一种老采空区CO2矿化注浆方法技术

本发明专利技术公开了一种老采空区CO2矿化注浆方法，其属于采空区治理技术领域；包括如下步骤：首先将采空区注浆范围分为跨落带与裂隙带，通过实验区注浆确定等压注浆条件下垮落带、裂隙带的浆液扩散半径，垮落带与裂隙带共用同一钻孔注浆，取垮落带的浆液扩散半径为指标设计钻孔孔距进行注浆充填工作，进行垮落带及裂隙带的充填；然后向采空区内注入矿化材料与工业废气，注入的矿化材料浆体能够与工业废气发生反应，在固定工业废气的同时支撑采空区。本发明专利技术工业废气注入采空区与浆体发生反应而被封存地下，有效降低了环境污染，且与浆体反应后生成的产物对采空区起到支撑保护作用，对环境保护与治理具有积极作用。护与治理具有积极作用。护与治理具有积极作用。

【技术实现步骤摘要】
一种老采空区CO2矿化注浆方法


[0001]本专利技术属于采空区治理
，更具体地说，是涉及一种老采空区CO2矿化注浆方法。

技术介绍

[0002]基于中国每年工业废气排放量巨大(工业废气中CO2含量高达90％以上)，并且在工业废气回收利用手段有限与中国存在大量的亟待注浆处理的老采空区的双重背景下，提出了研发工业废气矿化为技术手段、粉煤灰等为反应载体、老采空区为储存场所的适用于煤矿老采空区注浆治理的粉煤灰基多孔地质聚合物；在采空区密封的条件下，完成矿化材料的注入，从而完成采空区的矿化治理。
[0003]近年来，老采空区注浆充填技术得到了快速发展，逐渐提出了多种注浆方法，其中包括：在一定开采深度下，老采空区注浆充填可采用带状注浆充填，注浆孔间距为2倍的浆液扩散半径；长壁缓倾斜老采空区注浆充填方式可分为点柱式注浆、带状式注浆和全部注浆3种类型。但是现阶段的注浆方法存在以下不足或缺点：
[0004]1.将垮落带、裂隙带注浆扩散半径视为相等，造成注浆孔间距设计出现偏差；
[0005]2.取垮落带、裂隙带的最小扩散半径为指标设计钻孔孔距，导致注浆钻孔孔距过小，从而使钻孔数目过多，钻孔量过大；
[0006]3.老采空区可作为矿化材料浆体与工业废气的反应场所没有被充分利用。

