[发明专利]一种煤矿采空区的探测与高效处理一体方法

说明书

本发明涉及一种煤矿采空区的探测与高效处理一体方法，首先进行补充勘探以确定各地层的物理力学性质与厚度，各煤矿层区段煤柱处基本顶位置和垮落带岩层原始厚度、采空区上部基本顶位置以及各煤矿层的采高和埋深；然后基于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，计算基本顶理论下沉值，基于两者比值创造性的提出了采空区稳定区的概念及其范围确定方法，并基于条带开采理论，进一步提出了采空区稳定区临界宽度w₃的概念及其确定方法，据此确定了注浆充填治理范围，采空区无需全区域处理，仅部分进行注浆处理。最后给出了多层采空区综合处理的钻孔布置方案，可以大大减小钻孔施工量、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，具体为一种煤矿采空区的探测与高效处理一体方法。

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，但是现有技术中未见有对多层采空区处理的情况，且即使是单层采空区处理，注浆钻孔也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，这种情况在面临多层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，本发明提出一种煤矿采空区的探测与高效处理一体方法，用于多层采空区的综合处理，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；

位于区段煤柱上的补充勘探钻孔采用全取芯钻进工艺，终孔穿过最下部区段煤柱一定深度，基于取芯结果确定各地层的物理力学性质与厚度、各煤矿层区段煤柱处基本顶位置和垮落带岩层原始厚度，以及各煤矿层的采高h和埋深H；

位于原回采工作面上方的补充勘探钻孔采用常规方式钻进至最下部煤矿层的垮落带，根据钻进特征确定各煤矿层垮落带位置以及垮落带上部基本顶位置(标高/埋深)；

优选的，步骤S1中确定各地层物理力学性质包括确定垮落带内各岩层的单轴抗压强度；将取芯岩块做成标准试样，进行物理力学参数测试。

优选的，位于原回采工作面上方的补充勘探钻孔，在各煤矿层的导水裂隙带至基本顶段采用取芯钻进工艺，通过匹配区段煤柱上方的补充勘探钻孔的取芯结果确定各煤矿层垮落带位置以及垮落带上部基本顶位置。

S2，基于威尔逊煤柱屈服区宽度公式x₀＝0.00492hH计算各煤矿层的区段煤柱的屈服区宽度，然后确定各煤矿层的区段煤柱的弹性区宽度w₁＝w_m-2x₀，w_m为区段煤柱的宽度；

S3，基于不同位置处补充勘探钻孔勘探的各煤矿层基本顶的位置，拟合出各煤矿层单独开采时沿采空区倾向的该单独开采的煤矿层的基本顶位置曲线；各煤矿层单独开采时区段煤柱和原回采工作面上部的基本顶标高分别为H₁、△H₂，令C₁＝H₁-△H₂即可得各煤矿层单独开采时原回采工作面上部的基本顶实际下沉值；

优选的，各煤矿层全部开采后，各煤矿层区段煤柱和原回采工作面上部的基本顶标高分别为H₁、H₂，区段煤柱上部的基本顶标高近似作为基本顶的原始标高，近似认为其与各煤矿层单独开采时基本顶标高相同，同为H₁；而上部煤矿层在单独开采时的基本顶标高应当是各煤矿层全部开采时其基本顶实际标高与与其紧邻的下部的煤矿层的基本顶的实际下沉值之和，即△H₂＝H₂+与其紧邻的下部的煤矿层的基本顶的实际下沉值。