采动覆岩水力割缝与离层注浆结合的地表沉陷控制方法与流程

本发明涉及采矿领域，特别涉及矿井的地表沉陷控制领域。

背景技术：

在我国大多数煤矿采用垮落法来管理顶板，地下煤层开采引起覆岩移动与变形，并传递至地表形成下沉盆地，其影响范围较大，对沉陷区的地表建（构）筑物等造成了破坏。协调开采、条带开采、充填开采、离层注浆等方法多年来被用于控制与减缓地表沉陷，其基本思路是，通过减小或控制地下采空区或裂隙形成的空间，以达到减缓或改变岩层与地表移动变形与分布的目的。存在着充填成本高，工艺复杂的问题。按研究（关注）对象不同，沉陷控制可以分为岩层移动控制（覆岩破坏高度控制、底板破坏范围控制、采矿地压控制）和地表移动控制（地表下沉量或变形量控制、移动变形分布控制、移动变形速度控制），岩层移动控制一定程度上也是地表移动控制，两者目标不同，控制方法上既有差别又有密切联系。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：如何对矿井的地表沉陷进行控制。

本发明所采用的技术方案是：采动覆岩水力割缝与离层注浆结合的地表沉陷控制方法，按照如下的步骤进行

步骤一、根据矿井所在地的地质报告确定矿井的巷道上方岩层的钻孔柱状图，并根据钻孔柱状图确定厚岩层的位置和厚岩层的单向抗压强度；

步骤二、在矿井工作面的巷道顶板上方进行水力割缝，水力割缝钻孔在空间上垂直于巷道，水力割缝钻孔与巷道在采空区侧的夹角为αg，水力割缝钻孔从巷道顶板到厚岩层下方在竖直方向的高度为hg，根据厚岩层的单向抗压强度确定αg，当单向抗压强度大于等于35mpa小于50mpa时，αg=70°，当单向抗压强度大于等于50mpa小于65mpa时，αg=80°，当单向抗压强度大于等于65mpa时，αg=90°，水力割缝钻孔到厚硬岩层下方边界（即水力割缝钻孔上部紧靠厚硬岩层），不能穿过厚硬岩层；

步骤三、在地表处于矿井工作面的巷道的中心位置采用钻孔向厚硬岩层下方的离层空间注浆。

如图2所示，在没有注浆的条件下，改变水力割缝角度，研究离层空间的发育状态。现有技术：无水力割缝形成的下沉曲线，影响的范围较大。而采用水力割缝后，地表下沉形态发生明显变化，当αg=90°时，下沉集中控制效果最好，覆岩内部离层空间较大程度被压实，说明剩余的离层空间较小，当αg=70、80°，下沉锐减，下沉集中控制的效果不明显，覆岩离层空间未能较大程度被压实，形成较大的离层空间。

如图3所示，与现有的无割缝技术相比，当αg=90°时，在厚硬岩层存在的情况下，其割断与否，地表下沉曲线分布截然不同，割断对地表集中控制下沉显著。说明了厚硬岩层割断后，离层空间被碎胀岩体一定程度的充填，造成了地表下沉集中。因此根据岩性来确定水力割缝的角度，厚硬岩层抗压强度较大时，其极限破断的距离最大，此时αg=90°，随着厚硬岩层抗压强度的减小，其极限破断的距离减小，此时采用保持厚硬岩层不断裂，采用αg=70°、80°，使得离层空间保持稳定，以便于注浆充填。

本发明的有益效果是：本发明通过水力割缝和钻孔注浆，有效避免了沉陷区的形成，对已经沉陷区避免了进一步的沉陷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是在没有注浆的条件下，改变水力割缝地表下沉曲线分布图；

图3是在厚硬岩层存在的情况下，水力割缝割到不同位置地表下沉曲线分布图。

具体实施方式

如图1所示，当采矿区上方具有重要的保护对象，为了充分开采资源，已经确定厚硬岩层的位置hg，并确定其抗压强度为66mpa，经过判断为c类坚硬岩层，从而确定水力割缝钻孔角度为αg=90°。参数确定后，在工作面巷道进行水力割缝施工，使得离层空间形成。离层空间在形成的过程中，可以在采空区中心地表进行钻孔施工，并注浆（采用现有技术注浆即可）。通过充填离层空间的方法来控制地表的下沉。

技术特征：

技术总结
本发明涉及采矿领域，特别涉及矿井的地表沉陷控制领域。采动覆岩水力割缝与离层注浆结合的地表沉陷控制方法，根据钻孔柱状图确定厚岩层的位置和厚岩层的单向抗压强度；在矿井工作面的巷道顶板上方进行水力割缝，水力割缝钻孔在空间上垂直于巷道，水力割缝钻孔与巷道在采空区侧的夹角为αg，水力割缝钻孔从巷道顶板到厚岩层下方在竖直方向的高度为Hg，根据厚岩层的单向抗压强度确定αg，当单向抗压强度大于等于35 MPa小于50 MPa时，αg=70°，当单向抗压强度大于等于50 MPa小于65 MPa时，αg=80°，当单向抗压强度大于等于65 MPa时，αg=90°；在地表处于矿井工作面的巷道的中心位置采用钻孔向厚硬岩层下方的离层空间注浆。

技术研发人员：廉旭刚;蔡音飞;胡海峰;戴华阳
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2018.11.22
技术公布日：2019.04.16