一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法

1.本发明涉及一种回收煤柱资源的方法，尤其涉及一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法。


背景技术：

2.2021年我国新能源消费总量为52.4亿吨标准煤，其中煤炭消费量占能源消费总量的56.0％，煤炭资源在我国经济发展中依旧占据主导地位。随着煤炭资源开采强度及深度的日益增加，我国煤炭开采的地质水文条件也日益复杂；特别是在矿井地质条件复杂的地区，很多矿井已由前期构造简单的采区转移至现在构造复杂的采区。而在煤矿井下地质构造中，断层是最为常见的地质构造。在我国，约80％的水害事故与断层有关，断层的存在不仅改变了岩体的力学性质，还改变了原岩应力场、采动应力场的传播方向、传播距离，还严重影响岩体的渗透性质，在矿压和水压的共同作用下有可能发生错动活化并伴随着裂隙产生，为突水通道的形成提供条件。现如今，针对断层突水的主要防治手段之一是留设一定宽度的防隔水煤(岩)柱。留设的煤柱一方面可以阻止断层水进入工作面，另一方面可以保证煤层采动效应不会影响到工作面附近的断层。然而，在实际开采过程中，这一部分被留设的煤柱作为永久性保护煤柱，并不会随着工作面的回采而被采出，形成了断层附近压煤量大的情况，造成煤炭资源的严重浪费，进一步加剧了煤炭资源的紧张形式。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法。
4.为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，于注浆目标位置区域采用超前预注浆形成注浆帷幕的方法进行注浆改造，按“探-注-验-掘”的工序进行巷道掘进，通过缩小断层煤柱留设宽度甚至不需留设，完成断层煤柱资源的回收。
5.进一步地，回收断层煤柱资源的方法具体包括以下处理步骤：
6.s1、临近断层位置开掘区段平巷；
7.s2、对掘进头前方构造、含水异常区及巷道临近的断层进行探查；
8.s3、确定钻场位置，设计各钻场的注浆所需钻孔；
9.s4、利用注浆钻孔，采用帷幕注浆法注入浆液，加固断层区域破碎岩体；
10.s5、检验注浆改造效果，以判断改造后的地质条件是否满足当前巷道继续掘进以及后续工作面的安全开采；
11.s6、注浆改造效果检验合格后进行巷道掘进；
12.s7、形成“探-注-验-掘”工序循环进行的巷道掘进过程，实现对断层煤柱资源的回收。
13.进一步地，在留设小煤柱或不留煤柱的既定位置处开始掘进区段平巷。
14.进一步地，通过钻探、物探的方式对掘进头前方区域进行构造、含水异常区的探查，同时对巷道邻近的断层情况进行探测。
15.进一步地，结合超前预注浆工程中浆液的扩散范围确定合理的钻场位置，根据注浆治理区设计各钻场钻孔数量，并分配好注前探查孔、注浆钻孔、注后检查孔。
16.进一步地，对于注浆钻孔的终孔位置需达到断层位置并确保浆液扩散范围完全包含断层破碎带。
17.进一步地，检验注浆改造效果的方式包括物探法、检测孔取芯法、p-q-t曲线分析法，检验标准为断层破碎区域岩体性质转变为正常地段岩体性质，满足巷道继续掘进及后续工作面安全开采的条件。
18.进一步地，在巷道掘进过程中，循环进行“探-注-验-掘”工序以保证完整巷道附近断层破碎区域被完全注浆加固并形成注浆帷幕。
19.本发明公开了一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，通过帷幕注浆法对断层破碎区域进行注浆改造，为近断层煤层安全开采提供支撑条件，实现断层煤柱资源的回收，在减少煤炭资源浪费的同时有助于缓解现如今煤炭资源的紧张的形式；结合超前预注浆，在巷道掘进头布置钻场对断层破碎区域进行注浆，避免额外注浆措施巷的布置，有效缩短开采前巷道掘进工期，减少巷道掘进费用。
