煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法

1.本发明涉及煤矿保水开采领域，具体为一种煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法。


背景技术：

2.保水采煤是煤矿绿色开采技术体系的重要组成部分，我国西部干旱、半干旱矿区，对保水开采的需求极其迫切。由于西部矿区煤层埋深相对较浅，且地层普遍缺少隔水层。开采实践发现，尽管采动导水裂隙带顶界距离浅层的含水层较远，但该含水层内的水仍有一部分漏失进入了工作面。这是因为该区岩层裂隙发育，开采扰动后覆岩渗透性明显增大，加之地层缺少隔水层，导致了浅层水向工作面漏失。如不进行保水开采，随着开采强度增大、开采时间延长，浅层含水层的水会逐渐流失殆尽，对区域环境与生态造成影响。
3.覆岩隔离注浆充填技术作为一种“三下”采煤的重要方法，为煤矿企业解决压煤开采提供了新途径。该技术基本原理为，选定关键层下方的覆岩采动裂隙，施工多组至采动裂隙的地面钻孔，在工作面回采过程中利用地面钻孔对裂隙腔体实施高压注浆充填，注浆压力会对下部采空区内破碎岩体产生压缩作用，在采空区中部形成压实支撑区，压实区与工作面之间留设的一定宽度的隔离煤柱共同承载上覆岩层，阻止岩层破断，有效控制地表沉陷，保护地面建构筑物。该方法有望在保水开采中进行应用，但针对裂隙发育地层实施保水时，不仅要阻止岩层的采动裂隙，还要防止浅部含水层水顺着岩层的原生裂隙向下部工作面漏失。因而，迫切需要一种新的覆岩隔离注浆充填保水采煤方法。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法，适用于浅埋煤层开采，且浅部含水层下方隔水层较薄或无隔水层同时下部岩层裂隙发育的情况，包括如下步骤：
5.s1，在采区内布置多个相邻的回采工作面；
6.s2，选定基岩顶部水平裂隙发育的岩层，沿着工作面推进方向在各工作面上方的地表分别间隔施工若干垂直的充填钻孔，充填钻孔终孔施工至该水平裂隙发育的岩层；
7.s3，自充填钻孔向该水平裂隙发育的岩层内注入高浓度粘土浆体，形成人造隔水层；
8.s4，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层作为注浆关键层；该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面在工作面开采过程中形成注浆充填用采动裂隙空间；
9.s5，延伸充填钻孔，将其终孔延伸至采动裂隙空间；
10.s6，依次开采各工作面并进行注浆充填，直至采完所有工作面，在各工作面内形成压实区，有效支撑上覆岩层，既阻止岩层内出现采动裂隙，又使人造隔水层免于采动破坏，
消除浅层水向下漏失的通道，达到保水效果。
11.优选的，所述采动裂隙空间内注入的为粉煤灰浆体或者矸石粉浆体等煤基固废浆体。
12.本发明的发明点与有益效果：针对浅埋地层中原生裂隙发育与开采扰动共同作用下的浅部含水层漏失问题，创造性地将覆岩隔离注浆充填岩层控制技术与浅部含水层保护技术融为一体，相互补充，不可分割。具体的，在覆岩隔离注浆充填开采前，选择含水层下基岩顶部某一裂隙发育的岩层，自充填钻孔向该岩层裂隙内注入高浓度粘土浆体，形成人造隔水层，隔断浅部含水层顺岩层原生裂隙向下漏失的通道；在覆岩隔离注浆充填开采过程中，通过注浆充填压实区支撑上覆岩层与人造隔水层，阻止岩层生成采动裂隙，也使人造隔水层免于采动破坏，消除浅层水向下漏失的原生裂隙与采动裂隙通道，双管齐下，防止开采扰动导致浅部含水层水漏失，达到保水效果。
附图说明
13.图1是本发明煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法示意图。
14.图中：工作面1、煤柱11、关键层2、注浆关键层21、松散层3、水平裂隙发育的岩层/人造隔水层4、充填钻孔5、采动裂隙空间/充填体6。
具体实施方式
15.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
16.一种煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法，适用于浅埋煤层开采，且浅部含水层下方隔水层较薄或无隔水层同时下部岩层裂隙发育的情况，包括如下步骤：
17.s1，在采区内布置多个相邻的回采工作面1；回采工作面之间可以留设有隔离煤柱11。
18.s2，选定基岩顶部水平裂隙发育的岩层4，沿着工作面推进方向在各工作面上方的地表分别间隔施工若干垂直的充填钻孔5，充填钻孔5终孔施工至该水平裂隙发育的岩层4；
19.s3，自充填钻孔5向该水平裂隙发育的岩层4内注入高浓度粘土浆体，形成人造隔水层4；
20.s4，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层2位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层2作为注浆关键层21；该注浆关键层21的岩层底面与其下方岩层的顶面在工作面开采过程中形成注浆充填用采动裂隙空间6；
21.s5，延伸充填钻孔5，将其终孔延伸至采动裂隙空间6；
22.s6，依次开采各工作面并进行注浆充填，向采动裂隙空间6内注入粉煤灰浆体或者矸石粉浆体等煤基固废浆体，直至采完所有工作面，在各工作面内形成压实区，有效支撑上覆岩层，既阻止岩层内出现采动裂隙，又使人造隔水层免于采动破坏，消除浅层水向下漏失的通道，达到保水效果。
23.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。


技术特征：
1.一种煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法，适用于浅埋煤层开采，且浅部含水层下方隔水层较薄或无隔水层同时下部岩层裂隙发育的情况，其特征在于，包括如下步骤：s1，在采区内布置多个相邻的回采工作面；s2，选定基岩顶部水平裂隙发育的岩层，沿着工作面推进方向在各工作面上方的地表分别间隔施工若干垂直的充填钻孔，充填钻孔终孔施工至该水平裂隙发育的岩层；s3，自充填钻孔向该水平裂隙发育的岩层内注入高浓度粘土浆体，形成人造隔水层；s4，基于地层岩性与厚度确定覆岩内关键层位置以及导水裂隙带范围，并在导水裂隙带上方留设一定厚度的隔离层，选定隔离层上方的某一关键层作为注浆关键层；该注浆关键层的岩层底面与其下方岩层的顶面在工作面开采过程中形成注浆充填用采动裂隙空间；s5，延伸充填钻孔，将其终孔延伸至采动裂隙空间；s6，依次开采各工作面并进行注浆充填，直至采完所有工作面，在各工作面内形成压实区，有效支撑上覆岩层，既阻止岩层内出现采动裂隙，又使人造隔水层免于采动破坏，消除浅层水向下漏失的通道，达到保水效果。2.根据权利要求1所述的煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法，其特征在于，所述采动裂隙空间内注入的为煤基固废浆体。

技术总结
本发明涉及一种煤基固废覆岩隔离注浆充填保水采煤方法，针对浅埋煤层开采浅部含水层下方隔水层较薄(或无隔水层)且岩层裂隙发育、采动裂隙带虽未波及浅部含水层但水向下漏失条件，创造性提出，注浆充填开采前，首先选择浅部含水层下基岩顶部某一裂隙发育的岩层，自充填钻孔向该岩层裂隙内注入高浓度粘土浆体，形成人造隔水层，开采过程中，采用煤基固废浆体同步实施覆岩隔离注浆充填，阻止覆岩采动裂隙生成、使人造隔水层免于采动破坏，消除浅层水向下漏失的原生裂隙与采动裂隙通道，双管齐下，达到保水效果。达到保水效果。达到保水效果。


技术研发人员：许家林 轩大洋
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/6/10