一种工作面过陷落柱注浆防水治理方法与流程

本发明涉及煤矿灾害治理技术领域，尤其是涉及一种工作面过陷落柱注浆防水治理方法，具体涉及一种包括注浆钻孔的孔径选择、钻孔终孔层位选择、注浆材料等内容的注浆加固陷落柱及其周围底板围岩的新方法。

背景技术：

目前，我国煤矿地质条件复杂多变，对于华北地区煤田，其主采煤层下方广泛发育有一层厚至巨厚奥陶系灰岩，该层灰岩富水性强，赋存水量巨大，且具有一定承压水头，采煤工作面推进时一旦通过陷落柱等导水构造沟通与奥陶系灰岩的水力联系时将造成严重的底板突水事故，有些陷落柱自身就赋存有巨大水量，采掘工作面在遇到此类强含水陷落柱时也易发生采面透水事故。在一些地下水流动畅通的灰岩层还广泛发育有岩溶洞穴等，陷落柱即是上覆岩层向岩溶洞穴垮塌后形成的椭圆形或圆形岩柱，陷落柱垮塌时常常切割煤层，造成煤层破碎裂隙发育，降低了煤层强度，且形成了包括煤层在内的岩层间竖向通道。陷落柱在垮塌成形时经历的破坏过程在一定程度上将破坏陷落柱内部岩柱的胶结性，造成陷落柱自身隔水能力的下降，另外陷落柱与周围岩层接触的破碎边壁区也是重要的导水通道，因此陷落柱自身及其边壁均有可能成为含水层之间联系的流动通道。在一些含有较小规模陷落柱的煤层，常采用工作面直接推过陷落柱的方式，这种方式可减少工作面的搬家次数，提高经济效益，但是要求陷落柱不含水或不导水，对于经过探测确定陷落柱含水或导水以及原本不导水的陷落柱在回采过程中发生活化而导水，则必须对陷落柱进行预先处理。在岩层中钻孔并高压注入一定量的普通硅酸盐水泥浆液可以有效封闭岩层裂隙，对破碎的陷落柱进行再胶结，可有效提高其隔水抗压能力。为保证浆液扩散及保证孔口注浆压力，在注浆钻孔开孔段必须设置一根套管以阻止浆液在开孔段即发生大扩散造成注浆失败。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工作面过陷落柱注浆防水治理方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种工作面过陷落柱注浆防水治理方法，其包括：

推进工作面切眼，与陷落柱保持安全距离后停止推进；

在运输顺槽与陷落柱相对应的位置掘进两条注浆辅助巷及若干个注浆钻窝，在回风顺槽与陷落柱相对应的位置掘进若干个相应的注浆钻窝；

在运输顺槽中的注浆辅助巷、注浆钻窝施工倾向注浆钻孔，在回风顺槽中的注浆钻窝施工倾向注浆钻孔，控制所有注浆钻孔的终孔层位均在煤层两层底板隔水层之间的底板含水层位中。

作为一种进一步的技术方案，环绕陷落柱所钻进的注浆钻孔的个数满足如下计算公式：

式中，

a为陷落柱的平面面积；

a为相邻注浆钻孔的终孔间的水平距离。

作为一种进一步的技术方案，相邻注浆钻孔的终孔间的水平距离a的取值范围20-30m。

作为一种进一步的技术方案，所述陷落柱发育于煤层底板下部的奥陶系富含水层，并切割煤层、底板破坏带、底板含水层、底板隔水层，所述陷落柱为奥陶系富含水层中的承压水的优势突出通道。

作为一种进一步的技术方案，环绕所述陷落柱所钻进的注浆钻孔必须贯穿整个陷落柱，其终孔层位位于底板破坏带之下的两层底板隔水层之间的底板含水层中。

作为一种进一步的技术方案，所述注浆钻孔分两段，包括终孔段和孔口段，终孔段孔径φ75mm，孔口段孔径φ89mm，并在孔口段下一套管，其长度为6m，以保证孔口注浆压力及防止注浆液在孔口段发生扩散造成注浆失败。

作为一种进一步的技术方案，每个注浆钻孔注浆结束的标准以注浆总压为主，辅以注浆总量，其中，注浆总压计算公式为：

p0＝pm+(h*r-h)/100，式中，

p0为注浆总孔压，mpa；

pm为孔口压力，mpa；

h为孔口至受注层段1/2处高度，m；

r为浆液比重，g/cm3；

h为注浆前注浆段1/2处的水柱高度，m；

当孔口压力及注浆量均达标准后停止注浆，单孔注浆结束。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1)、本发明在陷落柱内注浆封闭了岩体之间的裂隙，改善了岩柱内的胶结状况，浆液充填了柱旁破碎边壁区，防止柱旁破碎边壁区成为导水通道，提高了陷落柱及柱旁破碎边壁区的整体隔水能力；

2)、本发明通过注浆改造了陷落柱，防止了突水事故的发生，确保了工作面可以直接推过陷落柱，减少了工作面的搬家次数，减少了丢煤损失，提高了矿井经济效益；

3)、本发明注浆层位选择在煤层两层底板隔水层之间的底板含水层位中，改造了底板含水层，使得其成为良好的隔水层，并将其上下两层隔水连接成为一个厚度更大的隔水层，可以抵抗更大的承压水头，防止底板水的突出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的陷落柱注浆防水治理注浆钻孔布置平面示意图；

图2为本发明实施例提供的陷落柱注浆防水治理注浆钻孔剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的陷落柱注浆防水治理注浆体系结构俯视图。

