CN106545296A - 一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，包括地面竖直钻孔形成钻孔竖直段，钻孔竖直段至顺层后沿顺层钻进的沟通垂向断层和褶皱轴部裂隙的钻孔顺层段，其中钻孔顺层段与最大水平主应力垂直，通过钻孔注浆填充煤层底板灰岩疑似出水点；采用本发明的技术方案，地面定向顺层注浆钻孔到断层和褶皱轴部与最大水平主应力垂直，对于横向和纵向导水差异均极大的缝洞型底板薄灰岩注浆目的层，沿着垂向裂隙倾向钻进则能沟通较多的断层和褶皱轴部裂隙以及获得更好的扩散半径，高压下注浆浆液利用率高；浆液扩散的范围大，保证较大裂隙能够填实，加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质，提高其强度和隔水性能，有效防止突水。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，更具体地说，本发明涉及一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法。
背景技术
煤矿开采过程中，断层及两侧往往伴生、派生构造裂隙发育，常与断层走向相同，形成构造断裂带，导水断层带不仅是导水通道，还是集水廊道，沟通上下含水层，涌水量大且稳定；地层在水平应力作用下形成褶皱过程中，伴生及派生一系列次级构造，以节理、劈理构造为主，两翼由于强烈层间剪切作用而顺层节理发育，转折端外侧受拉张作用以张节理为主，核部受强烈挤压作用，轴面劈理发育，煤层底板太原组三灰溶隙、裂隙带、断层导水带、富水区域及特殊垂向导水构造区域，尤其是垂向的导水断层和褶皱轴部裂隙更是煤层底板水害发生的重点，该区域向下与奥灰有直接水利联系，接受奥灰水的大量补给，向上的高水压、强含水威胁着煤层的采动破裂底板，现有技术是采用在采煤巷道中钻孔注浆治理，这种治理方式是在井下直接进行的，钻孔的过程就可能导致涌水事故的发生，井下钻孔注浆为常压注浆，浆液扩散的范围有限，很难保证较大裂隙能够填实。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种浆液扩散的范围大，保证较大裂隙能够填实的深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，包括地面竖直钻孔形成钻孔竖直段，钻孔竖直段至顺层后沿顺层钻进的沟通垂向断层和褶皱轴部裂隙的钻孔顺层段，其中钻孔顺层段与最大水平主应力垂直，通过钻孔注浆填充煤层底板灰岩疑似出水点。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，钻孔顺层段设置在三灰中部，使得顺层近水平钻孔与更多的层间结构面接触；其中钻孔还设有多个分支孔，分支孔与断层、褶皱轴部迹线垂直相交并穿过断层和褶皱，其中，分支孔一端与钻孔顺层段靠近钻孔竖直段处，另一端沿顺层钻进。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，分支孔间距≤2倍浆液扩散半径，孔间距>单孔注浆扩散范围。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，分支孔孔间距为50～110m。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，钻孔注浆是通过地面钻孔采用加压注入水泥浆液至钻孔顺层段，浆液沿顺层扩散至断层、褶皱部。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，浆液压力为≤4MPa时，浆液沿顺层扩散半径为11～14m，主要充填含水层的天然裂隙，同时注浆段局部向三灰顶板扩散。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，钻孔穿断层，浆液沿断层扩散的距离为58～65m。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，浆液压力为4～8MPa，浆液沿顺层扩散半径为28～35m。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，浆液压力8～10MPa，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向一致，浆液扩散半径为48～50m。
本发明公开的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，浆液压力为10～12MPa，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充充分充填变得密实，浆液扩散半径大约54～58m。
