[发明专利]基于地层勘探的采空区灾害治理方法

说明书

本发明涉及基于地层勘探的采空区灾害治理方法，首先进行补充勘探以确定各地层的厚度、埋深、密度和力学参数，以及关键层位置、破断距、采后位置和垮落带岩层原始厚度。基于不同位置处补充勘探钻孔勘探的基本顶位置，拟合出沿倾向的基本顶实际下沉值，然后计算基本顶理论下沉值，基于两者差值创造性的提出了采空区等效残余采高的概念，并基于条带开采理念认为采空区无需全区域处理，仅部分处理即可。创造性的结合关键层破断距和破断位置确定注浆区域位置以及注浆充填宽度，并给出了控制层的确定方式。基于此确定的注浆钻孔布置方案，可以减小钻孔施工量、注浆充填量，节约成本与时间。

技术领域

本发明涉及地质勘探与采空区灾害治理领域，具体为一种基于地层勘探的采空区灾害治理方法。

背景技术

煤矿井采空区是常见的矿井灾害，采用自地面施工的注浆钻孔向采空区内灌注充填性浆体是采空区灾害最常见的治理方式，但是现有技术中在注浆充填时注浆钻孔常常基于固定的间距布置于整个采空区，未考虑采空区内垮落岩石的状态，导致注浆钻孔施工量大，整个灾害处理的工程量大、效率低、费用高；可以预见的是，这种情况在面临较大采空区时问题会更加严重。此外，煤矿层开采过程中产生的煤矸石、火电厂燃煤发电产生的粉煤灰的堆积物会对地下水造成污染，扬尘会对空气造成污染，对这两种固体废弃物的处理也势在必行。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出基于地层勘探的采空区灾害治理方法，用于采空区内不包含区段煤柱，尤其是采用沿空留巷方式回采后的采空区，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；

优选的，步骤S1中的力学试验还包括确定垮落带内各岩层的单轴抗压强度；

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；

优选的，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，初步估算出各关键层在采空区上方的大体位置，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工艺。

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即可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；

可以通过物理模拟、数值模拟或者理论计算确定，作为优选的，本发明提出一种具有创造性的确定方法，具体的：将Salamon提出的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