本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采沉陷控制領(lǐng)域，具體為一種底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著煤炭資源開(kāi)采技術(shù)和裝備的不斷進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)效率和產(chǎn)能得到了顯著提升，在保障能源安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。但與此同時(shí)，煤炭資源高強(qiáng)度開(kāi)采帶來(lái)的地表沉陷及生態(tài)環(huán)境損傷問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。地表沉陷作為煤炭開(kāi)采的直接后果之一，其危害不僅限于礦區(qū)土地資源、地下水資源的破壞，影響區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還對(duì)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?、基礎(chǔ)設(shè)施及當(dāng)?shù)鼐用裆踩珮?gòu)成重大威脅。高強(qiáng)度開(kāi)采活動(dòng)還伴隨著嚴(yán)重的生態(tài)破壞，造成植被破壞、土壤結(jié)構(gòu)退化、區(qū)域生物多樣性銳減、水土流失和荒漠化現(xiàn)象加劇，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，如何在提升煤炭資源開(kāi)采效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表沉陷及生態(tài)環(huán)境損害的有效控制和治理，已經(jīng)成為礦業(yè)領(lǐng)域亟待解決的重要難題。

2、目前，為解決礦區(qū)地表沉陷及生態(tài)環(huán)境破壞等問(wèn)題，部分礦區(qū)采用充填開(kāi)采技術(shù)。開(kāi)采過(guò)程中，在工作面后方采空區(qū)填充固體、膏體或高水等材料，形成充填體支撐上覆巖層，從而有效控制地表沉陷，減少礦區(qū)生態(tài)破壞。尤其是在水資源匱乏或生態(tài)脆弱地區(qū)，充填開(kāi)采技術(shù)能在一定程度上平衡資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾。然而，這種技術(shù)也存在一些局限性，如需在采場(chǎng)或地面建設(shè)獨(dú)立的充填管路系統(tǒng)，不僅顯著增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本，還可能造成采礦與充填施工的相互干擾，影響采礦效率。此外，由于充填材料的制備、運(yùn)輸和注入過(guò)程復(fù)雜，對(duì)充填材料的性能及系統(tǒng)配套設(shè)備的要求較高，進(jìn)一步加大了技術(shù)實(shí)施的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決當(dāng)前沉陷控制方法存在的高成本、低效率問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法，包括如下步驟：

2、s1：確定煤層下方底板破壞帶的范圍，在底板破壞帶以下選取一定厚度的巖層作為隔離保護(hù)帶，所述隔離保護(hù)帶在化學(xué)改性膨脹帶膨脹后發(fā)生上拱，但是不生成導(dǎo)通上部底板破壞帶的裂隙，或者生成的裂隙不與底板破壞帶的裂隙連通；所述隔離保護(hù)帶下部為化學(xué)改性膨脹帶，所述化學(xué)改性膨脹帶中的巖層能夠與化學(xué)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膨脹；

3、s2：根據(jù)化學(xué)改性膨脹帶巖層的礦物成分選定膨脹用化學(xué)劑；

4、s3：在工作面一側(cè)或兩側(cè)巷道中施工定向鉆孔，所述定向鉆孔水平段施工于化學(xué)改性膨脹帶中，所述定向鉆孔在工作面寬度方向上向?qū)ο蛳锏婪较蚴┕?，所述定向鉆孔在工作面推進(jìn)方向上向切眼方向施工；施工完畢后通過(guò)定向鉆孔壓裂化學(xué)改性膨脹帶；

5、s4：當(dāng)工作面推過(guò)某一定向鉆孔水平段后且在達(dá)到該定向鉆孔的孔口之前，通過(guò)定向注漿鉆孔將化學(xué)劑注入至化學(xué)改性膨脹帶。

6、優(yōu)選的，步驟s2中，所述化學(xué)劑包括膨脹性礦物激活劑、氣體膨脹劑及凝膠生成劑；所述膨脹性礦物激活劑采用鈉基、鈣基溶液，所述氣體膨脹劑采用碳酸氫鈉與酸液，所述凝膠生成劑采用硅酸鈉與氯化鈣溶液。

7、優(yōu)選的，步驟s3中，所述定向鉆孔平行于工作面寬度方向。

8、優(yōu)選的，步驟s4中，在工作面推過(guò)定向鉆孔孔口時(shí)進(jìn)行封孔。

9、本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)與有益效果：本發(fā)明通過(guò)對(duì)底板巖層進(jìn)行化學(xué)改性使其產(chǎn)生膨脹作用，從而抬升底板巖層支撐采空區(qū)，進(jìn)而減少上覆巖層下沉，控制地表沉陷。本發(fā)明通過(guò)化學(xué)改性實(shí)現(xiàn)主動(dòng)膨脹，化學(xué)劑選擇靈活，可針對(duì)不同巖層條件調(diào)整膨脹方案，整體操作成本低，膨脹效果可控。

技術(shù)特征：

1.一種底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法，其特征在于，步驟s2中，所述化學(xué)劑包括膨脹性礦物激活劑、氣體膨脹劑及凝膠生成劑；所述膨脹性礦物激活劑采用鈉基、鈣基溶液，所述氣體膨脹劑采用碳酸氫鈉與酸液，所述凝膠生成劑采用硅酸鈉與氯化鈣溶液。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法，其特征在于，步驟s3中，所述定向鉆孔平行于工作面寬度方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法，其特征在于，步驟s4中，在工作面推過(guò)定向鉆孔孔口時(shí)進(jìn)行封孔。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及煤炭開(kāi)采沉陷控制領(lǐng)域，具體為一種底板巖層化學(xué)改性膨脹減沉控制方法；包括確定煤層下方底板破壞帶的范圍，在底板破壞帶以下選取一定厚度的巖層作為隔離保護(hù)帶；隔離保護(hù)帶下部為化學(xué)改性膨脹帶；根據(jù)化學(xué)改性膨脹帶巖層的礦物成分選定膨脹用化學(xué)劑；在工作面巷道中施工定向鉆孔，定向鉆孔水平段施工于化學(xué)改性膨脹帶中，定向鉆孔在工作面推進(jìn)方向上向切眼方向施工；通過(guò)定向鉆孔壓裂化學(xué)改性膨脹帶；當(dāng)工作面推過(guò)定向鉆孔水平段后且在達(dá)到該定向鉆孔的孔口之前，通過(guò)定向注漿鉆孔將化學(xué)劑注入至化學(xué)改性膨脹帶。本發(fā)明通過(guò)對(duì)底板巖層進(jìn)行化學(xué)改性使其產(chǎn)生膨脹作用，從而抬升底板巖層支撐采空區(qū)，進(jìn)而減少上覆巖層下沉，控制地表沉陷。

技術(shù)研發(fā)人員：朱衛(wèi)兵,寧杉,李竹,郭超,張峰華,賈子爍,于思源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7