[发明专利]化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法

权利要求书

1.一种化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于：根据具体开采条件下采动覆岩导水裂隙带的发育特征，确定开采区域内覆岩导水裂隙带沟通地层含水层的分布范围信息，同时获取富含碳酸盐岩矿物岩层的信息；在导水裂隙带沟通地层含水层的开采区域中由地表向处于导水裂隙带范围内、地层含水层以下富含碳酸盐岩的目标岩层中施工钻孔，富含碳酸盐岩的目标岩层中存在大量裂隙分布，通过钻孔向目标岩层裂隙中注入化学软化剂，使化学软化剂与目标岩层中的碳酸盐岩矿物充分反应，从而促进碳酸盐岩的岩体结构软化，促使岩体中的张拉裂隙在采动地层应力的作用下逐步发生闭合，降低其导水能力，实现采动裂隙的人工促进自修复和地下含水层保护；

具体步骤如下：

a．在开采区域上方利用地质钻孔柱状判断地层含水层位置，同时结合覆岩导水裂隙带高度判断地层含水层受采动破坏的采煤区域；若导水裂隙带高度范围内存在含水层，则判断对应区域导水裂隙带已沟通含水层，需要进行保水修复施工，若导水裂隙带高度范围内不存在含水层，则无需进行保水修复施工；

b．对需要进行保水修复处进行施工：在导水裂隙带已沟通含水层的开采区域中，对相对应的导水裂隙带范围内、含水层以下的各岩层进行取样，并测试各岩层的矿物成分，从而确定出富含碳酸盐岩矿物的目标岩层；

c．在导水裂隙带沟通地层含水层的采区对应地表向下施工软化剂注入钻孔，钻孔类型可根据地表的施工条件来确定：若开采区域对应地表具备钻场布置的施工条件，则选择采用地表垂直钻孔；否则需要选择在开采区域之外的地表合适位置布置钻场施工水平定向钻孔；

d.向软化剂注入钻孔中注入易于碳酸盐岩矿物发生反应的化学软化剂，使化学软化剂与目标岩层中的碳酸盐岩矿物充分反应，促使碳酸盐岩的岩体结构发生塑性流变，塑性流变后的碳酸盐岩岩层在采动地层水平应力的挤压和采动地层垂直应力的压实双重作用下，使处于目标岩层中的压裂裂隙和张拉裂隙逐渐闭合，从而有效降低张拉裂隙区岩层的导水能力，实现采动裂隙的人工促进自修复和地下含水层保护。

2.根据权利要求1所述的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于不同类型钻孔的设置步骤如下：

若软化剂注入钻孔为地表施工垂直钻孔，则钻孔平面位置位于采区边界外侧附近，距离开采边界的水平距离为目标岩层层位对应导水裂隙带轮廓线与开采边界的距离，终孔位置为富含碳酸盐岩矿物的目标岩层的垂向中部；若所述导水裂隙带沟通地层含水层的开采区域走向和倾向尺寸超过300m时，则沿走向或倾向间隔300m布置垂直钻孔；

若在地表施工水平定向钻孔，则钻孔的水平段的轨迹应沿着富含碳酸盐岩矿物的目标岩层的层位，并处于导水裂隙带轮廓线的侧向偏移位置。

3.根据权利要求2所述的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于：所述垂直钻孔应从地表直至含水层底界面以下10m范围内进行套管护孔，套管材质为耐酸腐蚀性的高强度聚合物材料；所述水平定向钻孔应从地表直至进入导水裂隙带范围前进行套管护孔，套管材质为耐酸腐蚀性的高强度聚合物材料，所述耐酸腐蚀性的高强度聚合物材料为PVC。

4.根据权利要求1所述的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于：所述导水裂隙带高度根据钻孔冲洗液漏失量法这一现场实测方法进行工程探测，或者利用“基于关键层位置的导水裂隙带高度的预计方法”的理论计算方法进行判断。

5.根据权利要求1所述的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于：所述含水层以下各岩层的矿物成分进行取样测试采用X衍射仪进行测试，并将含有碳酸盐岩矿物成分含量最多的岩层确定为注入化学软化剂的富含碳酸盐岩矿物的目标岩层。

6.根据权利要求1所述的化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法，其特征在于：所述化学软化剂为酸性化学物溶液，包括盐酸或硫酸或氢氟酸，质量分数为15%-20%。