顶界相比于下煤层独立开采时导水裂隙带的顶界距离含水层更远或相同)，即Hds+Hj小于或等于Hdx时，采用下行开采，即先开采上煤层再开采下煤层，具体执行步骤S4；
上述情况下，通过先开采导水裂隙带顶界标高低(导水裂隙带顶界距离含水层远)所对应的煤层，如此保证在先开采煤层的导水裂隙带不与含水层贯通(至少沟通的可能性降低)，并在在先开采煤层开采时为在后开采煤层开采做降低导水裂隙带高度的工作(见下文)；
而当下煤层垮落带高度Hkx大于等于煤层间距Hj时，先开采下煤层会导致上煤层完全垮塌，从而导致上煤层难于布置回采巷道和难于后续开采，因此必须采用下行开采，即先开采上煤层再开采下煤层，具体执行步骤S5；
S3,进行下煤层工作面的后退式开采，同时进行上煤层工作面回采巷道(包括运输巷和回风巷)的后退式掘进(上煤层的掘进方向与下煤层的开采方向一致)；上煤层工作面回采巷道的掘进会受到下煤层的开采影响，因此上煤层工作面回采巷道的掘进进度要滞后下煤层工作面的开采进度；最好是上煤层工作面回采巷道的掘进面在下煤层的采动动态影响范围外；
在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在上煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层(缓冲层可以增加碎涨量，吸收采动的部分破坏能量，阻隔部分采动破坏能量上传)，减小上煤层开采时裂隙的传递高度，即降低上煤层开采的导水裂隙带高度；
S4,进行上煤层工作面的后退式开采，同时进行下煤层工作面回采巷道(包括运输巷和回风巷)的后退式掘进(下煤层的掘进方向与上煤层的开采方向一致)；下煤层工作面回采巷道的掘进进度要滞后上煤层工作面的开采进度；
在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向下煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在下煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层，减小下煤层开采时裂隙的传递高度，即降低下煤层导水裂隙带高度；
优选的，预裂范围可以是下煤层垮落带顶界以上至上煤层底板，此时缓冲层的范围为下煤层垮落带顶界至上煤层垮落带顶界；
S5,上煤层工作面回采之前，在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工致裂钻孔，致裂钻孔的预裂范围为垮落带顶界以上的一定高度范围内的导水裂隙带岩层，以在上煤层开采之前在其垮落带顶界上预先致裂形成一层具有一定厚度的缓冲层，既减小上煤层开采时又减小后续下煤层开采时裂隙的传递高度，即既降低上煤层开采时导水裂隙带的高度又降低后续下煤层开采时综合导水裂隙带的高度；且缓冲层的顶界标高大于下煤层开采时垮落带顶界标高；
上煤层工作面后退式开采时，同时进行下煤层工作面回采巷道的后退式掘进，之后进行下煤层的开采。
优选的，还包括注浆隔离的步骤，如下
步骤S3中，当下煤层导水裂隙带顶界标高大于缓冲层顶界标高一定值时，即缓冲层上部仍有一定厚度的下煤层导水裂隙带时，缓冲层施工后，在上煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向缓冲层上部的下煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆，通过注浆形成充填体来隔水、切断向下煤层的导水通道(注浆封堵导水裂隙带内的纵向和横向裂隙，封闭隔水通道，下同)。所述离层层位优选下煤层导水裂隙带内最高的离层层位(此处纵向裂隙少，跑浆少，注浆量少，隔水效果好)；这种情况属于预防措施。
否则，在上煤层回采时，自上煤层工作面回采巷道向后、向缓冲层上部的上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆，通过注浆形成充填体来隔水、切断向下煤层的导水通道；这种情况属于补救措施。
步骤S4中，缓冲层施工后，在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆，通过注浆形成充填体来隔水、切断向下煤层的导水通道。所述离层层位优选上煤层导水裂隙带内最高的离层层位。
步骤S5中，当缓冲层上部仍有一定厚度的上煤层导水裂隙带时，在下煤层工作面已经掘进好的回采巷道内向缓冲层上部的上煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆，通过注浆形成充填体来隔水、切断向下煤层的导水通道。所述离层层位优选上煤层导水裂隙带内最高的离层层位；这种情况属于预防措施。
否则，在下煤层回采时，自下煤层工作面回采巷道向后、向缓冲层上部的下煤层导水裂隙带内施工注浆钻孔，选择合适的离层层位注浆，通过注浆形成充填体来隔水、切断向下煤层的导水通道；这种情况属于补救措施。
优选的，注浆材料为聚压胶脂，即新型高分子双液注浆材料，分别由树脂和催化剂组成。
优选的，注浆材料为柔性防水材料，如沥青。柔性的防水材料可以产生一定的变形，受采动影响后仍能封堵住裂隙；而硬性的防水材料，如水泥，在受到采动影响后会开裂继续产生裂隙从而导水。
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