一种回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法

1.本技术涉及煤矿安全开采技术领域，特别涉及一种回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法。


背景技术：

2.伴随着随着经济发展，对煤炭等能源的需求越来越大，浅部资源濒临枯竭，深部煤炭受底板奥灰水等含水层影响，特别是过断层条件下需要留设防水煤柱，降低了煤炭资源的回收率。通过注浆加固可以缩短防水煤柱留设宽度，一定程度上提高了煤炭采出率。
3.目前，针对提高断层防水煤柱回收率主要是对底板进行隔水层注浆改性，但是资源回收率仍然较低，且底板含水层水体可能通过断层导入防水煤柱或煤柱顶板涌入工作面造成突涌水事故。
4.因此，需要提高断层防水煤柱回收率进行全面的注浆以保证安全开采。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供一种回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法，包括：步骤s101、将影响断层防水煤柱开采的区域划分为断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区；步骤s102、对底板和断层带进行第一次抽水试验，以确定所述底板和所述断层带的富水性，并对所述底板和所述断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止所述第一次疏放水；步骤s103、分别对所述工作面底板注浆加固区、所述断层带注浆加固区、所述断层煤柱注浆区、所述断层煤柱顶板注浆加固区进行注浆加固；步骤s104、对所述底板和所述断层带进行第二次抽水试验，确定底板和断层带的富水性，并对所述底板和所述断层带进行第二次疏放水，直至单位涌水量小于等于预设涌水阈值，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。
8.优选的，在步骤s101之前，所述回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法还包括：基于断层防水煤柱回收率开采数值试验，确定底板含水层的突水路径；其中，所述突水路径包括底板突水路径、断层带连接防水煤柱突水路径、断层带连接煤柱顶板突水路径。
9.优选的，在步骤s101中，根据所述突水路径、工作面与所述断层防水煤柱的留设空间位置关系，将影响断层防水煤柱开采的区域划分为断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区。
10.优选的，在步骤s103中，对所述工作面底板注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，以增加底板隔水层厚度，并封堵存底板突水路径；对所述断层带注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，以充填断层带破碎岩体裂隙，并封堵所述断层带连接防水煤柱突水路径、所述断层带连接煤柱顶板突水路径中的断层带部分；对所述断层煤柱注浆区施打注浆
孔，进行注浆加固，封堵断层带连接防水煤柱突水路径；对所述断层煤柱顶板注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，封堵断层带连接煤柱顶板突水路径。
11.优选的，所述工作面底板注浆加固区、所述断层带注浆加固区、所述断层煤柱顶板注浆加固区采用第一注浆材料进行注浆加固，注浆压力至少大于含水层压力1mpa；其中，所述第一注浆材料为水泥浆或掺杂粉煤灰的水泥浆，所述掺杂粉煤灰的水泥浆中水灰比为0.5:1～0.7:1。
12.优选的，所述断层煤柱注浆区采用第二注浆材料进行注浆加固，注浆压力为1～2mpa；其中，所述第二注浆材料的浆液比为0.5:1～0.7:1。
13.优选的，步骤s102具体为：向所述工作面底板注浆加固区和所述断层带注浆加固区施打水文地质钻孔，以分别对所述底板和所述断层带进行第一次抽水试验，确定所述底板和所述断层带的富水性；然后，根据钻孔涌水量对所述底板和所述断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止所述第一次疏放水。
14.优选的，所述底板中所述水文地质钻孔的数量为3～6个，所述底板中所述水文地质钻孔的长度根据所述底板与所述含水层的垂直距离确定；和，所述断层带中所述水文地质钻孔的数量为2～4个，所述断层带中所述水文地质钻孔的长度根据煤柱留设宽度和所述断层带的宽度确定。
15.优选的，所述预设涌水范围为(0.1，1]l/(s
·
m)；所述预设涌水阈值为0.1l/(s
·
m)。
16.有益效果：
