[发明专利]采前注浆建造结构关键层抑制导水裂缝带发育的方法

说明书

一种采前注浆建造结构关键层抑制导水裂缝带发育的方法，其包括如下步骤：步骤1：覆岩原生结构关键层赋存层位的确定；步骤2：导水裂缝带发育范围的确定；步骤3：人工结构关键层建造层位的分析确定，依据步骤1分析的覆岩结构关键层和步骤2计算的导水裂缝带发育高度，确定导水裂缝带波及层位最高的结构关键层的厚度和层位；步骤4：人工结构关键层中垂向厚度和水平宽度的确定；步骤5：人工结构关键层建造注浆参数确定；由此，本发明在煤层回采前利用地面水平定向钻注浆建造结构关键层实现原有结构关键层的增厚和强化，提高结构关键层的厚度和硬度特征，实现其抑制采动裂缝的垂向发育，从而达到保水采煤的目的。

技术领域

本发明涉及矿山井下等地下工程水害防治的技术领域，尤其涉及一种采前注浆建造结构关键层抑制导水裂缝带发育的方法。

背景技术

随着我国东部煤炭资源日益减少，临近枯竭，西部地区成为煤炭开采的重点区域，西部富煤地区多处于干旱和半干旱的生态脆弱区，水资源量仅占全国的5.7％，且时空分布不均，可供利用的水资源十分有限，水资源供需矛盾日益尖锐，而西部煤矿区高强度的煤炭资源开发过程中，不可避免造成区域地下水环境的破坏，因此煤炭开发诱发水环境污染以及生态环境破坏的保水采煤问题已经引起国家和社会的广泛关注。保水采煤的核心思想是如何最大限度的降低采煤活动对上覆含水层的破坏和扰动，而由于采矿活动势必造成采场围岩的损伤和破裂，形成采动导水裂缝通道，当垂向裂缝通道波及覆岩含水层时，含水层中地下水便会沿着导水裂缝通道向下流动，是造成含水层地下水流失的重要原因，如何抑制垂向裂缝通道发育是实现保水采煤的关键。

现阶段保水采煤实践多是通过转移储存地下水资源(修建地下水库等)、调整采煤方法(如分层、限高、条带开采等)、回采过程中对导水裂缝带顶部封堵注浆。而采煤后转移储存地下水资源是一种在覆岩含水层的破坏、地下水的损失之后的被动处理方式，无法实现覆岩含水层的原位保护；采前调整采煤方法是以牺牲大量煤炭资源的方法，不满足我国煤炭资源高效开发需求；回采过程中对导水裂缝带封堵注浆极易造成大量浆液流入采空区，致使注浆量大、封堵效果差，而且该方法同样属于造成覆岩含水层破坏扰动的被动处理方式。例如：公开号为CN102865081A的专利公开了一种根据保水开采条件参数和地下水分布趋势数据，确定每个区块中各工作面的开采顺序的保水开采方法，该方法针对不同地质条件采取不同的开采方式与开采参数，但该方法是通过调整采煤工艺和地下水转移储存实现水资源保护，该方法破坏了覆岩含水层结构，并且在转移储存过程中势必造成地下水受到采场设备油污等污染物的污染；公开号为CN107100625A的专利公开了一种覆岩注水充填降低采动裂隙的保水开采方法，该方法通过选择恰当的时机在合理的层位进行钻孔，并进行覆岩高压注水，通过在覆岩离层空间内加压注水主动压实下部岩体，达到降低导水裂隙带发育高度的目的，但该方法以注入大量水资源为代价，与保水采煤理念相违背，且在注水过程中极易造成采空区大量涌水，存在安全风险；公开号为CN110242301A的专利公开了一种顶板含水层两步骤注浆改性保水采煤方法，该方法通过在采前、采后对顶板隔水层、垂向裂缝通道分别注入不同材料的浆体，一方面采前增加隔水层厚度，另一方面防止采后垂向裂缝导通含水层与采空区，但该方法在采前对顶板隔水层进行注浆，但并未给出注浆隔水层层位，并未从根本上抑制采动垂向导水裂缝发育高度，而在采后注浆过程中浆体极易流入采空区范围，裂缝带封堵效果不佳，而且若使用大量化学类浆液又易造成地下水污染；公开号为CN1963148的专利公开了一种利用结构关键层作为隔水层的保水采煤方法，该方法是通过选择适合的采煤方法和工艺参数进行结构关键层的保护，而非从根本上解决结构关键层破裂导水问题，而且对于生产矿井，调整采煤方法和工艺将造成煤炭资源的严重浪费，现实难以实现，因此造成结构关键层保护困难；公开号为CN106050234A的专利公开了一种在煤炭开采过程中对地下水进行保护的施工工艺，该方法主动对基岩或基岩与含水层之间进行压裂使其形成压裂裂隙贯通导水裂隙发育带，注浆形成隔离层，从而实现对地表水和上部孔隙水保护，并主动释放下部裂隙水。但该方法中压裂基岩是对原有基岩的二次损伤，极易造成导水裂缝带垂向裂缝向上延伸发展；另外，该方法将压裂裂缝与导水裂隙带贯通，并在其中进行注浆，由于浆液具有一定凝固时间，因此，极易造成浆液沿着导水裂隙带进入垮落带从而充填至采空区，造成大量浆液流失、浪费，且给采场生产造成安全风险。