1.本技术涉及煤矿安全开采技术领域，特别涉及一种地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法。
背景技术：2.随着深入发展，能量的需求也越来越大，浅部煤炭资源已濒临枯竭，深部煤炭开采成为主流，其中断层防水煤柱的回收成为节约煤炭资源的一条有效途径。
3.目前，断层防水煤柱回收主要采用工作面底板注浆加固措施，但是工作面作业空间小，且存在注浆范围不可控、注浆效果达不到要求等问题，特别是影响工作面正常回采。而地面注浆一般选择在采空区上方进行，存在钻孔塌孔，不稳定等问题。
4.因此，需要提出一种不影响工作面正常开采的断层防水煤柱回收施工方法。
技术实现要素：5.本技术的目的在于提供一种地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供一种地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法，包括：步骤s101、在工作面回采前，根据开采工作面、断层防水煤柱的留设空间位置，确定所述开采工作面、所述断层防水煤柱开采后的采空区在地面的平面投影范围；步骤s102、所述平面投影范围边界外[20,50]m，在地面上布设主钻孔；步骤s103、响应于所述主钻孔钻进至预设位置，在所述主钻孔的孔底并列施打两个次级钻孔，其中，一个所述次级钻孔钻进至煤层底板下方30m，另一个所述次级钻孔钻进至断层带中底板含水层上方[10,15]m；步骤s104、对所述煤层底板和所述断层带进行第一次抽水试验，以确定所述煤层底板和所述断层带的富水性，并对所述煤层底板和所述断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止所述第一次疏放水；步骤s105、分别对所述煤层底板、所述断层带进行注浆加固；步骤 s106、对所述煤层底板和所述断层带进行第二次抽水试验，确定述煤层底板和所述断层带的富水性，当单位涌水量小于等于预设涌水阈值，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。
[0008]
优选的，在步骤s102中，根据所述开采工作面的走向长度，间隔[100,200]m布设一个所述主钻孔。
[0009]
优选的，在步骤s103中，所述主钻孔钻进至预设位置包括：响应于直接顶层厚小于预设层厚，所述主钻孔施打至老顶，否则，所述主钻孔施打至所述煤层顶板。
[0010]
优选的，在步骤s103中，所述次级钻孔的孔径为[60,80]mm，且两个所述次级钻孔之间设有至少10mm的孔径预留空间。
[0011]
优选的，钻进至所述断层带中的所述次级钻孔中增设无缝管材，以阻止破碎岩体进入对应的所述次级钻孔，且通过所述无缝管材进行注浆。
[0012]
优选的，在步骤s105中，对所述煤层底板、所述断层带分别采用不同的注浆材料进
行注浆加固；其中，所述煤层顶底板的注浆材料的水灰比为0.5:1～0.7:1；所述断层带的注浆材料的水灰比为 0.7:1～1:1。
[0013]
优选的，所述煤层底板的注浆压力为3mpa；所述断层带的注浆压力为[1，3]mpa。
[0014]
优选的，所述预设涌水范围为(0.1，1]l/(s
·
m)；所述预设涌水阈值为0.1l/(s
·
m)。
[0015]
有益效果：
[0016]
本技术提供的地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工技术中，在工作面回采前，根据开采工作面、断层防水煤柱的留设空间位置，确定开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区范围及其(采空区范围)在地面的平面投影范围，在平面投影范围边界外[20,50]m，在地面上布设主钻孔，当主钻孔钻进至预设位置后，在主钻孔的孔底并列施打两个次级钻孔，其中，一个次级钻孔钻进至煤层底板下方 30m，另一个次级钻孔钻进至断层带中底板含水层上方[10,15]m，然后对煤层底板和断层带进行第一次抽水试验，确定煤层底板和断层带的富水性，并对煤层底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水；接着，分别对煤层底板、断层带进行注浆加固；最后，对煤层底板和断层带进行第二次抽水试验，确定煤层底板和断层带的富水性，当单位涌水量小于等于预设涌水阈值时，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。籍此，在回采前，对煤层底板、断层带从地面进行钻孔注浆，一方面，降低了对煤炭开采的影响；另一方面，地面钻孔布设依据开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区范围及其(采空区范围)在地面的平面投影范围，考虑了整个采场的回采范围，治理范围全面；最后，对煤层底板、断层带分别采用不同的注浆材料，针对性强，加固效果明显。
附图说明
[0017]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0018]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法的流程示意图；
[0019]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法的钻孔布设示意图。
具体实施方式
[0020]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0021]
如图1、图2所示，该地面预注浆提高断层防水煤柱回收率的施工方法包括：
[0022]
步骤s101、在工作面回采前，根据开采工作面、断层防水煤柱的留设空间位置，确定开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区在地面的平面投影范围。
[0023]
在被申请中，在断层防水煤柱开采前，在开采模型中，根据开采工作面、断层防水
