矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法与流程

本发明涉及矿井灾害综合治理，尤其涉及一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法。

背景技术：

1、煤炭开采过程中，常常面临底板承压水突水、煤层瓦斯超限、地面开采沉陷等问题，与之相对应的即矿井水害、瓦斯灾害和开采沉陷灾害。

2、底板涌(突)水，是煤层底板的承压含水层内的水在水压、矿压等因素的作用下，通过在底板岩体内形成的破坏面构成的导水通道，以突然的方式涌入工作面或巷道的现象。最近二三十年，随着煤炭开采转入深部，煤层底板隔水层厚度越来越薄，承受的水压越来越大，底板突水概率、危险性逐年增大。众所周知，突水三个要素条件为突水水源、导水通道和充水强度。目前，预防底板突水通常是对突水水源层进行注浆改造，变含水层为相对隔水层，同时注浆浆液封堵导水通道，阻断底板含水层水进入煤矿井巷。底板水害定向钻区域治理技术一般是先施工定向分支钻孔，成孔后进行高压注浆治理工作，最终实现对底板含水层进行注浆改造、对断层等导水通道进行注浆封堵。

3、矿井瓦斯(煤层气)主要生成于煤层中，赋存于煤层及其顶底板围岩中，当煤层中的瓦斯含量超过一定值时，易发生煤与瓦斯突出事故，工作面掘采过程中易发生瓦斯爆炸事故。因而，在煤层回采之前，需要对瓦斯进行抽采，直至达到《防治煤与瓦斯突出细则》相关要求。常用的瓦斯抽采方法包括煤矿井下采用本煤层顺层抽放、高抽巷、底抽巷布置穿层钻孔抽放以及采空区束管抽放等。近年来，地面定向钻孔的预抽被普遍采用，即在井巷开拓前，对待采区煤层进行地面超前抽放，以实现降低煤层中瓦斯含量的目的。

4、煤层开采后，煤层覆岩产生垮落带、裂缝带、离层带、弯曲下沉带，最终在地面形成下沉盆地，即煤层采出后，地表岩层收到拉伸、剪切、挤压等多种类型的破坏。当地面有村庄等建筑物时，这些建构筑物将受到采动影响而破坏。为了减轻或控制开采沉陷的不利影响，一般采用协调开采、部分开采、充填开采等特殊采煤方法。地面钻孔的注浆充填离层带减沉方法是近年来实践较多的有效减沉方法。

5、但现有技术中，一个矿井同时面临底板水害、煤层瓦斯和开采沉陷等多种灾害问题时，尚无一种统筹治理方法可对其进行有效治理。

技术实现思路

1、本发明提供一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，用以解决现有技术中无法对同时面临底板水害、煤层瓦斯和开采沉陷的矿井进行有效治理的问题。

2、本发明提供一种矿井的灾害协同治理孔结构，矿井的灾害层包括：自下而上分布的底板水层、煤矿瓦斯层、开采沉陷层；所述矿井的灾害协同治理孔结构包括：基础孔和治理孔；所述基础孔贯穿所述开采沉陷层、所述煤矿瓦斯层、所述底板水层；所述治理孔的一端连通所述基础孔，所述治理孔的另一端朝向所述底板水层、所述煤矿瓦斯层、所述开采沉陷层当中的一者或多者延伸。

3、根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔包括：水害治理孔，所述水害治理孔包括：第一定向孔和第一导向孔；所述第一定向孔的一端与所述基础孔的尾端连通，所述第一定向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向水平延伸；所述第一导向孔的一端与所述第一定向孔连通，所述第一导向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向垂直延伸；所述第一导向孔内设置有第一导向射流装置，所述第一导向射流装置用于导向射流，以寻找垂向的导水通道。

4、根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：第一瓦斯治理孔，所述第一瓦斯治理孔包括：第二定向孔和多个第二导向孔；所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二定向孔的一端连通，所述第二定向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向水平延伸；所述第二导向孔的一端与所述第二定向孔连通，所述第二导向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，多个所述第二导向孔沿所述第二定向孔的延伸方向间隔排布；所述第二导向孔内设置有第二导向射流装置，所述第二导向射流装置用于导向射流，以对所述煤矿瓦斯层进行压裂增透。

5、根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：第二瓦斯治理孔，所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二瓦斯治理孔的一端连通，所述第二瓦斯治理孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，并贯穿所述煤矿瓦斯层；所述第二瓦斯治理孔内设置有所述第二导向射流装置。

6、根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：沉陷治理孔，所述基础孔位于所述开采沉陷层上方的孔部与所述沉陷治理孔的一端连通，所述沉陷治理孔的另一端伸入所述开采沉陷层；所述沉陷治理孔用于进行注浆作业。

7、根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述基础孔的孔壁可选择地钻设有窗口，所述窗口位于所述开采沉陷层与所述煤矿瓦斯层之间和/或所述开采沉陷层的上方；所述治理孔的一端与所述窗口连通。

8、本发明还提供一种矿井的灾害协同治理方法，基于上述任一项所述矿井的灾害协同治理孔结构，矿井灾害包括：底板水害、煤矿瓦斯、地表开采沉陷；所述矿井的灾害协同治理方法包括：基于所述矿井灾害的时空关系，进行基础孔的钻孔作业；基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔，通过所述水害治理孔对所述底板水层进行注浆治理；基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，通过所述第一瓦斯治理孔或所述第二瓦斯治理孔抽取瓦斯；基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔，通过所述沉陷治理孔对所述开采沉陷层进行注浆充填。

9、根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔之后，还包括：在所述水害治理孔中进行指定方位角射流，基于射流液的漏失情况，确定导水通道的位置；对所述导水通道进行注浆。

10、根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，包括：

11、基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第一开窗点；基于所述第一开窗点和所述第二空间位置，钻设第二定向孔和多个第二导向孔；在多个所述第二导向孔内进行压裂增透；或者，基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第二开窗点；基于所述第二开窗点和所述第二空间位置，钻设所述第二瓦斯治理孔；在所述第二瓦斯治理孔内进行压裂增透。

12、根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔之前，包括：对所述水害治理孔、所述第一瓦斯治理孔及所述第二瓦斯治理孔进行封孔作业；基于所述开采沉陷层的第三空间位置，对所述基础孔开设第三开窗点；基于所述第三空间位置和所述第三开窗点，钻设所述沉陷治理孔；所述沉陷治理孔进入开采沉陷层并位于建筑物下方。

13、本发明提供的矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，在矿井存在底板水害、煤矿瓦斯、开采沉陷等一种或多种灾害的情况下，采用一个基础孔，采用不同井型的治理孔，对多种灾害进行针对性地单独治理。治理孔的一端连通所述基础孔，治理孔的另一端朝向灾害层延伸，针对底板水害从基础孔的孔壁的对应位置钻设水害治理孔，针对煤矿瓦斯从基础孔的孔壁的对应位置钻设瓦斯治理孔，针对开采沉陷从基础孔的孔壁的对应位置钻设沉陷治理孔，从而实现对煤层底板突水、瓦斯、地面沉陷等多种矿山灾害的立体协同治理。