一种孤岛工作面嗣后空间注浆充填防冲方法与流程

本发明涉及煤炭开采，尤其涉及的是一种孤岛工作面嗣后空间注浆充填防冲方法。

背景技术：

1、一些煤矿矿区开采后会遗留大量孤岛煤柱，由于孤岛煤柱两侧均为采空区，其上覆岩层大范围破断运动，使得孤岛工作面的应力集中程度远高于常规工作面，极大提高了孤岛工作面冲击危险性和冲击地压的防治难度。现有的冲击地压防治手段，如断顶爆破、煤层注水、钻孔卸压等措施均无法在根本上保障孤岛煤柱煤炭资源的安全回收。

2、目前，针对孤岛工作面开采，“负煤柱”巷道外错布置方法可调整覆岩结构，一定程度上能够降低巷道围岩应力集中程度，进而削弱巷道冲击危险。然而，孤岛工作面开采还存在以下问题：(1)采掘活动可能导致工作面和采空区覆岩结构协同破断、失稳，具有较大诱冲风险；(2)孤岛工作面上覆岩层重力和两侧采空区转移载荷叠加，高应力集中使得孤岛工作面存在发生整体失稳型冲击地压的风险，而现有方法无法从根本上解决；(3)负煤柱巷道位置确定方法严重依赖经验，布设位置设计不够科学合理，对采空区底板下负煤柱巷道围岩稳定性造成潜在威胁。

3、因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

技术实现思路

1、本技术提供了一种孤岛工作面嗣后空间注浆充填防冲方法，以解决相关技术中孤岛工作面存在发生冲击地压的风险、采空区底板下负煤柱巷道围岩稳定性较差的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：

3、本技术第一方面实施例提供一种孤岛工作面嗣后空间注浆充填防冲方法，包括：

4、获取孤岛煤柱的各相邻采空区对应的采空区信息，并确定各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度；

5、根据各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度确定各相邻采空区的注浆充填方式，并根据各相邻采空区对应的采空区信息确定各相邻采空区对应的注浆孔间隔；

6、基于所述注浆孔间隔和注浆充填方式对各相邻采空区进行注浆充填；

7、根据预先采集的孤岛工作面基本信息确定负煤柱宽度，并根据所述负煤柱宽度将运输巷和回风巷外错布置于相邻采空区下方的底板岩层中，以形成负煤柱。

8、在一种实现方式中，所述采空区信息包括：地表下沉量、埋深、采深、采高、煤层倾角、垮落带高度、初次来压步距、采空区走向长度、采空区倾向宽度以及煤层自燃倾向性等级；所述孤岛工作面基本信息包括：孤岛煤柱覆岩容重、煤体粘聚力、内摩擦角、煤层与顶底板接触面的摩擦因数、孤岛煤柱的应力集中系数及其相邻采空区内部情况。

9、在一种实现方式中，确定各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度，包括：

10、若相邻采空区的采空区走向长度或采空区倾向宽度大于预设倍数的采深，则相邻采空区覆岩结构充分采动程度为充分采动；

11、若相邻采空区的采空区走向长度和采空区倾向宽度均小于或等于预设倍数的采深，则相邻采空区覆岩结构的充分采动程度为非充分采动。

12、在一种实现方式中，所述根据各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度确定各相邻采空区的注浆充填方式，包括：

