[发明专利]基于地层勘探的采空区灾害治理方法

权利要求书

1.基于地层勘探的采空区灾害治理方法，用于无煤柱开采采空区，包括如下步骤：

S1，沿采空区倾向布置1条补充勘探线，补充勘探线上间隔施工有补充勘探钻孔；位于边界煤柱上的补充勘探钻孔采用取芯钻进工艺，终孔穿过边界煤柱一定深度，取芯后确定各岩层及煤层的厚度、标高和密度，并将取芯岩块做成标准试样，通过力学试验测出各岩层及煤层的力学参数，据此确定覆岩中的关键层位置及破断距，其中最下部的关键层为基本顶，确定基本顶原始位置和垮落带岩层原始厚度；

S2，位于采空区上方的补充勘探钻孔，终孔钻进至煤矿层的垮落带，并勘探出各关键层的标高位置，并对各关键层的倾向破断位置进行确定和校核；

S3，将采空区内相邻关键层之间的间距与原始间距进行比较，若某两层相邻关键层在采空区内的间距大于原始间距，则在这两层相邻的关键层之间存在离层；

S4，拟合出沿采空区倾向的基本顶位置曲线，其中边界煤柱和采空区上部的基本顶标高分别为H₁、H₂，令C₁＝H₁-H₂即得采空区上部的基本顶实际下沉值；

S5，确定基本顶的理论下沉值C₂；

将Salamon垮落带破碎岩体受力与变形关系公式转化为变形与受力关系公式

其中

据此确定垮落带破碎岩体的理论压缩量即其上位基本顶的理论下沉值为C₂＝εH_k，为简化计算此处C₂由垮落带垂直方向中心处的应变ε与垮落带高度H_k的乘积求得；

式中：σ垮落带破碎岩体所受应力，其为垮落带破碎岩体上覆地层的重力，根据上覆地层的各层厚度与密度确定；ε垮落带破碎岩体应变，此处求取垮落带破碎岩体垂直方向中心处的应变；ε_m为垮落带破碎岩体最大应变；E₀为垮落带破碎岩体初始切变模量；B₀为垮落带破碎岩体初始碎胀系数；σ₀为垮落带岩体的单轴抗压强度，取垮落带内各岩层的平均值；H_k为垮落带破碎岩体初始厚度；

S6，将基本顶的理论下沉值C₂与实际下沉值C₁做差得等效残余采高，在满足地表残余沉陷控制需求的前提下，采用概率积分法或者通过数值模拟，确定在该等效残余采高下，按照条带开采方式时的多组条带采宽与条带留宽，且条带采宽与条带留宽之和等于导水裂隙带上方的某一关键层破断距，同时条带留宽不小于30m，选择满足上述需求的最下部的关键层作为控制层；条带留宽对应采空区注浆区域宽度，条带采宽对应采空区非注浆区域宽度；

S7，选择控制层的各破断块体的中部作为注浆区域，在注浆区域宽度边界施工帷幕孔，在注浆区域内部施工注浆孔；在帷幕孔和注浆孔钻进至步骤S3确定的离层时，注入粉煤灰、水泥与水拌合的浆体，离层充满后向下延伸帷幕孔和注浆孔至垮落带；首先通过帷幕孔注入粉煤灰、煤矸石粉碎成的煤矸石粉、水泥与水拌合的浆体至采空区，然后通过注浆孔注入粉煤灰和将煤矸石粉碎成的煤矸石粉与水拌合的浆体至采空区。

2.根据权利要求1所述的基于地层勘探的采空区灾害治理方法，其特征在于，步骤S1中，力学试验还包括确定垮落带内各岩层的单轴抗压强度。

3.根据权利要求1所述的基于地层勘探的采空区灾害治理方法，其特征在于，步骤S2中，基于步骤S1确定的关键层原始位置、煤层厚度、垮落带特征，算出各关键层在采空区上方的位置，当位于采空区上方的补充勘探钻孔钻进至各关键层上下处时采用取芯钻进。

4.根据权利要求1所述的基于地层勘探的采空区灾害治理方法，其特征在于，步骤S7中，帷幕孔施工于注浆区域内部且靠近边界，距边界的距离等于帷幕孔的浆液扩散半径确定。