本發(fā)明屬于地下防治水，涉及一種煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法。

背景技術(shù)：

1、煤礦在建設(shè)和生產(chǎn)過程中，常常受到瓦斯、頂板、火、水、粉塵等造成不同程度危害，特別是礦井水害，由于來勢猛、水量大，在正常生產(chǎn)中突然發(fā)生，一旦防范不力或排水能力不足時，輕則影響生產(chǎn)，給管理帶來困難，重則淹井傷人，往往會造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷亡事故。

2、礦井充水水源主要包含大氣降水、地表水、地下水等，其中，大氣降水、地表水通過充水通道補(bǔ)充著地下水，在采掘過程中，地下水沿著煤層采動裂隙進(jìn)入采掘空間。當(dāng)遇到風(fēng)化基巖地層時，風(fēng)化基巖含水層就會成為礦井充水的主要含水層，會引起礦井煤層頂板涌水與含水層水資源流失。

3、現(xiàn)有的煤礦煤層頂板水害防治主要以在井下或地面預(yù)先疏降(干)含水層中的地下水為主要手段，同時采用“分層、限高、充填”等優(yōu)化的采煤工藝，但現(xiàn)有方法存在排水鉆孔工程量大、排水壓力大等問題，不僅浪費(fèi)水資源，還增加了排水成本及噸煤成本，無法滿足礦區(qū)水資源保護(hù)、礦井水零排等綠色發(fā)展需求，極大的影響了礦井產(chǎn)量，且不滿足礦區(qū)高效開采需求。為此，開發(fā)一種能夠在保障煤炭資源高效開采的同時，實(shí)現(xiàn)煤層頂板水害高效防治的方法非常必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害防治存在的排水鉆孔排水鉆孔工程量大、排水壓力大的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

3、一種煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，包括以下步驟：

4、步驟1、獲取預(yù)采煤層頂板基巖風(fēng)化帶水文地質(zhì)特征；根據(jù)得到的水文地質(zhì)特征確定與地面上與采場對應(yīng)的平面坐標(biāo)；根據(jù)確定的平面坐標(biāo)，在地面沿預(yù)采煤層工作面橫向?qū)⒋乐螀^(qū)域劃分為多個依次連接設(shè)置的多個大分段防治區(qū)域s1、s2、s3...si；

5、步驟2、在地面沿預(yù)采煤層工作面縱向，將每個大分段防治區(qū)域劃分為多個依次連接的小分段防治區(qū)域s1-1，s1-2，s1-3，...，si-j；

6、步驟3、在第一個大分段防治區(qū)域s1內(nèi)按照設(shè)定的施工軌跡，利用鉆具施工第一主定向鉆孔，且第一主定向鉆孔的水平段鉆進(jìn)至第一個小分段防治區(qū)域s1-1與第二個小分段防治區(qū)域s1-2域邊界處停止鉆進(jìn)；

7、步驟4、回撤鉆具，完成第一個小分段防治區(qū)域s1-1內(nèi)的分支孔施工；

8、步驟5、完成第一個小分段防治區(qū)域s1-1的注漿填充作業(yè)；

9、步驟6、完成第二個小分段防治區(qū)域內(nèi)s1-2的水平段鉆進(jìn)和分支孔施工；

10、步驟7、完成第二個小分段防治區(qū)域s1-2的注漿填充作業(yè)；

11、以此類推，直至完成第一個大分段防治區(qū)域s1的注漿加固作業(yè)，在第一個大分段防治區(qū)域s1內(nèi)形成工作面近水平帷幕止水層；

12、步驟8、以第二個大分段防治區(qū)域s2為第一大分段防治區(qū)域s1，重復(fù)步驟3～步驟7，在第二個大分段防治區(qū)域s2內(nèi)形成工作面近水平帷幕止水層；