13、当相邻采空区对应的覆岩结构充分采动程度为充分采动时，所述相邻采空区的注浆充填方式为垮落带注浆充填；

14、当相邻采空区对应的覆岩结构充分采动程度为非充分采动时，所述相邻采空区的注浆充填方式为离层高压注浆充填和垮落带注浆充填。

15、在一种实现方式中，所述根据各相邻采空区对应的采空区信息确定各相邻采空区对应的注浆孔间隔，包括：

16、获取浆液材料扩散半径，根据所述浆液材料扩散半径以及各相邻采空区的采空区走向长度和采空区倾向宽度确定各相邻采空区对应的注浆孔间隔。

17、在一种实现方式中，基于所述注浆孔间隔和注浆充填方式对各相邻采空区完成注浆充填，包括：

18、根据初次来压步距确定各相邻采空区的注浆充填范围；

19、基于所述注浆孔间隔和注浆充填方式，在注浆充填范围内，对各相邻采空区完成注浆充填。

20、在一种实现方式中，所述对各相邻采空区完成注浆充填，包括：

21、对覆岩结构充分采动程度为充分采动的相邻采空区进行注浆充填时，从相邻采空区注浆充填范围中部上方地表，施工地面钻孔，终孔施工至采空区底板，采用随钻随充的方式进行采空区注浆充填固结垮落覆岩；

22、对覆岩结构充分采动程度为非充分采动的相邻采空区进行注浆充填时，从相邻采空区注浆充填范围中部上方地表，施工地面钻孔至未破断的主关键层之下，进行离层注浆充填，待形成注浆压力后停止注浆充填，继续向下钻进直至采空区底板，采用随钻随充的方式注浆充填采空区。

23、在一种实现方式中，所述根据预先采集的孤岛工作面基本信息确定负煤柱宽度，包括：

24、根据采高、内摩擦角、煤层与顶底板接触面的摩擦因数、孤岛煤柱的应力集中系数、孤岛煤柱覆岩容重、埋深及煤体粘聚力，计算得到孤岛煤柱极限平衡区宽度；

25、获取运输巷的高度、回风巷的高度以及孤岛工作面底板垂直应力变化率为1％的等值线与竖直线之间的夹角，并根据运输巷的高度、回风巷的高度、夹角及孤岛煤柱极限平衡区宽度计算得到负煤柱宽度。

26、在一种实现方式中，根据所述负煤柱宽度将运输巷和回风巷外错布置于相邻采空区下方的底板岩层中，以形成负煤柱，还包括：

27、若相邻采空区内部情况为存在积水和/或有毒有害气体，则在运输巷和回风巷掘进期间将积水和/或有毒有害气体全部排出。

28、在一种实现方式中，根据所述负煤柱宽度将运输巷和回风巷外错布置于相邻采空区下方的底板岩层中，以形成负煤柱之后，还包括：

29、在相邻采空区沿走向随机布设检查孔，检查孔由地表钻孔施工至采空区底板；

30、根据采高、地表下沉量和垮落带高度确定可注浆充填高度，并通过检查孔取芯观察；

31、若注浆充填体厚度达到所述可注浆充填高度，且施工至主关键层下部区域时未出现掉块或循环液漏失异常现象，则注浆充填质量合格；

32、若注浆充填体厚度未达到所述可注浆充填高度，或者施工至主关键层下部区域时出现掉块或循环液漏失异常现象，则进行补充注浆充填。

33、本发明的有益效果：本技术实施例通过获取孤岛煤柱的各相邻采空区对应的采空区信息，并确定各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度；根据各相邻采空区对应的覆岩充分采动程度确定各相邻采空区的注浆充填方式，并根据各相邻采空区对应的采空区信息确定各相邻采空区对应的注浆孔间隔；基于所述注浆孔间隔和注浆充填方式对各相邻采空区进行注浆充填；根据预先采集的孤岛工作面基本信息确定负煤柱宽度，并根据所述负煤柱宽度将运输巷和回风巷外错布置于相邻采空区下方的底板岩层中，以形成负煤柱。本发明通过对孤岛煤柱相邻采空区嗣后空间注浆充填，降低孤岛煤柱上覆载荷，以减小冲击地压发生风险。注浆充填后布置负煤柱巷道，使运输巷和回风巷均处于应力降低区，同时负煤柱巷道顶板上方采空区松散结构能够大幅衰减巷道顶部方向传来的矿震应力波能量，避免冲击源头的形成，保证回采期间运输巷和回风巷的安全运行。