17.本技术提供的回采断层防水煤柱的分区注浆施工技术中，首先将影响断层防水煤柱开采的区域划分为断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区；接着，对底板和断层带进行第一次抽水试验，确定底板和断层带的富水性，并对底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水；然后，分别对工作面底板注浆加固区、断层带注浆加固区、断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区进行注浆加固；最后，对底板和断层带进行第二次抽水试验，确定底板和断层带的富水性，并对底板和断层带进行第二次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水阈值，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。籍此，通过对断层防水煤柱回采区域进行详细的注浆分区划分，对底板、断层带先疏放水，再按照划分的注浆分区进行分区注浆，有效解决断层煤柱回采时的突涌水问题，使断层防水煤柱的回采治理更加全面、科学，有效提高断层防水煤柱回收率。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
19.图1为根据本技术的一些实施例提供的一种回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法的流程示意图；
20.图2为根据本技术的一些实施例提供的断层防水煤柱存在的突涌水路径示意图；
21.图3为根据本技术的一些实施例提供的煤柱底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打水文地质钻孔示意图；
22.图4为根据本技术的一些实施例提供的断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打注浆钻孔示意图。
具体实施方式
23.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
24.如图1、图2所示，该回采断层防水煤柱的分区注浆施工方法包括：
25.步骤s101、将影响断层防水煤柱开采的区域划分为断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区；
26.本技术中，在对影响断层防水煤柱开采的区域进行划分之前，根据断层防水煤柱开采区域的突水路径，对影响断层防水煤柱开采的区域进行划分。也就是说，通过对断层防水煤柱回采过程中塑性区的演化分析，找到底板含水层连通塑性区的突水通道，根据这些突水通道对影响断层防水煤柱开采的区域进行划分。
27.具体的，基于断层防水煤柱回收率开采数值试验，确定底板含水层的突水路径；其中，突水路径包括底板突水路径、断层带连接防水煤柱突水路径、断层带连接煤柱顶板突水路径。在此，断层防水煤柱回收率开采数值试验主要通过工作面的工程地质参数(地应力、岩层柱状图、底板含水层、工作面开采几何参数)和岩体力学参数(煤层及顶底板岩体力学参数，如单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角)，建立断层防水煤柱演化模型，并基于断层防水煤柱演化模型对断层防水煤柱回采进行模拟计算，根据模拟计算的结果确定断层防水煤柱回采过程中塑性区的演化过程，进而确定底板含水层连通塑性区的突水路径。
28.然后，根据突水路径、工作面与断层防水煤柱的留设空间位置关系，将影响断层防水煤柱开采的区域划分为断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区、工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区。具体的，工作面开采，遇到断层留设防水煤柱时，在工作面(包括煤层和顶底板岩层)、断层煤柱、断层带、底板含水层等的开采设计中，找到缩短断层开采条件下存在的主要突水路径，以突水路径为条件对注浆进行分区。
29.其中，断层煤柱注浆区为整个留设的断层防水煤柱；断层煤柱顶板注浆加固区为整个留设的断层防水煤柱的上部岩层，高度从煤柱顶部至断层另一盘煤柱底部的区域；工作面底板注浆加固区为沿断层带边界至工作面另一端，高度从工作面底板至隔水层顶部的区域；断层带注浆加固区为高度为断层防水煤柱至断层与含水层交界处，宽度为断层带宽度的区域。
30.步骤s102、对底板和断层带进行第一次抽水试验，以确定底板和断层带的富水性，并对底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水；
