[发明专利]一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法

说明书

本发明涉及一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法，步骤包括：1.钻进若干固化孔：固化孔根据欲加固煤岩层弱结构体范围进行布置；2.利用注浆管向孔内依次加压注菌液、固定液和胶结液，通过MICP原位灌浆技术诱导碳酸钙结晶；3.待微生物浆液将固化孔周围的裂隙和弱结构固结后，再在该固化位置按照后续工序组织生产。本方法一方面微生物吸附于钻孔周围的孔隙及裂隙表面，高效诱导碳酸钙沉淀，使煤(岩)层内表面黏合胶结，将松软特性的围岩固化胶结形成具有一定力学性能的整体，增强孔壁围岩强度；另一方面，微生物浆液为溶液或悬浊液，浆液粘度低、流动性好、渗透性强，与化学处理方法相比极限注浆压力小、固化半径大及钻孔围岩胶结强度可调控。

技术领域

本发明涉及煤岩层加固领域，具体涉及一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法

背景技术

在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭占据主导地位，在总消费量中的占比为65％左右，这一比例远远高于世界平均水平30％。随着一次能源消费结构的不断优化，尽管煤炭所占的比重不断下降，但总量还在保持增长，据预测在未来的半个世纪内煤炭仍将是我国能源安全的重要支撑。

但由于我国煤层赋存条件复杂多变，含瓦斯煤层多，煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力大，因而我国煤炭工业长期受到各种自然灾害的威胁，严重影响着矿井的安全生产和可持续发展。瓦斯灾害即是煤矿开采过程中最严重的灾害之一，尤其是近年来随着开采深度的不断增加，矿井瓦斯涌出强度不断增大，大量浅部低瓦斯矿井逐渐转变为高瓦斯矿井，据统计2010年全国突出矿井煤炭产量3.825亿吨，约占全国煤矿产量32.4亿吨位的11.8％。高瓦斯矿井煤炭产量估计约占30％左右。

为此，我国《煤矿瓦斯抽采暂行规定》(2012年)第三条规定:“开采高瓦斯及有煤与瓦斯突出危险的煤层(松软煤层)必须先抽采瓦斯，抽采效果达到标准要求后方可安排采掘作业。”目前，我国治理高瓦斯和突出煤层最普遍的办法是对开采工作面煤层瓦斯提前预抽，并辅以钻孔造穴、水力压裂、水力割缝、深孔预裂爆破等增透技术。但煤岩长钻孔过泥岩、构造带和软煤层是公认的技术难题，在含弱结构体的煤岩层钻孔钻进过程中，经常发生喷孔、塌孔、堵孔、卡钻、夹钻等动力失稳现象，致使成孔难，成孔率低，钻进深度浅，严重制约着高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理效果。

目前煤矿井下钻孔失稳的解决方法主要包括方面：一是从钻进工艺上采取措施保障成孔率，如压风排屑钻进、干湿混合钻进等；二是使用套管以保证成孔，但套管护孔材料供应、运输工作量较大，且在松软煤层中起拔困难；三是改进钻具，提高成孔效果，如采用大功率的钻机和三角形、螺旋形等异形钻杆提高排渣效率。但上述方法都无法从根本上解决过弱结构煤岩长钻孔动力失稳问题。

近年来，生物岩土工程学作为一门新兴的交叉学科得到迅速发展。利用微生物改善岩土体性能具有巨大的应用潜能。MICP原位灌浆技术—即通过向原位岩土体中灌注特定微生物制备的菌液以及胶结溶液(通常为尿素-Ca²⁺混合液)，使微生物诱导形成的碳酸钙沉积在孔隙、裂隙中，从而将松散含弱结构体的岩土体胶结起来，使其得到加固。

发明内容

本发明是基于MICP原位灌浆技术这一研究成果，提出一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法，对含弱结构体煤岩层注入巴氏生孢八叠球菌，诱导其在钻孔周围软弱煤岩层孔隙、裂隙中生成碳酸钙结晶，人为改善钻孔壁围岩松软特性的研究思路。一方面微生物吸附于钻孔周围的孔隙及裂隙表面，高效诱导碳酸钙沉淀，使煤(岩)层内表面黏合胶结，将松软特性的围岩固化胶结形成具有一定力学性能的整体，增强孔壁围岩强度；另一方面，微生物浆液为溶液或悬浊液，浆液粘度低、流动性好、渗透性强，与化学处理方法相比极限注浆压力小、固化半径大及钻孔围岩胶结强度可调控；此外，微生物浆液成本低、污染友好，属于低能耗、低排放材料。

本发明采用如下技术方案：

一种含弱结构体煤岩层固化成孔方法，包括以下步骤：