[发明专利]底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采矿或采石技术领域，特别是涉及一种地下或地面采矿方法。

背景技术

淮南矿区煤层有26层，划分五个组，从下往上依次是A、B、C、D、E组，A组煤是淮南矿区可采煤层最下面的一个层组，含可采煤层1至2层，累厚平均约7米，储量达17.5亿吨。A组煤相对上部各组煤层来讲，煤质优，发热量高，达到6000大卡以上，较其他组均高，而且煤种好，为1/3焦煤，可作为炼焦煤，而且该组煤煤层厚，1、3煤层合起来平均厚度达7米。另外，浅部受风氧化影响，部分瓦斯已经释放，瓦斯含量相对较低。因为这些优点，A组煤被人们喻为矿区的“新粮仓”。淮南煤田下(A)组煤距太原组灰岩(简称太灰)仅18～26m，老区开采过程中多次发生底板灰岩突水淹井事故。多年研究认为，太灰上段(1～4灰)是1煤开采的直接充水含水层，其中3、4灰厚度大且稳定，富水性相对强；中段(5～11灰顶板)为薄灰岩夹于泥岩、砂岩间，可认为是相对隔水层；下段(11～13灰)为深部奥陶系厚层灰岩高承压水。由于受底板高承压岩溶裂隙水的水害威胁，淮南煤田下(A)组一直未能规模开采。

新集二矿开采淮南煤田南缘寿县老人仓断层北侧的阜凤推覆体下煤层，此处水文工程地质条件较复杂。为解放新集二矿及相邻矿井和矿区的1(A组)煤，国投新集公司首先在二矿210108工作面进行防治底板灰岩水害研究。经模拟、实测，开采1煤底板受采动影响深度约19.5m，已经抵达太原组1灰顶板，为避免受到太灰上段3灰、4灰岩岩溶水和深部灰岩水通过隐伏构造导入矿坑的威胁，需超前对底板所在的适当深度范围内的地层进行注浆加固改造达到足够的安全厚度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，通过将底板灰岩注浆加固改造成自然-人工复合完整隔水关键层，提高了底板岩体整体抗压强度和突水系数的临界值，实现了对深部高承压灰岩水害的防治，为工作面的回采安全提供了重要保障。

本发明底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，包括以下步骤：

①在开采工作面进行防治煤层底板灰岩水害研究，经模拟、计算、实测分析确定所述煤层底板采动影响破坏深度，并由此确定将太灰上段3灰、4灰作为注浆加固的目的层；

②沿所述3灰、4灰的灰岩倾斜方向施工终孔，沿所述4灰的顺层施工钻孔，在排水能力允许的情况下对出水的所述终孔、钻孔进行疏放；

③利用已施工的终孔层位对所述4灰进行超前探测，并将所述终孔、钻孔作为注浆通道对所述3灰、4灰进行注浆加固改造，对所述工作面的物探异常区、构造发育区段、切眼位置、初次来压位置、周期来压位置以及停采线附近，重点利用所述终孔、钻孔进行重点注浆加固与改造，其中，所述终孔、钻孔的中心线均与所述3灰、4灰的岩层方向形成锐角夹角；

④采用物探、钻探取芯或注水试验的方法对注浆前后岩层的隔水性进行对比研究，评价注浆效果，

上述步骤①中，所述煤层底板采动影响破坏深度与开采深度成正比例关系，其计算公式为：

h₁＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579，

其中：h₁—煤层底板采动影响破坏深度，单位：m；

H—开采深度，单位：m；

α—煤层倾角，单位：°；

L—工作面斜长，单位：m。

本发明底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，上述步骤③中，所述终孔、钻孔采用绝对坐标法布孔模式，即钻机移动，采取角度法定位。

本发明底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，上述步骤③中还需对所述3灰、4灰的岩体裂隙密度进行分析，研究多裂隙组成的岩体渗透性及流动情况，并通过注浆材料试验，选择适合的注浆材料，并同时确定注浆量、注浆终压、水灰比、扩散半径和钻孔密度，具体步骤包括：

(31)正式注浆前，选择不同类型的浆液，在所述工作面的底板进行相关现场试验，每个浆液类型分六组浓度，分别在六组不同的所述终孔、钻孔进行注浆试验，主要考察注浆速率v₁、泄压速率v₂及总进浆量Q，假定一有效因子M，则第i组浆液的浓度配比计算公式为：

其中，i＝1,2,3……6；n＝样本数量；

(32)观测所述终孔、钻孔的出浆历时、出浆时总进浆量，将浆液的扩散模型简化成高度为该层灰岩厚度的等效连续介质的圆柱模型，按照空隙率为0.1％算出各向同性和各向异性情况下的扩散半径；