[发明专利]化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法

说明书

本发明公开了一种化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，适用于煤炭开采水资源保护与矿井水害防治技术领域。确认开采区域内覆岩导水裂隙带沟通地层含水层的分布范围信息和富含碳酸盐岩矿物的岩层信息；在开采区域中由地表向处于导水裂隙带范围内、地层含水层以下富含碳酸盐岩矿物的目标岩层中施工钻孔，通过钻孔向目标岩层裂隙中注入软化剂，使软化剂与目标岩层中的碳酸盐岩矿物充分反应，使碳酸盐岩软化，促使岩体中的张拉裂隙在采动地层应力的作用下逐步发生闭合，降低其导水能力，实现采动裂隙的人工促进自修复和地下含水层保护。其步骤简单，效果可靠，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种保水方法，尤其是一种适用于煤炭开采水资源保护与矿井水害防治技术领域中的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法。

背景技术

煤炭地下开采将引起上覆岩层的移动与破坏，从而在覆岩中形成采动裂隙；覆岩采动裂隙的产生既为区域水资源流失提供了通道，同时也成为矿区生态环境破坏的地质根源。从采动覆岩导水裂隙带分布的一般特征看，导水裂隙带“马鞍形”发育范围会在垂直剖面上分布3个区域：压裂裂隙区、张拉裂隙区、中部压实区。其中，压裂裂隙区和中部压实区的裂隙开度相对较小、过流能力相对较弱，而处于开采边界内侧附近的张拉裂隙区，其裂隙发育开度大、通道过流能力强；所以，当采煤引起的导水裂隙带沟通地层含水层时，其水资源漏失的主要通道即为张拉裂隙区的大开度采动裂隙。因此，实现煤炭开采水资源保护的关键在于合理控制导水裂隙带内张拉裂隙区采动裂隙的过流能力，减小其裂隙开度、促进其发生闭合自修复显得尤为重要。

煤系地层中赋存有岩性不同、强度各异的岩层，这些岩层中大多由碳酸盐岩、铝硅酸盐岩、以及各种黏土矿物组成，各类矿物成分的组分差异造成了各类岩层强度的差别。相关研究发现，岩体中的矿物成分常常会与地下水发生长期持续的水岩相互作用，从而会对岩体结果的承载强度产生弱化作用；且地下水酸碱度不同时，相关水岩作用引起的强度弱化程度也将有所不同。岩体中的碳酸盐岩矿物成分是极易与酸性化学物反应的物质，若能通过人为改变地下水酸度的方式促进岩层的水岩反应软化作用，这将能促使采动岩体结构发生塑性流变，从而在采动地层应力的压实作用下促使岩体中的采动裂隙逐步闭合，这对于降低采动裂隙的过流能力、促进其发生自修复，无疑是一条有效的途径。因此，有必要基于采动覆岩导水裂隙带发育特征，开展化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法的专门设计。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种结合煤层开采参数及水文地质条件，通过判别采动覆岩导水裂隙带沟通地层含水层的分布区域，确立人工注入化学软化剂以促进富含碳酸盐岩目标岩层发生塑性流变、促使采动裂隙闭合自修复的方法，从而降低含水层水资源漏失程度、减轻井下水害威胁，实现矿井的绿色安全高效生产的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，根据具体开采条件下采动覆岩导水裂隙带的发育特征，确定开采区域内覆岩导水裂隙带沟通地层含水层的分布范围信息，同时获取富含碳酸盐岩矿物岩层的信息；在导水裂隙带沟通地层含水层的开采区域中由地表向处于导水裂隙带范围内、地层含水层以下富含碳酸盐岩的目标岩层中施工钻孔，富含碳酸盐岩的目标岩层中存在大量裂隙分布，通过钻孔向目标岩层裂隙中注入软化剂，使软化剂与目标岩层中的碳酸盐岩矿物充分反应，从而促进碳酸盐岩的岩体结构软化，促使岩体中的张拉裂隙在采动地层应力的作用下逐步发生闭合，降低其导水能力，实现采动裂隙的人工促进自修复和地下含水层保护。

具体步骤如下：

a.在开采区域上方利用地质钻孔柱状判断地层含水层的位置，同时结合覆岩导水裂隙带高度判断地层含水层受采动破坏的采煤区域；若导水裂隙带高度范围内存在含水层，则判断对应区域导水裂隙带已沟通含水层，需要进行保水修复施工，若导水裂隙带高度范围内不存在含水层1，则无需进行保水修复施工；