本发明涉及一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法，布置有基岩采用裸孔的第一注浆钻孔，在工作面回采期间向主注浆层位注浆，是保证注浆充填量、在注浆充填期间减沉的关键。在第一注浆钻孔之间布置有全孔采用技术套管并用水泥固井的第二注浆钻孔，终孔施工于煤层底板，滞后工作面，通过技术套管内腔向底板注浆层注浆，达到为第二注浆钻孔穿鞋的目的；在第一注浆钻孔注浆结束后，通过技术套管内腔向次注浆层位注浆，将主注浆层位注入的浆体泌水压缩后产生的空间拦截于主关键层下，同时达到为第二注浆钻孔戴帽的目的，此时第二注浆钻孔为一包含套管的支撑桩，支撑主关键层，如此避免了离层注浆减沉技术实施后可能产生的地层滞后下沉现象。
1.一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，包括如下步骤：
Step1：基于钻孔柱状，应用关键层理论确定覆岩中关键层位置，确定离层注浆的主注浆层位位于煤层上部120m以上的第一个关键层的底面下部，离层注浆的次注浆层位位于主关键层的底面下部；
Step2：相邻工作面之间留设区段煤柱，沿工作面推进方向布置第一注浆钻孔，在第一注浆钻孔之间布置第二注浆钻孔，第二注浆钻孔位于工作面倾斜中部；
Step3：施工第一注浆钻孔，采用牙轮钻头钻进至主注浆层位；
Step4：施工第二注浆钻孔，终孔钻进至煤层底板的某一完整岩层底面，且下部为厚硬岩层顶面，下入技术套管至孔底，进行水泥固井；
Step5：进行煤层回采，当回采至第一注浆钻孔附近时，通过第一注浆钻孔向主注浆层位注浆；
Step6：当工作面推过第二注浆钻孔一段距离后，通过技术套管内腔向煤层底板注入水泥浆，形成底板注浆层，使第二注浆钻孔下端锚固于底板岩层，为第二注浆钻孔穿鞋；
Step7：重复Step5‑Step6，对其余第一注浆钻孔、第二注浆钻孔注浆；
Step8：持续对地表进行下沉观测，当地表下沉速率较快或累计下沉量较大时，在技术套管位于次注浆层位处射孔，通过技术套管内腔向次注浆层位进行二次注浆，注入水泥浆，最后使水泥浆充满整个第二注浆钻孔，将第二注浆钻孔上端锚固在主关键层下，为第二注浆钻孔戴帽。
2.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，Step2中，第一注浆钻孔成组布置，在倾向上相对于第二注浆钻孔的连线对称布置，且位于岩层垮落分界线与主关键层底面相交点以内。
3.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，Step2中，第一个第一注浆钻孔距离工作面切眼100‑120m，相邻的第一注浆钻孔间距200‑240m，第二注浆钻孔位于相邻的第一注浆钻孔中间。
4.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，Step3中，所述施工第一注浆钻孔具体为，采用Φ445mm牙轮钻头钻入松散层10m后，下Φ377mm的井口管加固井口；
采用Φ311mm牙轮钻头钻进至覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至主注浆层位。
5.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，Step4中，所述施工第二注浆钻孔具体为，采用Φ445mm牙轮钻头钻入松散层10m后，下Φ377mm的井口管加固井口；
采用Φ311mm牙轮钻头钻进至覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至终孔，下入Φ177.8×7.92mm技术套管至孔底，进行水泥固井。
6.根据权利要求1所述的覆岩离层注浆减沉方法，其特征在于，Step5中，主注浆层位注入的注浆材料为为粉煤灰或者质量比为1:4的水泥和粉煤灰，水固比平均1:1。
一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法