浆液在低压力作用下便能扩散300～350m，注浆压力对浆液扩散半径的影响不明显，但随着与注浆孔距离的增加，浆液流量逐渐减小，破碎带为中等透水时，浆液扩散半径随着注浆压力的增加而增加，当注浆压力达到8～10MPa时，扩散距离可达100～150m；低注浆压力浆液扩散半径较小，当注浆压力达到10MPa时，扩散半径约50m；注浆终压为10～12MPa时，浆液的扩散距离变化较小，大约为50～55m；随着压力的增加，含水层薄弱部位的应力与抗拉强度被克服，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向大体一致。随着浆液的填充，含水层被进一步加固，浆液扩散半径大约50m；浆液压力增加至12MPa时，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充到比较充分的程度，随着压力的上升，充填变得密实，扩散半径没有显著增加，浆液扩散半径大约55m；随着压力的不断提升，浆液的扩散距离逐渐增大，同时在注浆压力作用下，软弱结构面开始扩张，尤其是层面、断层带及二者接触带。
采用本发明的技术方案，地面定向顺层注浆钻孔到断层和褶皱轴部与最大水平主应力垂直，对于横向和纵向导水差异均极大的缝洞型底板薄灰岩注浆目的层，沿着垂向裂隙倾向钻进则能沟通较多的断层和褶皱轴部裂隙以及获得更好的扩散半径；钻孔水平段轨迹尽量大角度与断层和褶皱轴部裂隙相交，煤层底板薄灰岩以垂向导水断裂、裂隙对煤层安全开采影响最大，则以地面定向顺层注浆钻孔在横向上大角度沟通多个断裂是主优势钻进方位，从而达到阻断导水通道、改造煤层底板的注浆目的；地面定向顺层钻进、注浆加固薄层灰岩，该方法通过施钻地点在地面，钻孔进入目标含水层后沿薄层灰岩顺层钻进，对三灰含水层进行注浆改造，并结合井下常规钻孔对物探异常区和构造破碎带重点补钻注浆加固；用于防治底板高承压强含水岩溶水危害，加固地层可注性强，浆液可在地层中大面积扩散，在高压注浆条件下不跑浆，浆液利用率高；浆液扩散的范围大，保证较大裂隙能够填实，加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质，提高其强度和隔水性能，有效防止突水；注浆加固薄层灰岩含水层可以直接充填薄层灰岩岩溶裂隙，从根本上治理薄层灰岩突水。
以下将结合实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法钻孔方位与断层不同交角注浆效果示意图。
图2为本发明一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法钻孔方位与断层不同交角注浆效果示意图。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
本发明一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，包括地面竖直钻孔形成钻孔竖直段，钻孔竖直段至顺层后沿顺层钻进的沟通垂向断层和褶皱轴部裂隙的钻孔顺层段，其中钻孔顺层段与最大水平主应力垂直，通过钻孔注浆填充煤层底板灰岩疑似出水点；钻孔顺层段设置在三灰中部，使得顺层近水平钻孔与更多的层间结构面接触；其中钻孔还设有多个分支孔，分支孔与断层、褶皱轴部迹线垂直相交并穿过断层和褶皱，其中，分支孔一端与钻孔顺层段靠近钻孔竖直段处，另一端沿顺层钻进；分支孔间距≤2倍浆液扩散半径，孔间距>单孔注浆扩散范围；钻孔注浆是通过地面钻孔采用加压注入水泥浆液至钻孔顺层段，浆液沿顺层扩散至断层、褶皱部。
浆液压力为4MPa时，浆液沿顺层扩散半径为14m，主要充填含水层的天然裂隙，同时注浆段局部向三灰顶板扩散。
浆液在低压力作用下便能扩散300～350m，注浆压力对浆液扩散半径的影响不明显，但随着与注浆孔距离的增加，浆液流量逐渐减小，破碎带为中等透水时，浆液扩散半径随着注浆压力的增加而增加。
实施例2
图1、图2分别为本发明一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法的示意图；如图所示的本发明一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，钻孔穿断层，浆液沿断层扩散的距离为60m。
实施例3
浆液压力为8MPa，浆液沿顺层扩散半径为35m。
当注浆压力达到8～10MPa时，扩散距离可达100～150m；低注浆压力浆液扩散半径较小，当注浆压力达到10MPa时，扩散半径约50m。
实施例4
浆液压力10MPa，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向一致，浆液扩散半径为50m。
实施例5
