[发明专利]井筒穿越采空区地层的综合预治理方法

说明书

技术领域

本发明是涉及煤矿井筒施工安全领域，特别涉及井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法。

背景技术

随着浅部煤炭资源日益枯竭，深部煤炭资源的延伸开采日益增加，在双系煤田赋存的地区尤其普遍。在浅部煤田资源已经开采殆尽的背景下，形成了规模庞大、形态各异的采空区和废弃巷道等地下空洞，成为深部资源开采井筒建设不可回避的问题。煤矿井筒建设必然要穿过上述采空区，为掘进施工带来极大困难和危害，主要表现在以下方面：

(1)采空区的空洞和不稳定岩体：多数采空区上覆岩层都会随时间的推移出现崩塌垮落、断裂弯曲等现象，发生竖向沉降、横向错动等变形，原有的空洞和冒落岩块形成的破碎带为井筒掘砌支护、井壁浇筑施工等带来困难。

(2)老窑水：某些积水采空区为井筒施工带来困难，且极易涌水工作面形成突水。

(3)有毒有害气体：主要是指采空区内积存的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等，这些气体进入掘进工作面后，必然使气体超标形成安全隐患，影响掘进施工。

(4)井筒直接揭露采空区后，会使封闭的采空区内气体重新流动，导入氧气，易引发火灾，破坏矿井通风，危及安全。

(5)即使在工作面对采空区进行处理，保证井壁浇筑通过后，周边一定范围内采空区的不稳定岩体仍对井壁安全有威胁，会造成井壁变形或破损，且会有漏水串风。

目前井筒施工应对采空区危害，主要方法是停止掘进施工，进行以井壁浇筑为主要目的的工作面治理，称之为“后治理”。工作面进行采空区的充填和加固时，采用如下步骤：①打设木点柱进行临时支护，以井筒为中心，均布划分若干区段进行施工；②利用打好的木点柱为依托，用阻燃性风筒做临时性区段风墙；③由井筒开始逐步向外清理区段通道至见到煤层底板；④通道打“井”字型砼背板垛子；⑤砼垛打顶、帮锚杆、锚杆由井筒向外逐渐打，打一根注一根，上一块托板；⑥在立井壁外做砂浆片石密闭墙且在区段充填砼围墙。这种方法采用在掘进过程中对遇到采空区进行充填加固，先确保基岩掘进的支护和井壁浇筑，井筒通过后再采取大量的壁后充填注浆进行补充加固，如果检测到采空区和井筒有串风现象，在地面还要在井筒周围打孔，进行封闭注浆。

这种掘进过程中的“后治理”方法，是一种被动治理的方法，必须中断掘进施工，在井下狭小的工作面进行，且治理范围有限，往往费时费力费财，且治理不彻底，后续仍需二次、三次治理。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法来应对井筒施工遭遇的采空区危害，在井筒开挖前对采空区进行预治理，保证井筒掘进施工安全和建成后井筒运行期间安全。

本发明的技术方案是这样实现的：井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，包括如下步骤：

(a)以拟建井筒中心为中心，在拟建井筒周围开设治理钻孔；

(b)在地面通过治理钻孔向采空区输送充填材料。

上述井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，在步骤(a)中：治理钻孔与拟建井筒中心的距离为10m～35m。

上述井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，治理钻孔分布在2～3个圆周上，圆周均以拟建井筒中心为圆心，相邻两个圆周的半径差为10m～15m。

上述井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，在同一圆周上：相邻治理钻孔的间距为15m。

上述井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，利用钻机进行造孔并下放套管，每个治理钻孔选择安放Φ127～168mm套管，套管底部要超过第四系深度，且能够保证反复扫孔；基岩段治理钻孔直径为Φ60～110mm。

上述井筒穿越采空区地层的地面综合预治理方法，治理钻孔施工时采用隔孔施工；通过治理钻孔向采空区输送充填材料时由外向内施工，即：先通过外圈圆周上的治理钻孔向采空区输送充填材料，再通过内圈圆周上的治理钻孔向采空区输送充填材料；每个治理钻孔均在第一层采空区治理完毕后或者在预定深度未揭露采空区时，方可向下一层采空区延伸钻进；同一层采空区先进行外围封堵充填，再进行内部密实充填。