CN104963721A - 一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，在含水层内横向设置多个主顺层孔，主顺层孔末端延伸出多个支顺层孔，主顺层孔和支顺层孔尽量避开贫水区穿过富水区布置，从巷道顶板向上施工多个穿层孔，穿层孔纵向可到达顺层孔不易到达的地方以及预期涌水量极大的富水区，多个顺层孔和穿层孔相结合形成立体疏水网络，能够较大程度地将顶底板采动影响范围内的回采冒落带、导水裂隙带和底板破坏影响带等范围内所含的水疏放排净。本发明提出的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，顺层孔和穿层孔设置合理科学，有效降低水压，提高疏放水效果，并且大大缩短施工工期，提高受水害威胁矿层开采的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法。
背景技术
水害是矿场五大自然灾害之一，通常采取防、堵、疏、排、截等治理措施。井下当含矿层离含水层很近或直接接触时，应采取积极的疏排措施。采用穿层孔与顺层孔抽采瓦斯的技术应用极为广泛。张集煤矿综采工作面瓦斯综合治理中就采用了运顺顺层钻孔和穿层钻孔等抽采方式。祁南矿713工作面上采用网格式上向密集穿层钻孔结合顺层钻孔瓦斯抽采技术，在底板巷道上向穿层孔群导致煤体裂隙萌生、扩展、贯通等效应，增加了煤体的透气性；通过穿层钻孔抽放空白条带内的瓦斯,降低煤层瓦斯压力和含量。首山一矿采用穿层钻孔预裂爆破煤巷技术来防治瓦斯突出，取得了较好的效果。采用穿层孔或顺层孔来进行疏放水的研究与工程实例相对较少，其中专利号200710302587“采煤工作面顶板离层水体防治方法”中，在工作面下顺槽(轨道巷、机巷)分别向上山方向、下山方向施工钻孔组，进行采前井下简易疏放水；专利号201110023355“下向穿层孔自动排水工艺”提出了一种下向穿层孔底输送压风自动排水工艺方法。前一种方法中，由于没有考虑水文地质特性很难取得高效，后者靠向下气压进行向上排水，难以获得快速大量的疏水效果。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，采用分叉顺层孔和穿层孔相结合在井下形成立体疏水网络，能够有效降低水压，疏放水效果好，速度快，保证与提高开采安全性。
本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，包括下列步骤：
S1、探测待开采区域的水文地质条件情况，确定地层分布、含水层厚度、高水压层位、含水层中的富水区和贫水区位置，并且计算每个富水区的预期涌水量；
S2、根据S1中的探测结果和每个富水区的预期涌水量，选择主顺层孔的孔径以及在待开采区域内施工顺层孔的数目和走向，并根据主顺层孔的排水能力设置穿层孔的数目和走向；
S3、在待开采区域内的含水层中设置至少一个主顺层孔，主顺层孔沿着含水层延伸且穿过至少一个富水区；
S4、在待开采区域内设置至少一个穿层孔，穿层孔底端与巷道连通，穿层孔穿过至少一个含水层。
优选地，在S1中，根据探测结果按照承压-潜水完整井公式计算预期涌水量。
优选地，在S3中，主顺层孔末端延伸有至少一个支顺层孔，支顺层孔穿过至少一个富水区。
优选地，在S3中，可在不同含水层内同时施工主顺层孔和/或支顺层孔；
优选地，多个主顺层孔和/或支顺层孔可穿过同一富水区。
优选地，在S3中，在设置主顺层孔或支顺层孔之前，在至少一个富水区内进行孔内爆破。
优选地，在S3中，主顺层孔和/或支顺层孔在富水区内穿过的路径长度为富水区边缘任意两点之间的最大距离。
优选地，在S3中，主顺层孔和/或支顺层孔避开含水层中的贫水区。
优选地，在S4中，穿层孔穿过至少一个富水区；
优选地，在S4中，穿层孔避开含水层中的贫水区。
优选地，在S4中，在巷道顶板内设置至少一台穿孔层钻机，穿孔层钻机自下而上施工穿层孔。
优选地，在S4中，多个穿层孔可穿过同一富水区。
本发明中，所提出的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，在含水层内横向设置多个主顺层孔，主顺层孔末端延伸出多个支顺层孔，主顺层孔和支顺层孔均绕过贫水区且穿过富水区布置，从巷道顶板向上延伸多个穿层孔，穿层孔纵向可到达顺层孔不易到达的地方以及预期涌水量极大的富水区，多个顺层孔和穿层孔相结合形成立体疏水网络，能够有效降低水压，并且能够较大程度地将顶底板采动影响范围内的回采冒落带、导水裂隙带和底板破坏影响带等范围内所含的水排净。通过上述优化设计的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，顺层孔和穿层孔设置合理科学，有效降低水压，提高疏放水效果的同时，大大缩短施工工期和疏放水时间，提高开采的安全性。
