[发明专利]一种煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法

权利要求书

1.一种煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，分析顶底板含、隔水层分布特征及其与煤层的空间关系，确定采动顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度；

步骤2，根据步骤1得到的顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度确定顶板和底板含水层减水改造层位和厚度；

步骤3，根据顶板导水裂隙带和底板破坏带所波及范围确定顶板和底板含水层减水改造区域面积；

步骤4，分析顶板和底板含水层减水改造区域钻孔爆燃裂隙数量、长度与爆燃参数的响应特征，确定爆燃预裂所用火药装药体积、质量和结构参数，进行爆燃预裂；

步骤5，通过室内试验确定顶板和底板含水层减水改造区域耗水材料及适用性配比，得到适用性耗水浆液；

步骤6，基于室内试验和数值计算分析顶板和底板含水层减水改造区域高压劈裂注浆裂隙起裂与不同地应力水平、钻孔参数的关系，结合地应力分布特征和顺层孔施工工艺，确定注浆孔空间布置参数和高压劈裂注浆终结压力，注浆孔空间布置参数包括顺层孔空间间距、长度和方位。

2.如权利要求1所述的煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法，其特征在于，所述步骤1包括：基于统计经验公式计算顶板导水裂隙带高度、基于理论计算公式计算底板破坏带深度以及基于数值模拟计算顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度；综合比较上述三种计算结果，确定采动顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度的最大值，作为采动顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度。

3.如权利要求2所述的煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法，其特征在于，所述统计经验公式采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》及《煤矿防治水手册》中导水裂隙带预计高度计算公式；

所述理论计算公式包括基于弹性理论的采场岩体边缘底板最大破坏深度计算公式、基于弹性理论的长臂工作面底板破坏深度计算公式和基于塑性理论的底板破坏深度计算公式；三种理论计算公式得到的底板破坏带深度最大值作为基于理论计算公式得到的底板破坏带深度；

所述数值模拟计算为基于FLAC3D数值模拟计算顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度，包括构建与地质、水文地质、地层结构、煤层回采工艺参数相一致的数值计算模型，并对不同进尺煤层采动过程进行数值模拟计算，得到不同回采进尺下采动顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度，分析判断充分采动节点，获取采动后顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度的最大值作为基于数值模拟计算顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度。

4.如权利要求1所述的煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1，根据步骤1得到的顶板导水裂隙带高度和底板破坏带深度与顶板含水层和底板含水层的关系，分别确定顶板含水层减水改造层位和底板含水层减水改造层位，减水改造层位位于顶板导水裂隙带和底板破坏带所波及的各个含水层中富水性最好的含水层；

步骤2.2，根据步骤1得到的导水裂隙带高度和底板破坏带深度范围内富水性最好的含水层确定减水改造厚度；当该富水性最好的含水层厚度较大且导水裂隙带和底板破坏带仅波及其下部部分并未涵盖该含水层时，减水改造厚度应大于导水裂隙带和底板破坏带所波及该含水层部分的厚度；当该富水性最好的含水层厚度较小且位于导水裂隙带和底板破坏带范围内时，减水改造厚度应不小于该含水层厚度。

5.如权利要求1所述的煤层顶底板含水岩层水平孔超前注浆改造方法，其特征在于，所述步骤3中：当采区采动顶板导水裂隙带和底板破坏带在相同水文地质边界范围和断层边界范围内，以采区采动顶板导水裂隙带和底板破坏带所波及范围为含水层减水改造区域面积；当采区采动顶板导水裂隙带和底板破坏带所波及范围在不同的水文地质边界范围和断层边界范围内，以采区采动顶板导水裂隙带和底板破坏带所波及范围与水文地质边界范围和断层边界范围组合得到含水层减水改造区域面积。