图中1.煤层，2.底板破坏带，3.底板隔水层，4.底板含水层，5.陷落柱，6.奥陶系富含水层，7.注浆辅助巷，8.切眼，9.注浆钻窝，10.运输顺槽，11.回风顺槽，12.注浆钻孔，13.套管，14.注浆液。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为防止出现采煤工作面强行推过陷落柱造成采面底板突水引发矿井水害的问题，本实施例提供一种工作面过陷落柱5注浆防水治理方法，结合图1至图3所示，该方法包括：推进工作面切眼8，与陷落柱5保持安全距离后停止推进；在运输顺槽10与陷落柱5相对应的位置掘进两条注浆辅助巷7及若干个注浆钻窝9，在回风顺槽11与陷落柱5相对应的位置掘进若干个相应的注浆钻窝9；在运输顺槽10中的注浆辅助巷7、注浆钻窝9施工倾向注浆钻孔12，在回风顺槽11中的注浆钻窝9施工倾向注浆钻孔12，控制所有注浆钻孔12的终孔层位均在煤层1两层底板隔水层3之间的底板含水层4位中。该方法不仅适用于预防不导水陷落柱5受采动影响活化而导水的情况，而且还能通过多层注浆的方式加固导水陷落柱5，提高其隔水能力，确保采煤工作面推过时不发生水害事故。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，环绕陷落柱5所钻进的注浆钻孔12的个数满足如下计算公式：

式中，

a为陷落柱5的平面面积；

a为相邻注浆钻孔12的终孔间的水平距离。

优选地，相邻注浆钻孔12的终孔间的水平距离a的取值范围20-30m。当底板承压水头大时取小值，承压水头小时取大值。

本实施例中，运输顺槽10内的注浆钻窝9中的注浆钻孔12的投影(俯视)与回风顺槽11内的注浆钻窝9的注浆钻孔12的投影呈平行交错式分布。同时，对于注浆辅助巷7而言，注浆辅助巷7掘好后在其端头施工走向注浆钻孔12，钻孔规格同上，其终孔之间的水平距离仍为a，该注浆辅助巷7的注浆钻孔12的投影(俯视)与注浆钻窝9中的注浆钻孔12的投影呈倾斜相交式分布。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述陷落柱5发育于煤层1底板下部的奥陶系富含水层6，并切割煤层1、底板破坏带2、底板含水层4、底板隔水层3，所述陷落柱5为奥陶系富含水层6中的承压水的优势突出通道。

对应地，环绕所述陷落柱5所钻进的注浆钻孔12必须贯穿整个陷落柱5，其终孔层位位于底板破坏带2之下的两层底板隔水层3之间的底板含水层4中。

其中，所述注浆钻孔12分两段，包括终孔段和孔口段，终孔段孔径φ75mm，孔口段孔径φ89mm，并在孔口段下一套管13，其长度为6m，以保证孔口注浆压力及防止注浆液在孔口段发生扩散造成注浆失败。注浆作业时采用下行式、分段注浆及孔口止浆的方式。注浆液14选用普通硅酸盐水泥和超细水泥(规格dmfc-600/800)，以超细水泥为主，辅以少量水玻璃，水玻璃选用40～45beˊ，模数为2.8～3.2。浆液类型以单浆液为主，因陷落柱5受注空间可能较小，浆液一般配制较稀，以扩大浆液扩散范围，增大注浆量，提高注浆效果，水灰比在1:1～2:1之间调节；水泥浆和水玻璃双液浆的体积比按现场需要在1：0.4～1:1范围内调节，可根据现场注浆情况调整注浆材料使用方案及浆液配比。

本实施例中，作为一种进一步的技术方案，每个注浆钻孔12注浆结束的标准以注浆总压为主，辅以注浆总量，其中，注浆总压计算公式为：

p0＝pm+(h*r-h)/100，式中，

p0为注浆总孔压，mpa；

pm为孔口压力，mpa；

h为孔口至受注层段1/2处高度，m；

r为浆液比重，g/cm3；

h为注浆前注浆段1/2处的水柱高度，m；

当孔口压力及注浆量均达标准后停止注浆，单孔注浆结束。

本实施例中注浆液的终孔层位位于底板含水层4中，注浆液的注入改变了底板含水层4的岩层结构，并将该部分陷落柱5内的松散岩块重新胶结，形成突水通道过程中的止水塞，阻止矿井涌水从底部陷落柱5向上突出。

综上，本实施例采用井下瞬变电磁法并结合钻探等方法精确查明陷落柱5的尺寸，并取陷落柱5岩芯进行力学实验及化学成分分析，综合评价其胶结程度，分析其隔水能力及其富水性；针对其隔水能力及陷落柱5尺寸，确定钻孔的孔数及终孔注浆层位，采取静压、分段下行式多轮注浆方法进行注浆；每一轮注浆结束后检查钻孔有无涌水情况，若有则再进行下一轮注浆，如无，则结束注浆，采煤工作面可继续推进。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1)、本发明在陷落柱5内注浆封闭了岩体之间的裂隙，改善了岩柱内的胶结状况，浆液充填了柱旁破碎边壁区，防止柱旁破碎边壁区成为导水通道，提高了陷落柱5及柱旁破碎边壁区的整体隔水能力；

2)、本发明通过注浆改造了陷落柱5，防止了突水事故的发生，确保了工作面可以直接推过陷落柱5，减少了工作面的搬家次数，减少了丢煤损失，提高了矿井经济效益；

3)、本发明注浆层位选择在煤层1两层底板隔水层3之间的底板含水层4位中，改造了底板含水层4，使得其成为良好的隔水层，并将其上下两层隔水连接成为一个厚度更大的隔水层，可以抵抗更大的承压水头，防止底板水的突出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。