31.本技术中，通过第一次抽水试验，确定底板和断层带的富水性，尤其是钻孔涌水量和单位涌水量，然后根据钻孔涌水量和单位涌水量对底板和断层带进行疏放水。具体的，向
工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打水文地质钻孔，以分别对底板和断层带进行第一次抽水试验，确定底板和断层带的富水性；然后，根据钻孔涌水量对底板和断层带进行第一次疏放水，直至单位涌水量达到预设涌水范围，停止第一次疏放水。
32.本技术中，既可以根据单位涌水量确定是否停止第一次疏放水，也可以根据钻孔涌水量确定是否停止第一次疏放水。具体的，当单位涌水量达到q∈(0.1，1]l/(s
·
m)时，或者，钻孔涌水量q∈(60，600]m3/h时，即可停止第一次疏放水。
33.在第一次疏放水时，采用矿用地质钻机向工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打直径为70～90mm水文地质钻孔，其中，底板中水文地质钻孔的数量为3～6个，断层带中水文地质钻孔的数量为2～4个；底板中水文地质钻孔的长度根据底板与含水层的垂直距离确定，断层带中水文地质钻孔的长度根据煤柱留设宽度和断层带的宽度确定。具体的，底板中水文地质钻孔施打至距离底板含水层顶部1～2米，断层带中水文地质钻孔的长度为煤柱宽度和断层带厚度的一半的和。
34.步骤s103、分别对工作面底板注浆加固区、断层带注浆加固区、断层煤柱注浆区、断层煤柱顶板注浆加固区进行注浆加固。
35.具体的，对断层带注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，以增加底板隔水层厚度，并封堵底板突水路径。也就是说，通过对断层带注浆加固区进行注浆加固，增大底板含水层厚度，实现了存在的含水层连通底板的突涌水通道的封堵。
36.对断层带注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，以充填断层带破碎岩体裂隙，封堵断层带连接防水煤柱突水路径、断层带连接煤柱顶板突水路径中的断层带部分。也就是说，通过对断层带注浆加固区注浆加固，将断层带破碎岩体裂隙进行充填，实现了含水层连通断层带的突涌水通道的封堵。
37.对断层煤柱注浆区施打注浆孔，进行注浆加固，封堵断层带连接防水煤柱突水路径。也就是说，通过对断层煤柱注浆区注浆加固，一方面，封堵煤柱连接断层带的突涌水通道；另一方面，提高了煤柱完整性和煤柱强度，有利于后续断层防水煤柱的回采。
38.对断层煤柱顶板注浆加固区施打注浆孔，进行注浆加固，封堵断层带连接煤柱顶板突水路径。也就说，通过对断层煤柱顶板注浆加固区注浆加固，实现了对煤柱顶板连接断层带的突涌水通道的封堵。
39.本技术中，依据断层防水煤柱开采时，与含水层导通的先后顺序，首先对断层带注浆加固区、断层带注浆加固区进行注浆加固，然后，对断层煤柱注浆区进行注浆加固，最后，对断层煤柱顶板注浆加固区进行注浆加固。
40.在对各分区进行注浆加固过程中，工作面底板注浆加固区、断层带注浆加固区、断层煤柱顶板注浆加固区采用第一注浆材料进行注浆加固，注浆压力至少大于含水层压力1mpa。其中，第一注浆材料为水泥浆或掺杂粉煤灰的水泥浆，掺杂粉煤灰的水泥浆中水灰比为0.5:1～0.7:1。
41.对断层煤柱注浆区采用第二注浆材料进行注浆加固，浆液比为0.5:1～0.7:1，注浆压力约1～2mpa。第二注浆材料为煤炭洗选和使用影响较小的化学有机材料，比如，丽散、水溶性聚氨酯、脲醛树脂等。籍此，一方面可以消除注浆对断层防水煤柱的影响，使得断层防水煤柱在在回采后，可以方便的进行后续加工利用，比如，发电、煤化加工等；另一方面，便于对微小裂隙进行充填，提高煤柱的完整性。
42.步骤s104、对底板和断层带进行第二次抽水试验，确定底板和断层带的富水性，并对底板和断层带进行第二次疏放水，直至单位涌水量小于等于预设涌水阈值，对工作面进行断层防水煤柱回收开采。
43.本技术中，第二次抽水试验、第二次疏放水可采用与第一次抽水试验、第一次疏放水相似的操作，不同之处在于，对工作面底板注浆加固区和断层带注浆加固区施打直径为70～90mm的水文地质钻孔时，底板中钻孔数量为3个，长度根据底板与含水层垂直距离确定；断层带中钻孔数量为2个，长度根据煤柱留设宽度和断层带宽度确定。在第二次疏放水时，当单位涌水量q≤0.1l/(s
·
m)或者钻孔涌水量q≤60m3/h时，认为满足断层方式煤柱开采时的水压、突水系数等指标要求，可以进行断层防水煤柱的回收开采。
44.籍此，通过对断层防水煤柱回采区域进行详细的注浆分区划分，对底板、断层带先疏放水，再按照划分的注浆分区进行分区注浆，有效解决断层煤柱回采时的突涌水问题，使断层防水煤柱的回采治理更加全面、科学，有效提高断层防水煤柱回收率。
45.以上仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。