浆液压力为10～12MPa，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充充分充填变得密实，浆液扩散半径大约54～58m。
注浆终压为10～12MPa时，浆液的扩散距离变化较小，大约为50～55m；随着压力的增加，含水层薄弱部位的应力与抗拉强度被克服，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向大体一致。随着浆液的填充，含水层被进一步加固，浆液扩散半径大约50m；浆液压力增加至12MPa时，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充到比较充分的程度，随着压力的上升，充填变得密实，扩散半径没有显著增加，浆液扩散半径大约55m；随着压力的不断提升，浆液的扩散距离逐渐增大，同时在注浆压力作用下，软弱结构面开始扩张，尤其是层面、断层带及二者接触带。
采用本发明的技术方案，地面定向顺层注浆钻孔到断层和褶皱轴部与最大水平主应力垂直，对于横向和纵向导水差异均极大的缝洞型底板薄灰岩注浆目的层，沿着垂向裂隙倾向钻进则能沟通较多的断层和褶皱轴部裂隙以及获得更好的扩散半径；钻孔水平段轨迹尽量大角度与断层和褶皱轴部裂隙相交，煤层底板薄灰岩以垂向导水断裂、裂隙对煤层安全开采影响最大，则以地面定向顺层注浆钻孔在横向上大角度沟通多个断裂是主优势钻进方位，从而达到阻断导水通道、改造煤层底板的注浆目的；地面定向顺层钻进、注浆加固薄层灰岩，该方法通过施钻地点在地面，钻孔进入目标含水层后沿薄层灰岩顺层钻进，对三灰含水层进行注浆改造，并结合井下常规钻孔对物探异常区和构造破碎带重点补钻注浆加固；用于防治底板高承压强含水岩溶水危害，加固地层可注性强，浆液可在地层中大面积扩散，在高压注浆条件下不跑浆，浆液利用率高；浆液扩散的范围大，保证较大裂隙能够填实，加固以后可有效改变底板岩层的物理力学性质，提高其强度和隔水性能，有效防止突水；注浆加固薄层灰岩含水层可以直接充填薄层灰岩岩溶裂隙，从根本上治理薄层灰岩突水。
上面结合实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：包括地面竖直钻孔形成钻孔竖直段，钻孔竖直段至顺层后沿顺层钻进的沟通垂向断层和褶皱轴部裂隙的钻孔顺层段，其中钻孔顺层段与最大水平主应力垂直，通过钻孔注浆填充煤层底板灰岩疑似出水点。
2.按照权利要求1所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的钻孔顺层段设置在三灰中部，其中钻孔还设有多个分支孔，分支孔与断层、褶皱轴部迹线垂直相交并穿过断层和褶皱，其中，分支孔一端与钻孔顺层段靠近钻孔竖直段处，另一端沿顺层钻进。
3.按照权利要求2所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的分支孔间距≤2倍浆液扩散半径，孔间距>单孔注浆扩散范围。
4.按照权利要求2或3所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的分支孔孔间距为50～110m。
5.按照权利要求1所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的钻孔注浆是通过地面钻孔采用加压注入水泥浆液至钻孔顺层段，浆液沿顺层扩散至断层、褶皱部。
6.按照权利要求5所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的浆液压力为≤4MPa时，浆液沿顺层扩散半径为11～14m。
7.按照权利要求5所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的钻孔穿断层，浆液沿断层扩散的距离为58～65m。
8.按照权利要求5所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的浆液压力为4～8MPa，浆液沿顺层扩散半径为28～35m。
9.按照权利要求5所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的浆液压力8～10MPa，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向一致，浆液扩散半径为48～50m。
10.按照权利要求5所述的一种深采煤层底板灰岩水害的地面钻孔注浆治理方法，其特征在于：所述的浆液压力为10～12MPa，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充充分充填变得密实，浆液扩散半径大约54～58m。
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