[发明专利]一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法

权利要求书

1.一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤1，钻进若干固化孔：固化孔根据欲加固煤岩层弱结构体范围进行布置，首先根据注浆试验确定极限注浆压力，即注浆终压P_max，然后计算浆液扩散半径r，再根据浆液扩散半径r选择固化孔布置方式：单排孔或多排孔方式布置；

步骤2，利用注浆管向固化孔内依次加压注菌液、固定液和胶结液通过MICP原位灌浆技术诱导碳酸钙结晶，并控制菌液浓度和胶结液成分以形成胶结形式，采用间歇性分步注浆法，向固化孔内带压注浆，即先向固化孔中注入菌液，然后以每立方米弱结构体固化体积每分钟灌入10-15L的速度灌入固定液CaCl₂，利用Ca²⁺的絮凝作用实现微生物在围岩中的均匀固定，以每立方米弱结构体固化体积每分钟灌入2-6L的速度灌入胶结液尿素-Ca²⁺混合液，胶结液连续灌浆24h后间歇24h，使得附存在围岩孔隙及裂隙中的微生物诱导促进碳酸钙晶体析出；

所述菌液中产脲酶细菌为巴氏生孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC No.1.3687；

所述菌液浓度OD₆₀₀＝2.0，固定液浓度＝0.05mol/L，胶结液浓度＝0.4～1.0mol/L；

控制细菌适宜的生存条件：温度T＝20℃:37℃，PH＝6.0～9.0，使用NaOH和HCl调节PH；

步骤3,待微生物浆液将固化孔周围的裂隙和弱结构固结后，再在该固化位置按照后续工序组织生产。

2.根据权利要求1所述的含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于：步骤1所述根据注浆试验确定极限注浆压力，即注浆终压P_max：是在实验过程中采用定压注浆，逐步提高注浆压力，绘制注浆压力与注浆量之间的关系曲线，当注浆压力升至某一值p_max时，注浆量突然增大，表明煤岩层已发生劈裂，这一注浆压力定为注浆终压。

3.根据权利要求1所述的含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于：步骤1中浆液扩散半径r计算如下：

上式中，k为浆液在围岩中的渗透系数，cm/s；r₀为注浆管半径，cm；p为注浆压力，10⁵Pa，p≤p_max；t为注浆时间，s；β为浆液黏度，Pa·s；n为岩层的孔隙率，一般取0.5％～3.0％。

4.根据权利要求1所述的含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于：步骤1中，根据注浆结果及各类钻孔过弱结构区域范围确定固化孔布置方案，在以下工程条件下，固化孔单排布置：单一煤层或局部区域瓦斯治理钻孔；穿层瓦斯抽采钻孔；单一薄煤层大面积条带或全面积均匀布孔等钻孔/群小区域内过含弱结构体煤岩层钻进成孔时，需先进行多排孔注浆加固。

5.根据权利要求1所述的一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于：步骤1中，根据注浆结果及各类钻孔过弱结构区域范围确定固化孔布置方案，在以下工程条件下，固化孔多排布置：大面积煤岩层钻孔群；防治突出钻孔/群；揭煤多排钻孔；采掘工作面超前钻孔等钻孔/群大范围过含弱结构体煤岩层钻进成孔时，需先进行多排孔注浆加固。

6.根据权利要求1所述的含弱结构体煤岩层固化成孔方法，其特征在于：所述固化液主要成分是CaCl₂；胶结液为等摩尔浓度的钙盐、尿素溶液，钙盐为CaCl₂、Ca(CH₃COO)₂至少一种。