[发明专利]一种离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵的联合减沉方法

说明书

本发明公开了一种离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵的联合减沉方法；针对因采空区大幅垮塌引起离层及导水裂隙带明显发育的情况。采用钻杆开展井下定向钻孔至离层空间内，利用窥视镜对离层空间形貌进行观测，通过大直径钻杆将带有注浆管的囊袋及双控导流阀通过大钻杆推至离层空间，待囊袋及双控导流阀到达预定位置后将大直径钻杆提出。囊袋布设间距按照离层体积大小和水泥浆扩散半径计算获得；采用双控导流注浆，先行对囊袋开展注浆充填，实现间隔式囊袋充填支撑离层上覆岩层，利用水泥浆性能确保导水裂隙带封堵效果，配合注浆管路布设的注浆流量计及注浆压力计，实现对注浆量与注浆流量的精准、实时监测最终实现离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵的联合减沉方法。

背景技术

煤炭作为我国现阶段核心能源地位短期不会发生改变，但随着我国煤炭产量逐年提高，带来了诸多开采损害问题，对于地表生态及地下水环境产生显著影响。特别是针对鄂尔多斯盆地生态脆弱区而言，干旱少雨，水资源匮乏，生态环境脆弱，大规模开采煤炭资源与生态环境保护的矛盾十分突出。前期煤炭开采大量实践表明：煤炭开采会改变地下应力场的分布状态，引起煤层上覆和下伏岩层产生形变，地表发生沉降、塌陷和开裂，使原有地质条件发生变化，地下水流场受到影响，维系地表生态系统的地下水出现渗漏或水位下降，导致生态系统退化，诸上问题严重制约着当地煤炭资源开采的可持续发展。因此，探索一套适用于煤矿巷道井下综合减损技术方法，是现阶段生态脆弱区绿色、高效采煤的重要现实需求。

按照生态文明建设环境保护优先、自然恢复为主的总体要求，在煤矿开采时应尽量减少和控制采动对生态环境的损害，目前，防止煤矿上部地层塌陷导致地面沉陷；

地表向下钻孔注浆方案；其具体实践方式为：由地表建设专门注浆站向下钻孔至注浆岩层进行注浆。该技术总体成熟、可靠，但因建设注浆设施需要对地表环境进行改造，对陕北相对脆弱的地表生态环境会产生一定程度破坏；且若遇到地表环境复杂情况无法建设注浆设施时，注浆施工将极为困难且经济效益不佳。此外，该方法的总体经济成本偏高，特别是采用离层空间全域充填方式，加之现阶段的注浆材料造价抬升，最终造成的注浆成本普遍偏高。

目前而言，对于离层内注浆方法，现阶段多采用地面向下钻孔进入离层进行全离层注浆，未见采用井下定向钻孔对离层进行先行间隔囊袋注浆支撑、后导水裂隙带注浆封堵的联合减损方法报道。

发明内容

本发明主要：针对因采空区大幅垮塌引起离层及导水裂隙带明显发育的情况。首先，采用钻杆开展井下定向钻孔至离层空间内，利用窥视镜对离层空间形貌进行观测，通过大直径钻杆将带有注浆管的囊袋及双控导流阀通过大钻杆推至离层空间，待囊袋及双控导流阀到达预定位置后将大直径钻杆提出。其中，囊袋布设间距按照离层体积大小和水泥浆扩散半径计算获得；而后，采用“双控导流注浆”技术，先行对囊袋开展注浆充填，实现间隔式囊袋充填支撑离层上覆岩层，待囊袋完成预定注浆量并形成有效支撑后，切换注浆通道，选择添加速凝剂控制初凝时间的水泥浆对离层下部导水裂隙带进行有效封堵，把控水泥浆初凝时间确保注浆凝结效果。同时，配合注浆管路布设的注浆流量计及注浆压力计，实现对注浆量与注浆流量的精准、实时监测最终实现离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵。

本发明基于如下步骤进行实现：

一种离层内囊袋注浆与导水裂隙带封堵的联合减沉方法，包括以下步骤：

第一步、采用钻杆开展井下定向钻孔作业方式并基于钻孔内窥镜观测手段，确定离层空间分布、导水裂隙带高度，进而确定注浆囊袋所需注浆量及注浆压力；

第二步、参考煤矿井下注浆材料性能测试相关标准，开展室内试验研究，获得浆液材料及合适配合比，并依据室内试验确定浆液扩散半径、扩散速度，并选择合适的速凝剂、早强剂，确定合适的配合比及实现初凝时间的精确把控；