[发明专利]一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法

权利要求书

1.一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：按采空区残余空间分布规律、顶板岩层冒落量及矸石密集程度将采空区划分为I区、II区和III区三个不同的注浆区域，确定所述I区、II区、III区的区域范围，区域范围包括高度、长度和宽度；I区、II区和III区三个不同的注浆区域分别形成不同层位的梯次空间；

第二步：确定高位注浆硐室(2)距停采线(1)的距离、距煤层的高度及石门(4)的起坡位置和长度，所述高位注浆硐室(2)布设层位为硬岩底板；

第三步：确定所述I区、II区、III区所对应的注浆长钻孔(5)的布设层位、终孔位置和水平方向相邻的两个所述注浆长钻孔(5)之间的夹角；其中，所述注浆长钻孔(5)的布设层位和终孔位置如下：从所述高位注浆硐室(2)沿着硬岩底板水平开设多个注浆长钻孔(5)使其终孔位于所述III区的上方中心；沿软岩互层开设多个倾斜向下且终孔靠近基本顶顶板的注浆长钻孔(5)，使其终孔位于所述II区的上方中心；沿软岩互层和基本顶开设多个倾斜向下且终孔靠近直接顶顶板的注浆长钻孔(5)，使其终孔位于所述I区的上方中心；所述高位注浆硐室(2)与每个所述注浆长钻孔(5)均连通，在每个所述注浆长钻孔(5)的终孔处安装无缝花管(8)；

第四步：从地面注浆站(6)布设注浆管路(7)至所述高位注浆硐室(2)，所述注浆管路(7)为泵送充填浆液的管路；所述高位注浆硐室(2)内布设有九通注浆管路，所述九通注浆管路的进料口连通所述注浆管路(7)；所述九通注浆管路的若干个出料口各连通一注浆长钻孔(5)；

第五步：根据梯次空间的注浆压力大小确定I区、II区、III区的注浆顺序；当工作面(3)开采至所述I区边界时，出现所述I区，II区，III区的区域特征后，开启位于所述III区上方的所述注浆长钻孔(5)的阀门，充填浆液沿着软岩互层和基本顶之间的空隙流动到基本顶下方的冒落空间；当III区的空隙及冒落空间完全充填后，且注浆压力明显上升时，关闭位于所述III区上方的注浆长钻孔(5)的阀门，开启位于所述II区上方的注浆长钻孔(5)的阀门，充填浆液沿着基本顶和直接顶之间的空隙流动到直接顶下方的冒落空间；当II区的空隙及冒落空间完全充填后，且注浆压力明显上升时，关闭位于所述II区上方的注浆长钻孔(5)的阀门，开启位于所述I区上方的注浆长钻孔(5)的阀门，充填浆液沿着直接顶和煤层顶板之间的空隙流动到工作面(3)架后的采空区。

2.根据权利要求1所述的一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法，其特征在于：所述I区、II区、III区的区域范围根据采场顶板砌体梁理论、采空区上覆岩层下沉规律和流态化料浆的扩散性能确定，详细步骤如下：

(1)根据采场顶板砌体梁理论、采空区上覆岩层下沉规律、采空区岩块的分布状态和受力特征形成采场上覆岩层下沉曲线；

(2)根据采场上覆岩层下沉曲线推导出冒落岩块随工作面(3)推进时间的受力关系，推导计算后确定采空区稳定性系数随工作面(3)推进时间的关系；

(3)按照采空区稳定性系数随工作面(3)推进时间的关系建立采空区“走向-倾向”的分区模型；

(4)根据采空区“走向-倾向”的分区模型确定采空区可充填区域，从而确定所述I区、II区、III区的区域范围。

3.根据权利要求1所述的一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法，其特征在于：所述高位注浆硐室(2)设置在停采线(1)超前支撑压力影响范围之外，所述高位注浆硐室(2)距煤层高度为硬岩底板距工作面(3)正中央的垂直距离；所述石门(4)起坡位置根据所述高位注浆硐室(2)确定，所述石门(4)起坡位置和所述注浆硐室两点成一线并垂直工作面(3)风巷设置，所述石门(4)长度根据煤层倾角和高位注浆硐室(2)距煤层高度通过几何三角换算得出。

4.根据权利要求1所述的一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法，其特征在于：水平方向相邻的两个所述注浆长钻孔(5)之间的夹角根据煤层的上覆岩层顶、底板岩性、“三带”高度确定。

5.根据权利要求1所述的一种基于定向长钻孔群的煤矿采空区多层位梯次注充方法，其特征在于：水平方向相邻的两个所述注浆长钻孔(5)之间的夹角在20-70°之间。