煤柱与地面空间位置的关系，即井上井下的对应位置关系，确定开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区范围，并将其对应到地面上，确定开采后的采空区范围在地面上的平面投影范围。可以理解的是，开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区范围是在开采模型中的模拟开采，根据模拟开采的结果确定采空区范围及其对应的平面投影范围。
[0024]
步骤s102、平面投影范围边界外[20,50]m，在地面上布设主钻孔。
[0025]
本技术中，通过在开采后采空区在地面的平面投影范围施打主钻孔，一方面，考虑了整个采场的回采范围，治理范围全面；另一方面，有效避免了开采后期，工作面形成的采空区和上覆岩层垮落等对加固注浆钻孔造成的不利影响，降低了对煤炭开采的影响。
[0026]
本技术中，开采工作面、断层防水煤柱开采后的采空区在地面上的平面投影范围边界外[20,50]m，根据开采工作面的走向长度，间隔 [100,200]m布设一个主钻孔。其中，在采空区在地面上的平面投影范围边界外[20,50]m施打主钻孔，可有效消除工作面开采过程中形成垮落带后破坏加固注浆钻孔。在此，主钻孔的数量为5～10个，
[0027]
步骤s103、响应于主钻孔钻进至预设位置，在主钻孔的孔底并列施打两个次级钻孔。
[0028]
其中，一个次级钻孔钻进至煤层底板下方30m，另一个次级钻孔钻进至断层带中底板含水层上方[10,15]m。
[0029]
本技术中，主钻孔施打过程中，主钻孔的施打深度根据开采模型中煤层、断层带、含水层的几何位置确定。具体的，响应于直接顶层厚小于预设层厚，主钻孔施打至老顶，否则，主钻孔施打至煤层顶板。在开采过程中，由上往下依次为老顶、直接顶、煤层、底板、含水层；其中，老顶位于直接顶的上方，具有坚硬、较厚的岩层。主钻孔施打过程中，当直接顶的层厚小于等于2m时，主钻孔施打至老顶。
[0030]
本技术中，两个次级钻孔采用定向钻技术进行施工，以确保次级钻孔能够到达预设位置。次级钻孔在施打过程中，次级钻孔的孔径为 [60,80]mm，且两个次级钻孔之间设有至少10mm的孔径预留空间。具体的，在同一主钻孔中引伸的两个次级钻孔的直径之和要小于主钻孔的直径，且两个次级钻孔的边缘间隔至少10mm。可以理解，主钻孔的直径范围为[130,200]mm。
[0031]
本技术中，钻进至断层带中的次级钻孔中增设无缝管材，以阻止破碎岩体进入对应的次级钻孔，且通过无缝管材进行注浆。具体的，钻进至断层带中底板含水层上方[10,15]m的次级钻孔中增设无缝钢管，无缝钢管与次级钻孔的孔壁围岩直接接触，防止次级钻孔在断层带中出现塌孔，有效避免断层带的破碎岩体进入钻孔。
[0032]
步骤s104、对煤层底板和断层带进行第一次抽水试验，以确定煤层底板和断层带的富水性，并对煤层底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水。
[0033]
本技术中，通过第一次抽水试验，确定煤层底板和断层带的富水性，尤其是钻孔涌水量和单位涌水量，然后根据钻孔涌水量和单位涌水量对煤层底板和断层带进行疏放水。具体的，分别向煤层底板、断层带的注浆加固区施打水文地质钻孔，以分别对煤层底板和断层带进行第一次抽水试验，确定煤层底板和断层带的富水性；然后，根据钻孔涌水量对煤层底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水。
[0034]
在此，既可以根据单位涌水量确定是否停止第一次疏放水，也可以根据钻孔涌水
量确定是否停止第一次疏放水。当单位涌水量达到 q∈(0.1，1]l/(s
·
m)时，或者，钻孔涌水量q∈(60，600]m3/h时，即可停止第一次疏放水。
[0035]
在第一次疏放水时，采用矿用地质钻机向煤层底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打直径为[70,90]mm水文地质钻孔，其中，煤层底板中水文地质钻孔的数量为3～6个，断层带中水文地质钻孔的数量为2～4个；煤层底板中水文地质钻孔的长度根据底板与含水层的垂直距离确定，断层带中水文地质钻孔的长度根据煤柱留设宽度和断层带的宽度确定。具体的，底板中水文地质钻孔施打至距离底板含水层顶部1～2米，断层带中水文地质钻孔的长度为煤柱宽度和断层带厚度的一半的和。
[0036]
步骤s105、分别对煤层底板、断层带进行注浆加固；
[0037]
具体的，在对煤层底板、断层带进行注浆加固过程中，煤层底板、断层带分别采用不同的注浆材料进行注浆加固。其中，煤层底板的注浆材料采用粉煤灰、煤矸石、炉渣等废弃材料与水泥浆液，用于加固底板岩层，改造底板隔水层；断层带的注浆材料采用水泥基高强堵水加固材料、高膨胀聚氨酯堵水充填材料或硅胶注浆材料，以有效阻断水体在断层带中的导升和渗透。
[0038]
本技术中，层顶底板的注浆材料的水灰比为0.5:1～0.7:1，注浆压力为3mpa；断层带的注浆材料的水灰比为0.7:1～1:1，注浆压力为[1，3]mpa。
[0039]
步骤s106、对煤层底板和断层带进行第二次抽水试验，确定煤层底板和断层带的富水性，当单位涌水量小于等于预设涌水阈值，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。
[0040]
本技术中，若单位涌水量大于预设涌水阈值，则需要对煤层底板和断层带进行第二次疏放水，直至单位涌水量小于等于预设涌水阈值。其中，第二次抽水试验、第二次疏放水可采用与第一次抽水试验、第一次疏放水相似的操作，不同之处在于，对工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打直径为70～90mm的水文地质钻孔时，底板中钻孔数量为3个，长度根据底板与含水层垂直距离确定；断层带中钻孔数量为2个，长度根据煤柱留设宽度和断层带宽度确定。在第二次疏放水时，当单位涌水量q≤0.1l/(s
·
m)或者钻孔涌水量q≤60m3/h时，认为满足断层方式煤柱开采时的水压、突水系数等指标要求，可以进行断层防水煤柱的回收开采。
[0041]
籍此，通过在回采前，对煤层底板、断层带从地面进行钻孔注浆，降低了对煤炭开采的影响；地面钻孔考虑了整个采场的回采范围，治理范围全面；对煤层底板、断层带分别采用不同的注浆材料，针对性强，加固效果明显。
[0042]
以上仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。