13、以此類推，直至完成待防治區(qū)域內(nèi)所有大分段防治區(qū)域的注漿防治作業(yè)。

14、本發(fā)明還具有以下技術(shù)特征：

15、具體的，所述大分段防治區(qū)域的縱向長度通過以下公式確定：

16、dz-i＝lmc+nd

17、其中，

18、dz-i為第i個大分段防治區(qū)域的縱向長度，單位為m；

19、lmc為井下預(yù)采煤層工作面的走向長度，單位為m；

20、d為井下相鄰工作面的安全煤柱寬度，單位為m；

21、n為常數(shù)，取值為3～5。

22、更進(jìn)一步的，所述大分段防治區(qū)域的橫向長度通過以下公式確定：

23、d?q-i＝lmq+d

24、式中，

25、dq-i為第i個大分段防治區(qū)域的橫向長度，單位為m；

26、lmq為井下預(yù)采煤層工作面的傾向長度，單位為m；

27、d為井下相鄰工作面的安全煤柱寬度，單位為m。

28、更進(jìn)一步的，所述小分段防治區(qū)域的縱向長度通過以下公式確定：

29、p?i-j＝knli-j

30、式中，

31、pi-j為第i個大分段防治區(qū)域內(nèi)第j個小分段的防治區(qū)域的縱向長度，單位為米；

32、li-j為第i個大分段防治區(qū)域內(nèi)第j個小分段的工作面基本頂初次來壓步距，單位為米；

33、n為初次來壓對工作面影響持續(xù)時間，單位為天；

34、k為常數(shù)，取值為2～5。

35、更進(jìn)一步的，步驟4和步驟6所述的分支孔均設(shè)置在水平段的兩側(cè)。

36、更進(jìn)一步的，位于水平段同側(cè)的相鄰分支孔的水平距離為

37、更進(jìn)一步的，步驟3中所述的第一主定向鉆孔為三開鉆孔，一開為斜孔段，二開為導(dǎo)斜段，三開為水平段，所述斜孔段終點(diǎn)位于風(fēng)積沙層內(nèi)，且距離風(fēng)積沙層底面的距離為3～5米；所述斜孔段終點(diǎn)位于風(fēng)化基巖層內(nèi)，且距離風(fēng)化基巖層頂面的距離為3～5m；所述水平段終點(diǎn)位于風(fēng)化基巖層內(nèi)，且距離風(fēng)化基巖層底面的距離為10～20m。

38、更進(jìn)一步的，所述步驟3還包括：沿所述第一主定向鉆孔的水平段延伸方向，在地面等間隔施工多組溝通第一個大分段防治區(qū)域的一序孔，所述一序孔用于探查風(fēng)化基巖層的上界面和下界面，且每組一序孔包括相對設(shè)置于水平段兩側(cè)的第一垂直鉆孔和第二垂直鉆孔。

39、更進(jìn)一步的，所述步驟3還包括：沿所述水平段延伸方向，在地面等間隔施工多組溝通第一個大分段防治區(qū)域的二序孔，所述二序孔用于完成每個小分段防治區(qū)域的注漿檢測，且每組二序孔包括相對設(shè)置于主定向鉆孔水平段兩側(cè)的第三垂直鉆孔和第四垂直鉆孔。

40、更進(jìn)一步的，所述第一垂直鉆孔與主定向鉆孔水平段在平面上的間距小于等于10米。

41、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的技術(shù)效果是：

42、(1)本發(fā)明方法能夠在煤層頂板基巖風(fēng)化帶內(nèi)構(gòu)建隔水帷幕，阻斷含水層的層間徑流補(bǔ)給通道，有效消除煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害威脅；大幅減少井下疏放水工作量，減輕礦井排水壓力和礦井水排出后地面水處理壓力，在降低企業(yè)排水費(fèi)用的同時，不僅保護(hù)了地下水資源浪費(fèi)，還減少了企業(yè)因開采產(chǎn)生的地下水資源稅費(fèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色開采。

