一种采场覆岩离层的注浆减沉方法技术

本发明专利技术涉及一种采场覆岩离层的注浆减沉方法，包括：确定采场上方全部关键层层位；向目标关键层下方的离层内注浆；随着接续工作面的开采，所述离层延伸至新的采空区上方，通过注浆孔持续向离层内注浆。本发明专利技术在工作面之间不留设煤柱，提高了采区的回采率，并且形成连续的离层，注浆工作始终在离层下方岩层采动程度更充分后进行，提高了注浆充填减沉效果；另外，无需为每一个工作面上方的离层沿倾向布置一套注浆系统，节省设备与工程投资。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤炭开采领域，尤其涉及在地表破坏严重或者需要控制地表下沉的矿井中，应用覆岩离层注浆减沉的方法。
技术介绍
覆岩注浆减沉技术应用的前提是煤层开采后在采空区上方的覆岩内部能形成离层，其原理是通过地面钻孔向由于覆岩向下移动内形成的离层内充填材料以支撑覆岩，从而减缓覆岩移动向地表的传播。采动覆岩中的关键层有如下特征:几何特征，相对于覆岩中其它相同岩层而言厚度较大；岩性特征，相对于其它岩层而言较为坚硬，即弹性模量较大、强度较高；变形特征，在关键层下沉变形时，其上部全部或局部岩层的下沉量是同步协调的，这些同步协调下沉变形的岩层也称为该关键层的随动层；破断特征，关键层的破断将导致全部或局部上部岩层的破断，从而引起较大范围岩层移动；支承特征，关键层破坏前以“板”或“梁”结构的形式作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则成为砌体梁结构，继续成为承载主体。其中，将对直至地表的全部岩层起控制作用的岩层称为主关键层，也即最上层关键层。根据岩层移动的关键层理论，覆岩内的离层主要出现在各关键层下，覆岩内离层最大发育高度止于覆岩主关键层。关键层初次破断后的离层长度和最大离层量仅为关键层初次破断前的25%-33%。因此，离层充填应在关键层初次破断前进行，并保持关键层不破断，在此基础上，“覆岩离层分区隔离充填减沉法”被提出并得到广泛应用。图1为覆岩离层分区隔离充填减沉法示意图，在开采煤层I中，工作面2和工作面3之间留设护巷煤柱4，在主关键层5的下方形成了离层61和离层62，通过注浆钻孔71和钻孔72分别向离层61和离层62内注浆充填，以避免或减缓主关键层5以及直至地表的随动层8下沉。研究表明，在相同地质采矿条件下，离层高度随采空区尺寸变化而变化，当采空区尺寸达到充分采动尺寸后，离层高度达到该条件下的最大值。在煤层开采过程中，倾斜方向工作面的长度(即与工作面走向相对的工作面倾向长度)多介于100-200m之间，并且由于开采深度多超过400m，特别是我国煤矿开采正面临深部开采的现状，所以在工作面倾向上一般都达不到充分采动，甚至是极不充分采动。在这种情况下，覆岩内部破坏达不到充分采动情况下的最大破坏高度，离层得不到充分发展，不能形成最大的离层空间，地表下沉达不到最大值。此时，可注浆离层的空间体积总量很小，即使注入充填物，最大限度地保持其离层状态，减沉效果也有限。随着留设的煤柱最终破坏并垮落在采空区，使关键层的悬露步距加大，当悬露步距大于关键层的断裂步距时，会造成关键层断裂，覆岩下移，使得地表下沉难以控制。综上，现有的覆岩离层分区隔离充填减沉法存在以下问题:(1)由于留设煤柱，使得采区回采率低；(2)注浆充填减沉效果低，工作面倾向长度较短与留设煤柱破坏、垮落造成的采空区覆岩“活化”造成先期进行的注浆充填减沉效果低，国内外研究证实，注浆充填减沉效率仅在15%-20%之间；(3)覆岩离层分区隔离充填时，需要为每一个工作面上方的离层沿工作面倾向布置一套注浆系统，造成设备与工程的投资大，系统复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于，提出了一种采场覆岩倾向离层连续一体化注浆充填减沉的方法，以解决现有技术存在的离层注浆减沉效率低的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种覆岩离层的注浆减沉方法，包括:a、确定采场上方全部关键层；b、除去全部关键层中距离采场最近的关键层，选取其它关键层中的一个作为目标关键层，使得在首采工作面或其接续工作面开采时，离层能够出现在所述目标关键层之下，当所述离层出现在所述目标关键层之下时，即所述目标关键层与其下方的离层之间不存在其他关键层，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏所述目标关键层，即不会使目标关键层的悬露步距超过其断裂步距，工作面之间采用无煤柱布置方式；或者在首采工作面或其接续工作面开采时，当采空区上方出现离层，即选取位于该离层之上且与该离层紧邻的关键层作为目标关键层，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏主关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式；C、随着接续工作面的开采，所述离层延伸至所述接续工作面的采空区上方，形成延伸后的连续离层，通过注浆孔持续向延伸后的连续离层内注浆。根据本专利技术所述的方法，优选地，在步骤c中，当 Χ =(HL4)K时，不再采用无I=I煤柱布置方式开采接续工作面；式中， λ为ζ个工作面倾向长度总和A为第i个工作面的倾向长度，m ；H0为工=1作面与离层之间的距离，m。根据本专利技术所述的方法，优选地，工作面之间采用的无煤柱布置方式包括错层位巷道布置、沿空留巷或沿空掘巷。