附图说明
20.图1为本发明的流程示意图。
21.图2为未对断层进行注浆改造下的巷道布置情况示意图。
22.图3为本发明注浆改造后巷道与断层位置关系平面示意图。
23.图4为图3中
ⅰ‑ⅰ
处巷道与断层位置关系剖面示意图。
24.图中：1a、改造前断层；2a、断层煤柱；3a、改造前工作面风巷；4a、改造前工作面机巷；5a、改造前回采工作面；
25.1、运输上山；2、轨道上山；3、改造后断层；4、改造后工作面风巷；5、改造后工作面机巷；6、切眼；7、钻场；8、注浆钻孔；9、浆液扩散范围；10、注浆加固区域；11、未注浆条件下机巷位置；12、多采煤柱面积；13、改造后回采工作面。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.本发明公开了一种基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，在巷道掘进过程中对注浆目标区域采用超前预注浆形成注浆帷幕的方法进行注浆改造，按“探-注-验-掘”的工序进行巷道掘进，实现断层煤柱留设宽度缩小甚至不需留设，从而使断层煤柱资源予以解放，完成断层煤柱资源的回收。
28.其中，“探”指通过钻探、物探等方式对掘进头前方区域进行构造、含水异常区的探查，同时对巷道邻近的断层情况进行探测；根据钻探、物探对断层的探查情况并结合煤层、断层及含水层之间的层位关系，对预注浆断层有整体把握。
[0029]“注”是指对注浆目标位置进行注浆改造，注浆目标位置是断层破碎带及含水层临近断层区域；在进行注浆改造时注浆位置位于巷道掘进头处，注浆钻孔采用超前预注浆布
置。
[0030]“验”指对注浆效果进行检验，确保改造后条件满足当前巷道继续掘进以及后续工作面的安全开采。
[0031]“掘”指完成前述“探-注-验”后继续进行巷道掘进。并且，在巷道掘进过程中，“探-注-验-掘”循环进行以保证完整巷道附近断层破碎区域被完全注浆加固并形成注浆帷幕，从而达到有效地对断层注浆改造而实现断层煤柱回收的目的。
[0032]
由此，对于本发明所公开的基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，如图3、图4所示，具体包括以下处理步骤：
[0033]
s1、临近断层位置开掘区段平巷；
[0034]
s2、对掘进头前方构造、含水异常区及巷道临近的断层进行探查；
[0035]
具体可通过钻探、物探等方式对掘进头前方区域进行构造、含水异常区的探查，同时对巷道邻近的断层情况进行探测。
[0036]
s3、确定钻场位置，设计各钻场的注浆所需钻孔；
[0037]
需结合超前预注浆工程中浆液的扩散范围确定合理的钻场位置，根据注浆治理区设计各钻场钻孔数量，并合理分配好注前探查孔、注浆钻孔、注后检查孔；对于注浆钻孔的终孔位置需达到注浆目标位置，即需达到断层位置并确保浆液扩散范围完全包含断层破碎带。
[0038]
s4、利用注浆钻孔，采用帷幕注浆法注入浆液，加固断层区域破碎岩体；
[0039]
通过前期布置好的注浆钻孔将配制好的浆液高压注入断层破碎带及含水层临近断层区域，实现加固断层区域破碎岩体的目的，从而破坏了断层作为导水通道的条件，为近断层煤层安全开采条件的形成提供基础。所采用的浆液根据具体需求预先按设计参数配制好。
[0040]
s5、检验注浆改造效果，以判断改造后的地质条件是否满足当前巷道继续掘进以及后续工作面的安全开采；
[0041]
可通过物探法、检测孔取芯法、p-q-t曲线分析法等检验注浆改造效果，需尽可能使断层破碎区域岩体性质转变为正常地段岩体性质，以确保改造后的地质条件满足当前巷道继续掘进以及后续工作面的安全开采。
