[发明专利]一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法

说明书

本发明公开了一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，适用于薄及中厚煤层开采后顶板自然垮落，破碎体未完全填充的采空区。首先，采用井下斜向上定向钻孔至垮落带上部，随后设置PVC套管与注浆管；使用球面喷嘴对垮落的破碎覆岩进行局部喷射注浆，并根据注浆流量计与压力计分别控制注浆量和注浆压力，以实现控制碎石胶结体形态和大小的目标；随后在矸石胶结体上部放置囊袋并进行注浆充填，使其接触顶板并通过注浆压力计与流量计实现对囊袋膨胀体积的精准、实时监测，确保囊袋注浆与胶结的矸石破碎体形成有效支撑。

技术领域

本发明涉及一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，涉及煤矿开采技术领域。

背景技术

在我国能源结构中，煤炭始终占有重要的地位，大量的煤炭开采也带来了诸多问题，随着开采活动的进行，开采区地表形态和生态环境受到了严重的影响。根据我国环保部门相关资料显示，煤炭开采引起地表沉陷问题已经难以忽视，大量的煤炭开采区域发生沉陷，并且严重影响当地生态环境；例如，我国鄂尔多斯盆地等生态脆弱区域，干旱少雨，水资源匮乏，煤炭资源大面积开采导致的生态环境问题十分突出。根据实际开采情况的调查研究，煤炭开采对采场覆岩造成扰动，使覆岩应力状态发生改变，采空区垮落引起上覆岩层产生形变，随后传递至地表发生沉降、塌陷和开裂等现象；原有地质条件的改变与地下水流场原有状态受到采煤活动的干扰，使地表水系水量减少甚至干涸，并伴随地下水位下降最终使地表生态环境破坏，环境抵抗力较低的生物群落退化甚至消失，诸如此类问题严重制约着当地煤炭资源开采的可持续发展态势。

目前而言，留设保护煤柱开采和充填开采成为该区域最为常见的减损方法。但留设煤柱开采方法一方面造成资源浪费、减少矿井服务年限；另一方面，影响生产布局和煤炭的高效回采。而全断面注浆充填开采的成本投入太高，经济效益性差，不宜于大面积煤矿企业的推广与实施。因此，探究科学、合理的绿色减损开采技术成为西部煤炭资源开采必须破解的技术难题。

现有技术中，对于传统切顶卸压采空区垮落全断面充填方法，在利用采空区垮落碎胀充填方法时较少有对破碎矸石进行间隔式注浆的支撑的方法；同时针对传统注浆施工方式，一般采用由地表向下钻孔进行采空区全断面注浆方法，较少有针对煤层垮落区自然垮落后，研究利用井下定向钻孔间隔式囊袋注浆支撑技术，减少覆岩压实作用产生二次沉降的方法。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，利用覆岩垮落的碎胀原理与囊袋注浆可控膨胀原理，达到支撑顶板下沉目的，结合原位间隔式注浆加固施工工艺，实现“覆岩垮落碎胀胶结充填+定向钻孔间隔式囊袋注浆加固”的目标，代替原有全断面注浆充填方法；该方法一方面，发挥了覆岩垮落碎胀特性，尽可能的利用垮落的覆岩作为填充材料，结合注浆胶结减少破碎矸石由于覆岩压实作用产生的压实沉降，提升充填效率；另一方面，通过采用井下囊袋间隔式注浆加固形式，不仅可减少整体注浆量，并且可降低注浆充填注浆施工难度，避免地表建设注浆设施，大幅节约施工成本。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种利用矸石胶结与囊袋注浆联合支撑减损方法，针对薄及中厚煤层开采后顶板自然垮落，破碎体未完全填充采空区情况；包括以下步骤：

第一步：通过地质雷达、钻孔等测得的地球物理探测数据用以确定冒落带高度与发育状况，据此确定出覆岩垮落胶结与囊袋注浆联合支撑体间距L，计算上覆岩层应力确定所需要的胶结矸石垛状体强度，所述胶结矸石垛状体强度根据上覆围岩的周期来压(可测量)，获得上覆岩层向下的压力，利用结构力学公式(根据实际情况选取，例如悬臂梁或简支梁计算)相应公式计算每个支撑体分担点压力；根据注浆量选择合适型号的球面状注浆喷嘴，所述球面状注浆喷嘴采用增压喷射技术；