一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，1)對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)；2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A；3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B；4)通過(guò)套管A排水，通過(guò)套管B注漿堵水；5)在排水、注漿堵水的同時(shí)，監(jiān)測(cè)套管A排水處水壓力變化，適時(shí)停止套管B的注漿；6)套管A改接注漿泵，高壓注入注漿堵水材料；7)套管A反漿穩(wěn)定時(shí)，套管A注漿停止；8)在順槽鉆孔a、b中心點(diǎn)附近前后左右四處，打鉆孔c、d、e、f；9)對(duì)鉆孔注入注漿固化材料。本發(fā)明沿著“降壓封堵、加固防控”的思路，為深部礦井開(kāi)采底板突水災(zāi)害進(jìn)行有效防控，并為斷層導(dǎo)水突水防治提供一種有效思路。
【專利說(shuō)明】
一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤礦防治水技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井突水事故的發(fā)生輕者使突水工作面關(guān)閉停產(chǎn)，造成礦井接續(xù)緊張，礦井排水費(fèi)用急增，嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn);重者可能會(huì)造成淹井事故，危及國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤礦底板突水80%左右是由于斷層引起，因此，研究由于斷層引發(fā)的底板突水問(wèn)題的防治技術(shù)方法，對(duì)于煤礦安全具有十分重要的意義。
[0003]含斷層的底板發(fā)生突水，主要是由于采動(dòng)導(dǎo)致底板破壞帶裂隙發(fā)育、貫通，形成突水通道，溝通到導(dǎo)水?dāng)鄬訉?dǎo)致災(zāi)害發(fā)生。尤其是在深部開(kāi)采，采場(chǎng)圍巖具有高地應(yīng)力，支承壓力增加更為顯著，加劇了采場(chǎng)底板原有裂隙和結(jié)構(gòu)面的擴(kuò)展、錯(cuò)動(dòng)及貫通，加大了完整巖石帶新裂隙產(chǎn)生的數(shù)量和范圍，使得突水通道的形成具有瞬時(shí)性、復(fù)雜性。同時(shí)，深部承壓水水壓增大，甚至達(dá)十幾兆帕(如豫中礦區(qū)馬陵山礦)，高承壓水影響作用加劇了底板的破壞、加速了突水通道的形成，均使得斷層底板突水表現(xiàn)出突水災(zāi)變的瞬時(shí)性、差異性。這些問(wèn)題的集中表現(xiàn)，導(dǎo)致斷層底板突水防治困難加大，給斷層底板突水防治帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
[0004]目前，針對(duì)煤礦底板突水問(wèn)題，采用的主要防治技術(shù)有底板隔水層加固等措施。針對(duì)底板隔水層加固方面，主要采用注漿加固的方法。本身底板隔水層注漿加固技術(shù)的施工難度較大，操作中不易掌控，效果也難以把握。尤其進(jìn)入煤礦深部開(kāi)采，更是存在以下幾方面的不足:
[0005]1、深部圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜。深部圍巖地質(zhì)條件存在多變性，所需注漿壓力增大，如有不當(dāng)，則注漿難以充分充滿裂隙，且深部巖體具有高應(yīng)力，即使注漿加固完畢后，又容易在應(yīng)力作用下再產(chǎn)生新的節(jié)理裂隙，并互相貫通。
[0006]2、高巖溶水壓大，導(dǎo)水?dāng)鄬右l(fā)災(zāi)變后突水具有瞬時(shí)性、突發(fā)性，水壓大、水量大，單純注漿加固無(wú)法實(shí)施，必須采用“降壓封堵”的思路。
[0007]3、傳統(tǒng)的注漿加固技術(shù)，往往只是針對(duì)底板隔水層，面對(duì)地質(zhì)構(gòu)造，尤其是斷層導(dǎo)水后裂隙溝通突水，注漿后因?yàn)槲茨苡行Э刂圃搭^，容易再次產(chǎn)生其他突水路徑，造成效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的提供一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，旨在解決深部煤礦開(kāi)采底板受斷層影響發(fā)生突水的防治問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，包括如下步驟:
[0010]I)對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)；
[0011 ] 2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A;
[0012]3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B;
[0013]4)利用排水栗通過(guò)套管A往外排水，注漿栗通過(guò)套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水；
[0014]5)在進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時(shí)，監(jiān)測(cè)套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管B的注漿工作；
[0015]6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料；
[0016]7)套管A反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管A的注漿工作；
[0017]8)在順槽鉆孔a、b中心點(diǎn)附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f;
[0018]9)對(duì)鉆孔a、b、c、d、e、f注入注漿固化材料。
[0019]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，在步驟I)中，利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測(cè)分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。
[0020]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，鉆孔a是由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉氲装迤茐膸c斷層溝通處下方6_13m處，套管A的一端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。
[0021]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉肓严杜c斷層溝通處，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90 %。
