[发明专利]基于集束式多分支井定向钻探的综采采空区注浆方法

说明书

一种基于集束式多分支井定向钻探的综采采空区注浆方法，其应用于埋深400m以上的综采采空区，其包括以下步骤：步骤1，钻孔布设，在综采采空区的治理区域上设计集束式多分支定向钻孔的布设位置和数量；步骤2，确定注浆材料，所述注浆材料由水泥和粉煤灰或黏土和速凝剂组成；步骤3，进行多个集束式多分支定向钻孔的钻入及注浆操作；由此，本发明开创性的将集束式多分支定向钻孔灵活应用于综采采空区的地质灾害防治领域中，大幅降低了钻探工程量，减少了消耗，从而有效的降低了钻探成本，同时，利用钻孔轨迹可控制的优势，扩大了钻探注浆的覆盖范围和精度，且避免重复钻探工作，显著提高工程效率，并达到更好的采空区治理目的。

技术领域

本发明涉及采空区地质灾害防治的技术领域，尤其涉及一种基于集束式多分支井定向钻探的综采采空区注浆方法。

背景技术

自20世纪80年代煤炭大面积开采以来，助推经济高速发展的同时，带来了一系列地质和环境问题，如地面塌陷，建筑物、道路、地面和地下水系破坏，村庄农田和林地植被损害等。尤其是大量综采采空区的存在，其影响面积大，顶板垮落充分，“三带”发育较规律，随着我国基础设施建设的持续推进，用地越来越紧张，对综采采空区上方土地利用已经成为一个不可避免的实际问题，很多工程建设项目不得不面对采空区治理的问题。

在综采采空区上方发生进行建(构)筑物建设、或发生地震及强排地下水等行为时，导致采空区冒落带、裂隙带岩体再压密、地下残留空洞再冒落，从而在地表产生附加移动和变形，使建(构)筑物发生不均匀沉降、局部开裂、倾斜、直至倒塌，引起的地质灾害问题对基础设施建设带来了极大的安全隐患

如图1所示，目前综采采空区治理中常采用的方法是通过在地面通过施工阵列状排布的多个垂直钻孔5对采空区进行全充填注浆加固，由于在煤层底板1上依次为冒落带2、裂隙带3和弯曲下沉带4，故在进行垂直钻孔5时，需要根据治理区域边界进行大量的垂直钻孔5的施工，该方法自应用以来，因其工艺简单、治理效果好，得到了广泛的应用和推广。但随着应用领域的不断拓展，以及环保、成本控制等要求的提高，常规垂直钻探工艺在采空区治理中存在的弊端越发突出，主要有以下几个方面：

(1)常规垂直钻孔，钻孔数量大，工程造价高。由于综采采空区面积大，全充填注浆一般采用均匀布孔，垂直钻孔5的孔间距一般为10～25m，因此钻孔数量大，工程费用高。

(2)有效钻探量小，有效注浆段小。综采采空区埋藏较深(多大于300m)，垂直钻孔5中50％～70％的钻探量均为第四系及裂隙带之上岩层，注浆有效段仅为采空区、冒落带及裂隙带，因此垂直钻探工艺导致无效钻探量大。同时，垂直钻探工艺在平面上以点的形式贯穿采空区裂隙带及冒落带或空洞，注浆覆盖范围较小，有效注浆段小。

③固管工作及材料消耗量大。垂直钻探注浆中，由于覆盖层4为松散层，浆液进入该层会导致地表抬升等不良现象，为防止浆液注入该层位，常采用下入孔口管固孔方式，孔口管一般采用DN125焊管或127mm无缝钢管。由于钻孔数量大，每个钻孔都需要进行固管工作，导致材料消耗量巨大，大大提高工程造价。

④在一些地表条件比较复杂的区域，如既有建(构)筑物、水体、地形起伏较大、林地等地表障碍物区域，垂直钻孔施工存在搬家难度大、延误工期等问题。同时，考虑覆岩移动角影响范围以及安全保护带宽度，采空区治理面积往往远超出拟建(构)筑物的征地范围，造成临时征地问题。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种基于集束式多分支井定向钻探的综采采空区注浆方法，适用于埋深400m以上的综采采空区，以克服上述缺陷。

发明内容