43、(2)本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)對煤層頂板基巖風(fēng)化帶的分段治理，在空間保持一定步距情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)防治水、回采在地層空間不同層位保持一定步距同時進(jìn)行，采煤，防治水不用相互等待，有效解決了現(xiàn)有工藝中，因井下采煤工作需要等待上方帷幕形成而導(dǎo)致的作業(yè)等待時間長的問題。

44、(3)本發(fā)明方法采用的分段防治改造工程量、工期、費(fèi)用可控，能夠應(yīng)用于面積大范圍廣的含水層。

技術(shù)特征：

1.一種煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，步驟1所述的大分段防治區(qū)域的縱向長度通過以下公式確定：

3.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，步驟1所述的大分段防治區(qū)域的橫向長度通過以下公式確定：

4.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，所述小分段防治區(qū)域的縱向長度通過以下公式確定：

5.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，步驟4和步驟6所述的分支孔均設(shè)置在水平段的兩側(cè)。

6.如權(quán)利要求5所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，位于水平段同側(cè)的相鄰分支孔的水平距離為

7.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，步驟3中所述的第一主定向鉆孔為三開鉆孔，一開為斜孔段，二開為導(dǎo)斜段，三開為水平段，所述斜孔段終點(diǎn)位于風(fēng)積沙層內(nèi)，且距離風(fēng)積沙層底面的距離為3～5米；所述斜孔段終點(diǎn)位于風(fēng)化基巖層內(nèi)，且距離風(fēng)化基巖層頂面的距離為3～5m；所述水平段終點(diǎn)位于風(fēng)化基巖層內(nèi)，且距離風(fēng)化基巖層底面的距離為10～20m。

8.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，所述步驟3還包括：沿所述第一主定向鉆孔的水平段延伸方向，在地面等間隔施工多組溝通第一個大分段防治區(qū)域的一序孔，所述一序孔用于探查風(fēng)化基巖層的上界面和下界面，且每組一序孔包括相對設(shè)置于水平段兩側(cè)的第一垂直鉆孔和第二垂直鉆孔。

9.如權(quán)利要求1所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，所述步驟5還包括：沿所述水平段延伸方向，在地面等間隔施工多組溝通第一個大分段防治區(qū)域的二序孔，所述二序孔用于完成每個小分段防治區(qū)域的注漿檢測，且每組二序孔包括相對設(shè)置于主定向鉆孔水平段兩側(cè)的第三垂直鉆孔和第四垂直鉆孔。

10.如權(quán)利要求8所述的煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，其特征在于，所述第一垂直鉆孔與主定向鉆孔水平段在平面上的間距小于等于10米。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種煤層頂板基巖風(fēng)化帶水害超前分段防治方法，包括沿預(yù)采煤層工作面橫向?qū)⒋乐螀^(qū)域劃分為多個依次連接設(shè)置的多個大分段防治區(qū)域；將每個大分段防治區(qū)域劃分為多個依次連接的小分段防治區(qū)域；在第一個大分段防治區(qū)域內(nèi)施工第一主定向鉆孔至第一個小分段防治區(qū)域與第二個小分段防治區(qū)域邊界；完成第一個小分段防治區(qū)域內(nèi)的分支孔施工和注漿填充作業(yè)；完成第二個小分段防治區(qū)域內(nèi)的水平段鉆進(jìn)和分支孔施工；完成第二個小分段防治區(qū)域的注漿填充作業(yè)；以此類推，直至完成第一個大分段防治區(qū)域的注漿加固作業(yè)，在第一個大分段防治區(qū)域內(nèi)形成工作面上方近水平帷幕止水層；按照上述方法順次完成其他大分段防治區(qū)域的注漿加固作業(yè)，進(jìn)而完成待防治區(qū)域的注漿防治作業(yè)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳萬勝,韓強(qiáng),廉博翔,姬中奎,郭書全,王海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15