[0022]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，所述鉆孔a的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔a過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述鉆孔b的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔b過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述套管A、B均為無(wú)縫鋼管。
[0023]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70%。
[0024]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，所述注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I?1.3:水玻璃0.25?0.5:氯化鈣0.80?1.1:鈉鹽速凝劑0.I?0.2:聚氧化乙烯0.01?0.03:水3?4.2。
[0025]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，所述注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰I?1.8:水玻璃0.15?0.35:聚氨酯0.08?0.2:液壓油0.06?0.15:水2.3?3.5。
[0026]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，在步驟4)中，注漿堵水時(shí)的注漿壓力為監(jiān)測(cè)水壓的2-3倍。
[0027]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，在步驟6)中，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測(cè)水壓的3-5倍。
[0028]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0029]本發(fā)明提供了一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，能夠解決深部煤礦開(kāi)采底板受斷層影響發(fā)生突水的防治問(wèn)題，本發(fā)明沿著“降壓封堵、加固防控”的思路，為深部礦井開(kāi)采底板突水災(zāi)害進(jìn)行有效防控，并為斷層導(dǎo)水突水防治提供了一種有效思路。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本發(fā)明實(shí)施例的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，用于煤礦開(kāi)采底板斷層附近突水通道的封堵。當(dāng)煤礦開(kāi)采時(shí)，底板裂隙帶溝通至導(dǎo)水?dāng)鄬有纬赏凰ǖ溃ぷ髅婊虿煽諈^(qū)出現(xiàn)突水點(diǎn)時(shí)，采用本發(fā)明進(jìn)行底板突水的防治，具體包括如下步驟:
[0033]I)對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè):
[0034]利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測(cè)分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。
[0035]2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A;
[0036]鉆孔是a由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉氲装迤茐膸c斷層溝通處下方6-13m處，鉆孔a的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔a過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1cm;套管A為無(wú)縫鋼管，套管A—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%，套管外徑尺寸隨鉆孔孔徑相應(yīng)變化。
[0037]3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B:
[0038]鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉肓严杜c斷層溝通處，鉆孔b的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔b過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1cm;套管B為無(wú)縫鋼管，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%，套管外徑尺寸隨鉆孔孔徑相應(yīng)變化。
[0039]4)水栗通過(guò)套管A開(kāi)始工作往外排水，注漿栗通過(guò)套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水，注漿堵水時(shí)的注漿壓力為監(jiān)測(cè)水壓的2-3倍；
[0040]5)進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時(shí)，監(jiān)測(cè)套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管B的注漿工作；
[0041 ] 6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測(cè)水壓的3-5倍；
[0042]7)套管A反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管A的注漿工作；
[0043]8)在順槽鉆孔a、b中心點(diǎn)附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f:
[0044]鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70 %。
[0045]9)對(duì)鉆孔a、b、c、d、e、f注入注楽固化材料:
[0046]本發(fā)明實(shí)施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.2:水玻璃
0.3:氯化鈣1:鈉鹽速凝劑0.16:聚氧化乙烯0.02:水4。該注漿堵水材料的制備方法是:按照比例將各原料備好，將水泥、硅灰、氯化鈣攪拌混合，然后向所得混合物加水?dāng)嚢璩蓾{液，再將濃度為二十波美度的水玻璃與鈉鹽速凝劑、聚氧化乙烯按比例混合均勻作為調(diào)節(jié)劑加入到漿液中，混合均勻即得。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰1.5:水玻璃0.2:聚氨酯0.15:液壓油0.1:水3.5。該注漿固化材料的制備方法是:按照比例將各原料備好，將水泥、粉煤灰攪拌混合，然后向所得混合物加水?dāng)嚢璩蓾{液，再將備好的濃度為十五波美度的水玻璃與聚氨酯、液壓油按比例混合均勻作為調(diào)節(jié)劑加入到漿液中，混合均勻即得。
[0048]套管A與鉆孔a之間以及套管B與鉆孔b之間留有微縫隙，能夠方便在封孔過(guò)程中封堵材料沿著微縫隙進(jìn)行延伸擴(kuò)散，將整個(gè)鉆孔全過(guò)程徹底固結(jié)加固，杜絕鉆孔形成新的突水通道的可能。
[0049]實(shí)施例2
[0050]與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I:水玻璃0.5:氯化鈣0.80:鈉鹽速凝劑0.2:聚氧化乙烯0.01:水3。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:粉煤灰1:水玻璃
