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专利号: 202111001931X
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.煤矸石井下减排的覆岩隔离注浆充填方法,其特征在于,包括如下步骤:

a.根据采煤工作面的开采参数、地质信息,判别出覆岩中的关键层,根据地表沉陷控制与矸石充填处理量的需求,选择其中一层厚度较大的关键层,作为注浆充填关键层,注浆充填关键层的下界面即为选定的注浆充填层位;

b.从采煤工作面终采线外侧的巷道中,选择一个位置作为钻场,从该钻场中向注浆充填关键层方向施工井下定向孔,井下定向孔的钻孔一开为斜孔,方向为采煤工作面开切眼的方向,斜孔轨迹与采煤工作面导水裂隙带边界间隔一定距离,井下定向孔进入注浆充填关键层后,沿该关键层中面向采煤工作面开切眼方向继续向前钻进一段距离后停钻,钻进方向与采煤工作面推进方向平行,之后下入高强度套管,并用水泥浆完成钻孔一开固井;

c.沿注浆充填关键层中面继续向前钻进主孔,钻进轨迹在水平面上的投影与采煤工作面推进方向平行,主孔向下倾斜,当钻至与采煤工作面开切眼间距50m时停钻;

d.从主孔的终孔点开始,沿井下定向孔轴线方向,每隔一定距离施工一组斜向下的分支孔,每组分支孔由1排或多排分支孔组成,排与排在组内互为备用,分支孔的终孔点位于注浆充填关键层下界面以下,位于采煤工作面导水裂隙带顶界之上;

e.所有分支孔施工完毕后,通过井下定向孔的孔口向主孔及分支孔注入非固结性的高黏度填充物,将所有分支孔与井下定向孔的主孔内部充填满;

f.采煤工作面采至第1组第1排分支孔的终孔点时,根据钻孔压力衰减情况,开始通过井下定向孔的孔口向主孔内注入低浓度的矸石浆液,随着采煤工作面采过第1组第1排分支孔,根据钻孔压力变化不断提高浆液浓度与注浆量,从而形成注浆充填层位;

g.随着采煤工作面不断向前回采,注浆充填层位的裂隙也向前扩散,当采煤工作面接近后续某排分支孔时,注浆充填层位的裂隙将与该排分支孔沟通,形成主孔-分支孔-注浆充填层位的连通通道;

h.随着采煤工作面不断向前回采,通过主孔持续地向注浆充填关键层下方的裂隙实施注浆,由于压力作用,向下挤压下部垮落与裂隙带岩体,向上支撑注浆充填关键层,从而增大裂隙开度;使注浆量大幅提升,井下矸石得到处理,注浆充填关键层得到有效支撑,覆岩及地表变形有效得到控制,直至完成采煤工作面回采。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b中,钻场施工于上山巷道内。

3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤b中,斜孔角度根据钻场与采煤工作面终采线的距离,在可施工的范围内选取,同时斜孔轨迹与采煤工作面导水裂隙带边界的最小垂距为40‑50m。

4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤b中,向采煤工作面开切眼方向继续向前钻进30m距离后停钻,以进行下高强度套管工作。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤d中,每排分支孔由3‑5个分支孔组成,并成扇形布置;和/或分支孔的终孔点位于注浆充填关键层下界面以下20‑50m,位于采煤工作面导水裂隙带顶界之上30-50m。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤e中,非固结性的高黏度填充物采用明胶或者黄泥浆,和/或将所有分支孔与井下定向孔的主孔内部充填满,起到暂时封闭分支孔的作用,但又不会出现凝固令其堵塞,在孔口维持稳定压力。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤g中,由于后续分支孔与主孔连接点的注浆压力高于分支孔底部的压力,促使主孔内的矸石浆液向分支孔内流通,将分支孔内的充填物挤压注浆充填层位的裂隙内,使该分支孔成为注浆充填通道,从而开始该分支孔的注浆充填。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,井下定向孔在采煤工作面开采前施工完毕,根据采煤工作面宽度、浆液扩散半径、充填量需求,布置1个或多个。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,注浆充填系统建设在井下,不占用地面的土地资源;矸石来自井下巷道掘进矸石与选矸,在充填系统内储存缓冲,经破、磨工艺制成矸石粉,与水混合制成充填用的矸石浆液,或者在破、磨过程中直接与水混合制成矸石浆液。