[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

权利要求书

1.底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：包括以下步骤：

①在开采工作面进行防治煤层底板(100)灰岩水害研究，经模拟、计算、实测分析确定所述煤层底板(100)采动影响破坏深度，并由此确定将太灰上段3灰(200)、4灰(300)作为注浆加固的目的层；

②沿所述3灰(200)、4灰(300)的灰岩倾斜方向施工终孔，沿所述4灰(300)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(300)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(200)、4灰(300)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(200)、4灰(300)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(100)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(100)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。

2.根据权利要求1所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：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。

3.根据权利要求2所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：上述步骤③中还需对所述3灰(200)、4灰(300)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；

(33)根据步骤(32)中扩散半径的计算结果确定所述终孔、钻孔的间距。

4.根据权利要求3所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：所述注浆材料为325#普通硅酸盐水泥，所述水泥的浆液浓度质量配比为1:1。

5.根据权利要求4所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：所述浆液注入时采用水与所述水泥配制的单液水泥浆，注浆终压为12.08MPa，注浆速度5～10L/min，所述终孔、钻孔的吸浆量不大于20L/min。

6.根据权利要求5所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：上述步骤②中，还包括在注浆量较大的所述终孔、钻孔附近补打其他钻孔的步骤。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的底板灰岩含水层改造成自然人工复合完整隔水层的方法，其特征在于：上述步骤④中采用突水系数法，通过计算临界突水系数K_临对注浆效果进行评价，计算公式为：

K_临＝P/M

其中：P-煤层底板(100)隔水层承受的最大水压，

M-地面及井下钻孔实际揭露1煤(600)底板至4灰(300)底板真厚。