[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

说明书

本发明公开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，按照采空区残余空间存在的分布规律，通过按顶板岩层冒落量及矸石密积程度划分为不同的注浆区域，硬岩底板布设高位注浆硐室，在高位注浆硐室底板钻进定向长钻孔。不同布设层位的定向长钻孔形成定向长钻孔群，通过改变定向长钻孔终孔位置的层位和注浆先后顺序，从而形成定向长钻孔群多层位梯次注充空间，从而对基本顶及上覆岩层会产生支撑力，进一步减弱基本顶的垮落，间接改变上覆岩层垮落程度及冒落规律，有效提高采空区的注浆量；同时下行孔避免了随采随跨型顶板注浆充填时的堵管，采用定向长钻孔注浆避免了施工高位巷道造成的注浆成本增加问题，减缓地表下沉。

技术领域

本发明属煤矿充填技术领域，尤其涉及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。

背景技术

煤炭高强度开采后形成的采空区覆岩采空区容易造成采空区二次沉降、煤层自燃、有害气体积聚、矿井突水等灾害，同时伴生产物煤矸石及煤化工深加工过程中产生诸如粉煤灰、脱硫石膏之类的煤基固废占地堆放，污染周边大气和水体等问题。针对这两方面问题，充填采矿法可有效解决以上问题，借鉴膏体充填技术，近些年采空区充填技术被广泛应用。

采空区充填技术是将矸石等煤基固废破碎后按照一定比例进行简单胶结或直接加水制浆泵送充填至井下已冒落采空区的新型充填技术。针对采空区充填，公开有一种煤矿采空区分段胶结注浆充填方法(申请号：202210441681.X)，一种煤矿开采嗣后空间矸石注浆时机确定方法(申请号：CN202210876397.5)等，可以发现目前已有的技术注浆层位选择在回采工作面采空区及嗣后空间，通过本煤层两巷直接向采空区注浆，通过隔离煤柱在另一工作面两巷开展邻位注浆，或者在工作面直接打钻孔向采空区注浆，开展高位注浆(朱磊,et al.采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望.煤炭科学技术.doi:10.13199/j.cnki.cst.2022-1725.)。有研究发现采空区残余空间存在“空洞—空隙—孔隙”分布规律，可以通过按顶板岩层冒落量及矸石密积程度划分为特定区域(李亮，et al.煤矸石井下处理与采空区流态化充填技术.西安科技大学学报)。

可以发现现有的研究涉及的充填方法仅仅只是通过采空区空间空隙分布规律来测算注充空间，没有考虑到合理利用采空区残余空间分布规律来开展多层位立体化注浆；同时对于随采随跨型顶板，邻位注浆及工作面直接打钻孔向采空区注浆会存在堵管风险，且高位注浆充填成本太高。

有鉴于此，如何提供一种能够部分或全部解决上述技术问题的煤矿采空区多层位梯次注充方法是本领域人员亟需解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供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，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

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，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：确定高位注浆硐室距停采线的距离、距煤层的高度及石门的起坡位置和长度，所述高位注浆硐室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之间的夹角；其中，所述注浆长钻孔的布设层位和终孔位置如下：从所述高位注浆硐室沿着硬岩底板水平开设多个注浆长钻孔使其终孔位于所述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，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，使其终孔位于所述I区的上方中心；所述高位注浆硐室与每个所述注浆长钻孔均连通，在每个所述注浆长钻孔的终孔处安装无缝花管；