技术领域
[0001] 本发明涉及煤矿充填开采领域，具体为一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法。
背景技术
[0002] 覆岩离层注浆是煤矿中常用的充填减沉开采方法，其在地面向工作面施工注浆钻孔，在工作面回采期间将充填材料注入覆岩的离层中，具有充填与采煤干扰小，充填效率高，充填成本低等优点。但是其也存在不足之处，其一是未考虑覆岩和地表滞后下沉问题，注浆持续时间相对较短、注采比低；其二是只通过充注量降低开采损伤，并未形成稳定支承结构。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法，包括如下步骤：
[0004] Step1：基于钻孔柱状，应用关键层理论确定覆岩中关键层位置，确定离层注浆的主注浆层位位于煤层上部120m以上的第一个关键层的底面下部，离层注浆的次注浆层位位于主关键层的底面下部；
[0005] Step2：相邻工作面之间留设区段煤柱，沿工作面推进方向布置第一注浆钻孔，在第一注浆钻孔之间布置第二注浆钻孔，第二注浆钻孔位于工作面倾斜中部；
[0006] 优选的，第一注浆钻孔成组布置，在倾向上相对于第二注浆钻孔的连线对称布置，且位于岩层垮落分界线与主关键层底面相交点以内。
[0007] 优选的，第一个/第一组第一注浆钻孔距离工作面切眼100‑120m，相邻的第一注浆钻孔间距200‑240m，第二注浆钻孔位于相邻的第一注浆钻孔中间。
[0008] Step3：施工第一注浆钻孔，采用牙轮钻头钻进至主注浆层位；
[0009] 优选的，所述施工第一注浆钻孔具体为，采用Φ445mm牙轮钻头钻入松散层10m后，下Φ377mm的井口管加固井口；采用Φ311mm牙轮钻头钻进至覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至主注浆层位。
[0010] Step4：施工第二注浆钻孔，终孔钻进至煤层底板的某一完整岩层底面，且下部为厚硬岩层顶面，下入技术套管至孔底，进行水泥固井；
[0011] 优选的，所述施工第二注浆钻孔具体为，采用Φ445mm牙轮钻头钻入松散层10m后，下Φ377mm的井口管加固井口；采用Φ311mm牙轮钻头钻进至覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至终孔，下入Φ177.8×7.92mm技术套管至孔底，进行水泥固井。
[0012] Step5：进行煤层回采，当回采至第一注浆钻孔附近时，通过第一注浆钻孔向主注浆层位注浆；
[0013] 优选的，主注浆层位注入的注浆材料为粉煤灰或者质量比为1:4的水泥和粉煤灰，水固比平均1:1。
[0014] Step6：当工作面推过第二注浆钻孔一段距离后，通过技术套管内腔向煤层底板注入水泥浆，形成底板注浆层，使第二注浆钻孔下端锚固于底板岩层，为第二注浆钻孔穿鞋；
[0015] 优选的，Step6中采用高压旋喷加固技术注入水泥浆。
[0016] Step5‑Step6中，当注浆压力过大而无法注入时停止注浆。
[0017] Step7：重复Step5‑Step6，对其余第一注浆钻孔、第二注浆钻孔注浆；
[0018] Step8：持续对地表进行下沉观测，当地表下沉速率较快或累计下沉量较大时，在技术套管位于次注浆层位处射孔，通过技术套管内腔向次注浆层位进行二次注浆，注入水泥浆，最后使水泥浆充满整个第二注浆钻孔，将第二注浆钻孔上端锚固在主关键层下，为第二注浆钻孔戴帽。
[0019] 有益效果：本发明涉及一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法，布置有基岩采用裸孔的第一注浆钻孔，终孔施工于距煤层120m附近的主注浆层位，并向其内注浆，是保证注浆充填量、在注浆充填期间减沉的关键。还在第一注浆钻孔之间布置有全孔采用技术套管并用水泥固井的第二注浆钻孔，终孔施工于煤层底板，滞后工作面，通过技术套管内腔向底板注浆层注浆，达到为第二注浆钻孔穿鞋的目的；在第一注浆钻孔注浆结束后，在技术套管位于次注浆层位处射孔，通过技术套管内腔向次注浆层位注浆，可以将主注浆层位注入的浆体泌水压缩后产生的空间拦截于主关键层下，同时达到为第二注浆钻孔戴帽的目的，此时第二注浆钻孔为一包含套管的支撑柱/桩，可以提高对关键层，尤其是主关键层的支撑强度。如此既可以保证工作面回采时通过第一注浆钻孔大量注浆，保证充填量；又通过第二注浆钻孔的注浆避免了离层注浆减沉技术实施后可能产生的地层滞后下沉现象，从而实现地表塌陷的有效控制。
