[发明专利]一种浅埋煤层的保水开采方法及其应用

说明书

本发明提供了一种浅埋煤层的保水开采方法，包括如下步骤：S2通过地表裂缝确定覆岩中导水裂隙位置，划定封堵区域；S3利用冻结法在划定的封堵区域封堵导水裂隙；S4通过注浆法对隔水层的导水裂隙进行修复。本发明方法提供了一种新的保水开采方法，针对浅埋高强度开采煤层，在不减少资源采出的基础上，通过对于覆岩破坏规律的研究，提出了一种先利用冻结法封堵再利用注浆法修复的保水开采方法。相较于直接进行注浆，本发明不但减少了在采动期间对含水层的破坏，而且还利用覆岩的自修复过程减少注浆量降低了成本，是一种适用于我国西部矿区的保水开采方法。

技术领域

本发明涉及一种浅埋煤层的保水开采方法及其应用，属于煤炭开采领域。

背景技术

目前，保水开采目标是通过控制导水裂隙带发育高度，避免或减少开采对含水层的破坏。其中常用的是充填开采和部分开采，部分开采又包括限高开采、分层开采、条带开采和预留煤柱等。充填开采是一种置换型开采，煤炭采出后将其他材料充入开采空间，常用的有利用矸石、粉煤灰以及其他材料等制作成固态、膏体状或液态的材料，按照一定比例混合后对采空区进行充填，以降低覆岩破坏高度；部分开采则是通过减少煤炭采出量，保留一部分煤炭用于支撑开采空间，避免或降低覆岩破坏高度的一种资源损失型减损开采方法，常用降低采高、分层开采或是预留煤柱等方法降低开采对于覆岩的破坏程度。但充填或部分开采方法不适用于西部矿区实际开采要求。充填开采的充填量直接与减损效果成正比，西部矿区大范围充填成本巨大，小范围充填又很难达到控制效果，而部分开采又带来煤炭低采出率和低效率的问题，因此均难以适用西部保水开采。基于此，亟需探索出适用于西部矿区的保水开采方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种浅埋煤层的保水开采方法，通过对导水裂隙进行冻结封堵和注浆修复，在最大程度上减少开采对于含水层的破坏，在确保资源最大回收率的基础上，实现煤炭开采及水资源保护的协调发展。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种浅埋煤层的保水开采方法，包括如下步骤：

S2通过地表裂缝确定覆岩中导水裂隙位置，划定封堵区域；

S3利用冻结法在划定的封堵区域封堵导水裂隙；

S4通过注浆法对隔水层的导水裂隙进行修复。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2包括：

2A获取地表裂缝的宽度及分布数据；

2B确定覆岩中导水裂缝位置；

2C划定封堵区域。

西部矿区多为浅埋煤层，煤炭开采时覆岩无法形成“三带”，导水裂隙带大多直接到达地表，对含水层造成极大破坏。研究表明，浅埋煤层开采时，覆岩受采动影响会出现“上行裂隙”与“下行裂隙”。“上行裂隙”是由采动后顶板垮落和离层下沉形成的自下而上发育的导水裂隙带，“下行裂隙”则是由隔水岩组下沉作用而产生的自上而下发育的拉伸裂隙。其中，“上行裂隙”和“下行裂隙”均在开采边界处较为集中且发育高度较大，这就导致二者容易导通进而破坏含水层。又因西部矿区松散层多为风积沙覆盖层，“下行裂隙”通常会连通松散层形成地表裂缝。由于是浅埋煤层导水裂缝通常与地表裂缝联通，因此将地表主裂缝位置视为导水裂隙位置。地表主裂缝的评判标准：长度大于100m或宽度大于20cm的地表裂缝通常为贯通裂缝，即被视为主裂缝。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤S3包括：

3A在划定的封堵区域打冻结孔；

3B将冻结管送入冻结孔中，在冻结管中安装冻结器；

3C向冻结管中加入盐水，使盐水在冻结器附近冻结形成冻结壁。

根据本发明的优选实施方式，所述冻结孔的数量根据裂缝的长度和宽度确定，冻结管的冻结半径在5-10m，冻结管数量应确保地表主裂缝均在冻结范围内。