技术实现思路

[0007]本专利技术就是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种老采空区CO2矿化注浆方法。
[0008]为解决上述技术问题，为此本专利技术包括如下步骤：
[0009]将采空区注浆范围分为跨落带与裂隙带，通过实验区注浆确定等压注浆条件下垮落带、裂隙带的浆液扩散半径，垮落带与裂隙带共用同一钻孔注浆，取垮落带的浆液扩散半径为指标设计钻孔孔距进行注浆充填工作，利用垮落带与裂隙带的空隙大小的不同，进行垮落带及裂隙带的充填；
[0010]向采空区内注入矿化材料与工业废气，注入的矿化材料浆体能够与工业废气发生反应，在固定工业废气的同时支撑采空区；
[0011]利用示踪气体对采空区的封闭情况进行检测，然后对密封性不良的区域进行注浆堵漏，完成采空区的完全封闭。
[0012]本专利技术提供一种老采空区CO2矿化注浆方法，包括如下步骤：
[0013]根据工作区地层实际情况，进行理论计算，结合钻孔观测，确定采空区垮落带及裂隙带高度；
[0014]通过实验区注浆确定等压注浆条件下垮落带、裂隙带的浆液扩散半径；计算或者实地量取水平面沿建筑物长短轴方向的治理区范围为D
x
、D
y
；
[0015]根据治理区的范围，在治理区的四周布置帷幕孔，在其中心区域布置注浆孔；
[0016]确定帷幕孔与注浆孔的钻孔开孔孔径、钻孔深度及终孔位置，确定孔口压力；
[0017]确定所有帷幕孔与注浆孔钻孔位置后，选取中心区域中心位置的注浆孔作为示踪气体释放孔，钻孔后利用示踪气体对采空区的封闭情况进行检测，对封闭不良的区域进行注浆堵漏，在堵漏完成后再次进行示踪实验确保采空区内部完全密封；
[0018]根据采空区的范围及垮落带、裂隙带高度计算采空区的空间体积V1，进而计算出可注入浆体的总量为Q1，然后根据浆体矿化工业废气的能力确定工业废气的总注入量Q2；
[0019]将矿化材料加水制浆，制浆完毕后，通过注浆孔注入采空区；铺设压力管道，将收集来的工业废气通过压力管道注入治理区的中心区域；
[0020]通过帷幕孔向治理区注浆，以达到治理区范围内四周完全充填的目的，待帷幕孔全部注浆完毕后，向治理区中心区域进行注浆，通过注浆孔向中心区域分别注入浆体和工业废气。
[0021]优选的，确定垮落带、裂隙带的浆液扩散半径的方法为：
[0022]以注浆孔为圆心，注浆孔的外周设置有多组观测孔，且每组观测孔设置在注浆孔的同一外径上；
[0023]首先观测钻孔外径40m区域垮落带、裂隙带的浆液扩散情况，然后观测外径20m区域垮落带、裂隙带的浆液扩散情况，确定垮落带、裂隙带的浆液扩散边界位置；
[0024]然后观测钻孔外径10m或者30m的钻孔，以此类推，观测垮落带、裂隙带的浆液扩散边界，获取垮落带、裂隙带的浆液扩散半径分别为R和R1。
[0025]优选的，为了完全充填垮落带，取以浆液扩散半径为内径的圆的内接正方形，得到修正后的浆液扩散半径为此时垮落带完全充填；
[0026]对裂隙带注浆充填，参考条带充填，裂隙带的注浆扩散半径R1即为条带充填的宽度，修正后的浆液扩散半径为裂隙带的浆液扩散半径差值为条带未充填的宽度。
[0027]优选的，计算或者实地量取水平面沿建筑物长短轴方向的治理区范围为D
x
、D
y
，则钻孔数为
[0028]优选的，每组观测孔设置有三个观测孔，且同一外径上观测孔呈等边三角形排布。
[0029]优选的，帷幕孔及注浆孔的布置方式为：以小于修正后的垮落带浆液扩散半径为钻孔间距布置帷幕孔，以修正后垮落带可以完全充填的浆液扩散半径为钻孔间距布置注浆孔。
[0030]优选的，采用SF6作为示踪气体，通过选定的释放孔向采空区内进行释放；
[0031]SF6释放后对释放孔顶部进行密封，然后利用监测设备实时监测采空区范围内的SF6，并以各帷幕孔和注浆孔为监测点，根据各监测点SF6的浓度可推断出泄露位置；
[0032]根据监测结果确认发生泄露后，立即向泄露点处进行注浆堵漏。
[0033]优选的，浆体及工业废气的注入量为：
[0034]由于采空区空间体积占整个采空区采煤量V2的30％，即V1＝0.3V2，为保证注浆后
采空区完全被封闭，浆体的总体积量Q1应比采空区体积V1略大，即取Q1＝1.1V1；
[0035]在实验室条件下进行矿化实验后可得到浆体矿化工业废气的比率为R，则工业废气的总注入量Q2＝Q1×
R。
[0036]本专利技术还提供一种矿化注浆方法在长壁全跨落法开采老采空区的应用，其应用上述的老采空区CO2矿化注浆方法。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0038]本专利技术提供一种老采空区CO2矿化注浆方法，尤其适用于长壁全跨落法开采老采空区，不仅钻孔工程量小、注浆充填成本相对低廉，操作简单，能够完成老采空区的矿化治理，而且能够封存工业废气，使其得到充分利用。
[0039]本专利技术钻孔间距设置更加合理，可以保证垮落带完全充填，裂隙带条带充填，同时减少了钻孔数目，前期投入及准备时间相比传统均较少；并且本专利技术可降低注浆原料的使用量，从而降低注浆充填成本，同时保证注浆效果。
[0040]由于垮落带残留空隙多，垮落带部分充填，随着时间流逝，上覆岩层势必不均匀下沉，必将影响上部建筑；而裂隙带空隙不多，并且在开采过程中就逐渐闭合，残留空隙少之又少，不充填只会产生极轻微的下沉，不会影响上部建筑；所以，只需垮落带全部充填，不会对上部建筑造成破坏的隐患。本专利技术在完成老采空区矿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种老采空区CO2矿化注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：将采空区注浆范围分为跨落带与裂隙带，通过实验区注浆确定等压注浆条件下垮落带、裂隙带的浆液扩散半径，垮落带与裂隙带共用同一钻孔注浆，取垮落带的浆液扩散半径为指标设计钻孔孔距进行注浆充填工作，利用垮落带与裂隙带的空隙大小的不同，进行垮落带及裂隙带的充填；向采空区内注入矿化材料与工业废气，注入的矿化材料浆体能够与工业废气发生反应，在固定工业废气的同时支撑采空区；利用示踪气体对采空区的封闭情况进行检测，然后对密封性不良的区域进行注浆堵漏，完成采空区的完全封闭。2.一种老采空区CO2矿化注浆方法，其特征在于，包括如下步骤：根据工作区地层实际情况，进行理论计算，结合钻孔观测，确定采空区垮落带及裂隙带高度；通过实验区注浆确定等压注浆条件下垮落带、裂隙带的浆液扩散半径；计算或者实地量取水平面沿建筑物长短轴方向的治理区范围为D
x
、D
y
；根据治理区的范围，在治理区的四周布置帷幕孔，在其中心区域布置注浆孔；确定帷幕孔与注浆孔的钻孔开孔孔径、钻孔深度及终孔位置，确定孔口压力；确定所有帷幕孔与注浆孔钻孔位置后，选取中心区域中心位置的注浆孔作为示踪气体释放孔，钻孔后利用示踪气体对采空区的封闭情况进行检测，对封闭不良的区域进行注浆堵漏，在堵漏完成后再次进行示踪实验确保采空区内部完全密封；根据采空区的范围及垮落带、裂隙带高度计算采空区的空间体积V1，进而计算出可注入浆体的总量为Q1，然后根据浆体矿化工业废气的能力确定工业废气的总注入量Q2；将矿化材料加水制浆，制浆完毕后，通过注浆孔注入采空区；铺设压力管道，将收集来的工业废气通过压力管道注入治理区的中心区域；通过帷幕孔向治理区注浆，以达到治理区范围内四周完全充填的目的，待帷幕孔全部注浆完毕后，向治理区中心区域进行注浆，通过注浆孔向中心区域分别注入浆体和工业废气。3.根据权利要求1所述的一种老采空区CO2矿化注浆方法，其特征在于，确定垮落带、裂隙带的浆液扩散半径的方法为：以注浆孔为圆心，注浆孔的外周设置有多组观测孔，且每组观测孔设置在注浆孔的同一外径上；首先观测钻孔外径40m区域垮落带、裂隙带的浆液扩散情况，然后观测外径20m区域垮落带、裂隙带的浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌祥，陆伟，路瑶，郭志，周勇强，张猛，李青海，张青松，卓辉，李金亮，李金虎，张金，蒋莹莹，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：