根据本专利技术所述的方法，优选地，在步骤b中，除去全部关键层中距离采场最近的关键层，选取其它关键层中的一个作为目标关键层，使得在首采工作面或其接续工作面开采时，离层能够出现在所述目标关键层之下，当所述离层出现在所述目标关键层之下时，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏所述目标关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式根据本专利技术所述的方法，优选地，在步骤b中，在首采工作面或其接续工作面开采时，当采空区上方出现离层，即选取位于该离层之上且与该离层紧邻的关键层作为目标关键层，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏主关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式。根据本专利技术所述的方法，优选地，在选取所述目标关键层时，选取符合条件的关键层中最上的一个作为目标关键层。。根据本专利技术所述的方法，优选地，当工作面所在的采区煤层倾斜时，所述接续工作面布置在上一工作面倾斜向下的一侧。根据本专利技术所述的方法，优选地，所述注浆孔位于所述离层的倾斜向上的一侧。根据本专利技术所述的方法，优选地，所述离层的边界满足d = HciCtgii ；其中，d为离层的边界与采空区的开采边界之间的距离，为工作面与离层之间的距离，πι;β为覆岩下山方向的移动角。与现有技术相比，本专利技术提供的一种采场覆岩倾向离层连续一体化注浆充填减沉的方法，具有以下优点:(I)本专利技术在工作面之间不留设煤柱，因此，接续工作面回采时上覆岩层的运动形成一个整体，并且形成的覆岩离层连续。通过地面向离层布置的注浆钻孔，向沿倾向不断延伸的离层进行连续化注浆，注浆工作始终在离层下方岩层采动程度更充分后进行，提高了注浆充填减沉效果；(2)采用本专利技术的方法，可以形成连续的覆岩离层，因此，无需为每一个工作面上方的离层沿倾向布置一套注浆系统，节省设备与工程投资。(3)采用本专利技术的方法，在工作面之间不留设煤柱，极大地提高了采区的回采率。附图说明图1为现有技术中的离层充填 减沉法示意图；图2为关键层载荷计算模型；图3为采场与上覆岩层的空间关系示意图；图4为采场覆岩中连续的离层的注浆减沉示意图。具体实施例方式本专利技术提供了一种采场覆岩倾向离层的注浆减沉方法，在本专利技术的方法中，工作面之间采用无煤柱布设方式，使采空区连续，通过注浆孔向目标关键层下方的离层注浆，所述目标关键层是指通过向其下方离层内注浆控制其断裂、下沉的关键层；并且随着新的接续工作面的开采，离层会延伸到新的采空区上方而不断扩大，当离层扩大时通过注浆孔继续注浆充填，连续的采空区更容易达到充分采动，使离层注浆更加充分，注浆后更为稳定。第一步:根据地质勘探资料，确定采场上方全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采场覆岩离层的注浆减沉方法，包括：a、确定采场上方全部关键层；b、除去全部关键层中距离采场最近的关键层，选取所述其它关键层中的一个作为目标关键层，使得在首采工作面或其接续工作面开采时，离层能够出现在所述目标关键层之下，当所述离层出现在所述目标关键层之下时，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏所述目标关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式；或者在首采工作面或其接续工作面开采时，当采空区上方出现离层，即选取位于该离层之上且与该离层紧邻的关键层作为目标关键层，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏主关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式；c、随着接续工作面的开采，所述离层延伸至所述接续工作面的采空区上方，形成延伸后的连续离层，通过注浆孔持续向延伸后的连续离层内注浆。

【技术特征摘要】
1.一种采场覆岩离层的注浆减沉方法，包括: a、确定采场上方全部关键层； b、除去全部关键层中距离采场最近的关键层，选取所述其它关键层中的一个作为目标关键层，使得在首采工作面或其接续工作面开采时，离层能够出现在所述目标关键层之下，当所述离层出现在所述目标关键层之下时，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏所述目标关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式； 或者在首采工作面或其接续工作面开采时，当采空区上方出现离层，即选取位于该离层之上且与该离层紧邻的关键层作为目标关键层，通过注浆孔向离层内注浆，其中所述首采工作面的倾向长度不会破坏主关键层，工作面之间采用无煤柱布置方式； C、随着接续工作面的开采，所述离层延伸至所述接续工作面的采空区上方，形成延伸后的连续离层，通过注浆孔持续向延伸后的连续离层内注浆。2.如权利要求1所述的注浆减沉方法，其特征在于，在步骤c中，当3.如权利要求1所述的注浆减沉方法，其特征在于，工作面之间采用的无煤柱布置方式包括错层位巷道布置、沿空留巷或沿空掘巷。4.如权利要求1-3中任一项所述的注浆减沉方法，其特征在于，在步骤b中，除去全部关键层中距离采场最近的关键层，选取所述其它关键层中的一个作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，范新民，赵景礼，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：