附图说明
[0020] 图1是本发明覆岩离层注浆减沉方法钻孔布置剖面图(倾向)；
[0021] 图2是本发明覆岩离层注浆减沉方法钻孔布置平面图；
[0022] 图中：地面1、松散层2、普通岩层3、关键层4、煤层5、底板岩层6、巷道7、工作面8、区段煤柱9、第一注浆钻孔10、底板注浆层11(穿鞋)、主注浆层位12、次注浆层位13(戴帽)、第二注浆钻孔14。
具体实施方式
[0023] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
[0024] 如图1‑2所示，一种滞后下沉可控的覆岩离层注浆减沉方法，包括如下步骤：
[0025] Step1：获取钻孔柱状，应用关键层理论确定覆岩中关键层4位置，关键层具有较大的厚度与强度，区别于关键层4之间的普通岩层3(一般为泥岩、粉砂岩)；离层产生于关键层底面下部，确定离层注浆的主注浆层位12位于煤层5上部120m以上的第一个关键层的底面下部，离层注浆的次注浆层位13位于主关键层的底面下部；
[0026] Step2：采区内布置工作面8，工作面8两侧布置回采巷道7，相邻工作面8之间留设区段煤柱9；沿工作面推进方向布置第一注浆钻孔10，在第一注浆钻孔10之间布置第二注浆钻孔14，第二注浆钻孔位于工作面倾向中部；
[0027] 优选的，第一注浆钻孔10成组布置，在倾向上相对于第二注浆钻孔14的连线对称布置，且位于岩层垮落分界线(岩层垮落角非水平的那条边)与主关键层底面相交点以内(如图2中第3个工作面)。
[0028] 优选的，第一个/第一组第一注浆钻孔10距离工作面切眼100‑120m，相邻的第一注浆钻孔间距200‑240m，第二注浆钻孔位于相邻的第一注浆钻孔中间。
[0029] Step3：施工第一注浆钻孔10，采用Φ445mm牙轮钻头钻进入松散层2约10m后，下入Φ377mm的井口管加固井口；采用Φ311mm牙轮钻头钻进至覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至主注浆层位12；
[0030] Step4：施工第二注浆钻孔14，采用Φ445mm牙轮钻头钻进入松散层2约10m后，下入Φ377mm的井口管加固井口；采用Φ311mm牙轮钻头钻进至进覆岩内5m后，下入Φ273×6mm螺旋套管，进行水泥固井；采用Φ215.9mm牙轮钻头钻进至煤层底板6的某一完整岩层底面，且下部为厚硬岩层顶面，下入Φ177.8×7.92mm技术套管至孔底，进行水泥固井；
[0031] Step5：进行煤层回采，当回采至第一注浆钻孔10附近时，通过第一注浆钻孔10向主注浆层位12注浆；
[0032] 优选的，主注浆层位12的注入的注浆材料为粉煤灰或者质量比为1:4的水泥和粉煤灰，水固比平均1:1。
[0033] Step6：当工作面推过第二注浆钻孔一段距离(30‑50m)后，通过技术套管内腔向煤层底板注入水泥浆，形成底板注浆层11，使第二注浆钻孔下端锚固于底板岩层，为第二注浆钻孔穿鞋；
[0034] 优选的，Step6中采用高压旋喷加固技术注入水泥浆。
[0035] Step5‑Step6中，当注浆压力过大而无法注入时停止注浆。
[0036] Step7：重复Step5‑Step6，对其余第一注浆钻孔、第二注浆钻孔注浆；
[0037] Step8：持续对地表进行下沉观测，当地表下沉速率较快或累计下沉量较大时，在技术套管位于次注浆层位处射孔，通过技术套管内腔向次注浆层位进行二次注浆，注入水泥浆，最后使水泥浆充满整个第二注浆钻孔，将第二注浆钻孔上端锚固在主关键层下，为第二注浆钻孔戴帽。