[0042]
s6、注浆改造效果检验合格后继续进行巷道掘进；
[0043]
注浆改造效果检验合格后继续进行巷道掘进，并且，在巷道掘进过程中，循环进行“探-注-验-掘”工序以保证完整巷道附近断层破碎区域被完全注浆加固并形成注浆帷幕。
[0044]
s7、形成“探-注-验-掘”工序循环进行的巷道掘进过程，实现对断层煤柱资源的回收。
[0045]
通过注浆改造，工作面的布置更加靠近断层，使断层煤柱留设宽度缩小甚至不需留设，作为永久保护煤柱使用的断层煤柱留设量的明显减少，实现了断层煤柱资源的解放，完成了本发明断层煤柱资源的回收。
[0046]
下面结合图2-图4对本发明所公开的基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法做进一步说明。
[0047]
未对断层进行注浆改造下巷道布置情况如图2所示，在断层破碎地段，未对断层进行注浆改造前，需采取留设一定宽度煤柱的方法来实现附近煤层的安全开采。煤柱的留设
宽度依据国家现行规定对断层防隔水煤(岩)柱宽度进行计算，由于受断层附近岩体的破碎程度、含水层的水压、导水通道的导通性等因素影响，所留设的断层防隔水煤(岩)柱宽度最小也是20m。在实际开采过程中，这一部分煤柱作为永久保护煤柱，并不会随着工作面的回采而被采出，导致断层附近压煤量大，煤炭资源浪费十分严重。从图2中可以看出，留设的断层煤柱2a的宽度较大，同时，图2也展示了改造前工作面风巷3a、改造前回采工作面5a、改造前工作面机巷4a的布置。
[0048]
采用本发明所公开的基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，巷道布置情况如图3和图4所示，其中，图3展示了巷道与断层位置关系的平面示意，图4展示了图3中
ⅰ‑ⅰ
处巷道与断层位置关系剖面示意。
[0049]
如图3所示，结合浆液的扩散范围9确定出钻场7的位置，在钻场布置注浆钻孔8，注浆钻孔8为定向斜孔；循环进行“探-注-验-掘”工序，形成注浆后帷幕结构10。由图4可知，对断层进行了注浆改造后，实现了加固断层破碎区域岩体，基本消除断层作为导水通道对工作面安全开采所造成的威胁。基于此，工作面风巷4的布置更靠近断层的位置，留设的断层煤柱的宽度明显缩小，解放了断层煤柱资源，实现了断层煤柱资源的回收。煤炭资源回收率显著提高，实现了由被动留设断层防隔水煤柱到主动治理断层破碎区域的转变，具有非常可观的经济社会效益，且缓解了煤炭资源的紧张形式。
[0050]
由此，对于本发明所公开的基于超前预注浆回收断层煤柱资源的方法，采用超前预注浆，在掘进区段平巷中布置钻场及定向斜孔并通过帷幕注浆法对断层破碎区域进行注浆改造。围绕“断层破碎带及断层附近含水层注浆改造
→
破坏断层作为导水通道的条件
→
近断层煤层安全开采条件的形成并检验
→
基于超前预注浆的
‘
探-注-验-掘’采掘工序回收断层煤柱”这一主线，由措施治理为主向工程治理为主转变，创新性提出注浆改造断层破碎区域安全高效回采断层煤柱的新方法。
[0051]
本发明结合超前预注浆形成注浆帷幕的方法，按“探-注-验-掘”的工序进行巷道掘进，避免额外注浆措施巷的布置，有效缩短工作面回采前巷道掘进工期，减少巷道掘进费用，在提高开采效率的同时降低开采成本。同时，通过对断层破碎区域的注浆改造，巷道附近断层破碎区域被完全注浆加固并形成注浆帷幕，为断层煤柱缩小甚至不留煤柱提供安全技术保障，使得断层煤柱资源予以解放，符合安全绿色高效开采煤炭资源的环保理念，减少煤炭资源浪费的同时有助于缓解现如今煤炭资源的紧张的形式。
[0052]
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。