0.35:聚氨酯0.2:液壓油0.07:水2.8。
[0052]實(shí)施例3
[0053]與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.3:水玻璃0.4:氯化鈣1.1:鈉鹽速凝劑0.1:聚氧化乙烯0.03:水4.2。本實(shí)施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰I.8:水玻璃0.15:聚氨酯0.08:液壓油
0.15:水2.3。
[0054]實(shí)施例4
[0055]與實(shí)施例1不同的是，本實(shí)施例所用注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰1.2:水玻璃0.25:氯化鈣0.90:鈉鹽速凝劑0.15:聚氧化乙烯0.02:水3.5。本實(shí)施例所用注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰1.2:水玻璃0.28:聚氨酯0.12:液壓油0.06:水3。
[0056]本發(fā)明所用注漿堵水材料初期遇水后不易分散，初凝時(shí)間大約3min，且初期具有一定的流動(dòng)性，最終抗壓強(qiáng)度能達(dá)到25Mpa，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)行井下承壓水封堵注漿堵水材料的不足。
[0057]本發(fā)明所用注漿固化材料成本較低，流動(dòng)性較好，能夠充分注入巖體裂隙，一定時(shí)間后膨脹性較強(qiáng)、強(qiáng)度大，能夠有效固化巖體達(dá)到有效隔水的目的，可廣泛應(yīng)用與煤礦井下、隧道地鐵、壩站等裂隙封堵巖體固化治理工程中。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例提供的煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，對(duì)鉆孔a、b下套管，是為了防止在排水降壓與封堵突水路徑過(guò)程中造成進(jìn)一步對(duì)底板的破壞，避免產(chǎn)生新的裂隙或突水路徑。在本發(fā)明實(shí)施例中，使用了不同組成的注漿堵水材料及注漿固化材料，在防治水過(guò)程中作用不同，要求不同，配合本發(fā)明的步驟實(shí)施，能夠達(dá)到更好的實(shí)施效果，注漿堵水材料具有速凝，初凝時(shí)間短，強(qiáng)度要求高的優(yōu)點(diǎn)，注漿固化材料具有良好的流動(dòng)性，且高膨脹性能。
[0059]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0060]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)； 2)由工作面超前順槽底板打鉆孔a，并下套管A; 3)由工作面超前順槽底板打鉆孔b，并下套管B; 4)利用排水栗通過(guò)套管A往外排水，注漿栗通過(guò)套管B將注漿堵水材料高壓打入斷層裂隙帶進(jìn)行注漿堵水； 5)在進(jìn)行步驟4)排水、注漿堵水的同時(shí)，監(jiān)測(cè)套管A排水處水壓力變化，當(dāng)套管A排水壓力增大而后趨于穩(wěn)定，且套管B反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管B的注漿工作； 6)套管A改接注漿栗，高壓注入注漿堵水材料； 7)套管A反漿穩(wěn)定時(shí)，停止套管A的注漿工作； 8)在順槽鉆孔a、b中心點(diǎn)附近前、后、左、右四處，打鉆孔c、d、e、f; 9)對(duì)鉆孔8、13、(3、(1、6、;1；'注入注楽固化材料。2.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟I)中，利用瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)物探手段對(duì)回采工作面附近底板巖層進(jìn)行探測(cè)，探明斷層地質(zhì)構(gòu)造位置特征、底板破壞帶范圍，監(jiān)測(cè)分析出底板破壞帶與斷層地質(zhì)構(gòu)造溝通的突水通道路徑空間位置。3.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔a是由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉氲装迤茐膸c斷層溝通處下方6-13m處，套管A的一端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接排水栗，套管A開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。4.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔b是由工作面超前順槽底板沿?cái)鄬幼呦虼蛉肓严杜c斷層溝通處，套管B—端導(dǎo)入斷層，另一端接軟管連接注漿栗，套管B開(kāi)口處距底板鉆孔2m的距離，套管外徑為鉆孔孔徑的80%?90%。5.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述鉆孔a的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔a過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1cm;所述鉆孔b的孔徑開(kāi)始為12cm，鉆孔b過(guò)底板破壞帶后孔徑減小為1em;所述套管A、B均為無(wú)縫鋼管。6.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，鉆孔c、d、e、f延伸方向與a、b孔相同，傾角位于鉆孔a、b傾角之間，孔深為鉆孔a、b孔深的40%?70%。7.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注漿堵水材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥1:硅灰I?1.3:水玻璃0.25?0.5:氯化鈣0.80?I.I:鈉鹽速凝劑0.I?0.2:聚氧化乙烯0.01?0.03:水3?4.2。8.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，所述注漿固化材料的原料組成及質(zhì)量比為:水泥I:粉煤灰I?I.8:水玻璃0.15?0.35:聚氨酯0.08?0.2:液壓油0.06?0.15:水2.3?3.5。9.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟4)中，注漿堵水時(shí)的注漿壓力為監(jiān)測(cè)水壓的2-3倍。10.如權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采底板遇斷層產(chǎn)生突水通道的防治方法，其特征在于，在步驟6)中，注入注漿堵水材料的壓力為監(jiān)測(cè)水壓的3-5倍。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK106050185SQ201610330340
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】孫文斌, 周少良, 朱霞, 杜厚謙, 張士川, 王學(xué)武
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)