[发明专利]一种基于关键层再造原理减缓采场矿压的方法

权利要求书

1.一种基于关键层再造原理减缓采场矿压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步现场调研与室内实验

现场调研煤层顶板及其上覆岩层岩性、煤层厚度M、软弱岩层总厚度∑h、工作面尺寸、岩层破断角β、岩层回转角θ、再造关键层破断长度a、注浆损失系数λ、浆液充填率ε、浆液结实率m、每小时注浆量c；实验室测定煤层顶板岩层的抗压强度σ_c、碎胀系数k_i、再造关键层密度ρ和孔隙率η、注浆管道直径变化影响系数Δ；

第二步确定再造关键层空间位置与厚度

步骤2.1)确定再造关键层空间位置

步骤2.1.1)确定再造关键层距开采煤层高度H

基于煤层采出后岩体垮落发生碎胀变形应能充填煤体采出空间的原则，确定再造关键层距开采煤层高度H，表达式为：

式中，H为再造关键层距开采煤层高度；δ为影响系数，一般认为δ≥90％时能够保证再造关键层稳定；M为开采煤层厚度；k_p为垮落岩体复合碎胀系数，其表达式为：

式中，k₁、k₂………k_i为煤层上方第1、2……i层岩层碎胀系数；

步骤2.1.2)确定再造关键层尺寸

考虑到煤层开采后采动影响范围，确定再造关键层倾向长度l与走向长度w，表达式为：

w＝w'+20 (4)

式中，l＇为工作面倾向长度；w＇为工作面走向长度；H为再造关键层距开采煤层高度；β为岩层断裂角；

步骤2.2)确定再造关键层厚度

根据关键层形成条件，同时避免关键层发生滑落失稳，确定再造关键层厚度，表达式：

式中，h为再造关键层厚度；h₁为载荷层厚度；σ_c为再造关键层抗压强度；i为关键块断裂度；θ为岩层回转角；ρ为再造关键层密度；g为重力加速度，其中i的表达式为：

式中，h为再造关键层厚度；a为再造关键层破断长度；载荷层厚度h₁的表达式为：

h₁＝∑h-∑h_m-∑h_l (7)

式中∑h为软弱岩层总厚度；∑h_m为软弱岩层冒落带高度；∑h_l为软弱岩层裂隙带高度；

第三步关键层再造注浆加固设计方案

步骤3.1)布置注浆管道

采用交叉迈步底部逆式注浆方案进行管道布置，在工作面回风巷道与运输巷道向顶板增设倾斜钻孔，在再造关键层厚度范围内，倾斜钻孔自下而上划分为多个水平层；在单一水平层内，在倾斜钻孔周围沿着工作面倾向布置水平钻孔；

步骤3.2)确定注浆材料与注浆量

根据再造关键层岩层裂隙率选择不同的注浆材料和配比，根据步骤2.2)计算的再造关键层厚度，考虑到岩层裂隙程度与浆液充填率，注浆总量Q计算公式为：

式中，λ为注浆损失系数；V为注浆体积；η为孔隙率；ε为浆液充填率；m为浆液结石率；其中注浆体积V表达式为：

V＝lwh (9)

式中l为再造关键层倾向长度；w为再造关键层走向长度；h再造关键层厚度；

注浆时间T的计算公式为：

式中，T为注浆时间；Q为注浆总量；c为每小时注浆量；n为注浆水平个数；Δ为注浆管道直径变化影响系数，其是根据交叉迈步底部逆式注浆方案中倾斜钻孔长度、岩层布置确定的；

步骤3.3)施工工艺

再造关键层的注浆工作超前于工作面两个周期来压步距内完成，第一组注浆孔位于煤层开采起始位置的正上方，实施过程中，采用液压钻机、自两个巷道向上钻出倾斜注浆孔，至第一水平位置A1后，利用高压泵向A1水平钻孔内注浆，注浆时间T由公式(10)确定；

第一水平位置A1水平注浆完毕后，静置一段时间，继续延伸倾斜钻孔至第二水平位置A2，按照第一水平位置A1注浆程序进行注浆，完成整个工作面所有钻孔注浆作业。