附图说明
图1为采用本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法在含水层A内设置顺层孔和穿层孔的俯视示意图。
图2为采用本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法在含水层B内设置顺层孔和穿层孔的俯视示意图。
图3为图1的含水层A和图2的含水层B以及含水层C的截面示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，包括下列步骤：
S1、通过本领域常规技术手段探测待开采区域的水文地质条件情况，确定地层分布、含水层厚度、高水压层位、含水层中富水区和贫水区的位置，并且根据探测结果按照如下承压-潜水完整井公式计算每个富水区的预期涌水量：
Q＝1.366k(2H-m)m/(lg(R+r0/r0))；
其中：Q为预测的矿井涌水量，其单位为m3/d；k为渗透系数，其单位为m/d；H为水柱高度，其单位为m；m为含水层厚度，其单位为m；R0为引用影响半径，其单位为m；R为矿坑排水影响半径，其单位为m，取经验数值；ro为引用半径，其单位为m，用经验公式计算：ro＝(F/π)1/2，F为先期开采地段及井田面积，其单位为m2；
S2、根据S1中的探测结果和每个富水区的预期涌水量，选择主顺层孔的孔径以及在待开采区域内的数目和走向，并根据主顺层孔的排水能力设置穿层孔的数目和走向；
S3、在待开采区域内的含水层中设置至少一个主顺层孔，主顺层孔沿着含水层延伸且穿过至少一个富水区，主顺层孔末端延伸有至少一个支顺层孔，支顺层孔穿过至少一个富水区，主顺层孔和支顺层孔均避开贫水区设置，并且二者在富水区内穿过的路径长度为富水区边缘任意两点之间的最大距离，实施过程中可依施工难度调整；
S4、在巷道顶板内设置多台穿孔层钻机，穿孔层钻机自下而上施工穿层孔，穿层孔底端与巷道连通，穿层孔穿过至少一个富水区且绕过含水层中的贫水区。
在实施例中，所提出的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，在含水层内横向设置多个主顺层孔，主顺层孔末端延伸出多个支顺层孔，主顺层孔和支顺层孔均绕过贫水区且穿过富水区布置，从巷道顶板向上延伸多个穿层孔，穿层孔纵向可到达顺层孔不易到达的地方以及预期涌水量极大的富水区，多个顺层孔和穿层孔相结合形成立体疏水网络，能够有效降低水压，并且能够较大程度地将顶底板采动影响范围内的回采冒落带、导水裂隙带和底板破坏影响带等范围内所含的水疏排净。通过上述优化设计的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，顺层孔和穿层孔设置合理科学，有效降低水压，提高疏放水效果的同时，大大缩短施工工期和疏放水时间，提高开采的安全性。
如图1至3所示，图1为采用本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法在含水层A内设置顺层孔和穿层孔的俯视示意图，图2为采用本发明提出的一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法在含水层B内设置顺层孔和穿层孔的俯视示意图，图3为图1的含水层A和图2的含水层B以及含水层C的截面示意图。
参照图1至3，待开采区域中具有三个含水层A、B、C，含水层A内具有三个富水区11、12、13和两个贫水区21、22，含水层B内具有两个富水区14、15。
根据本实施例的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，在含水层A内设置两个主顺层孔31、32，主顺层孔31绕过贫水区21并依此穿过富水区11、12，主顺层孔32穿过富水区13并避开贫水区22，含水层B内设置一个主顺层孔33，其末端延伸有支顺层孔331、332，支顺层孔331穿过富水区14且支顺层孔332穿过富水区15；根据顺层孔的排水能力设置穿层孔的数目和走向，在巷道5顶板每隔一段距离布置一台穿孔层钻机，穿孔层钻机从巷道自下而上施工穿层孔4，根据含水层的预期涌水量，部分穿层孔4穿过含水层C延伸至含水层B，部分穿层孔4穿过含水层C、含水层B延伸至含水层A，在具体设计过程中，在预期涌水量大的富水区设置多个穿层孔4穿过，并且穿层孔4达到顺层孔不易达到的地方，同时穿层孔4绕过含水层内的贫水区，从而提高富水区内水的排出。
在具体实施方式中，在一些预期涌水量大的富水区或疏水效果不理想的区域内，可在顺层孔或穿层孔内进行孔内爆破，以增大该区域岩层间的裂隙，加大疏水速度，从而提高顺层孔和穿层孔的联合疏水降压能力。
在顺层孔和穿层孔的设置中，可根据地层的地质条件综合考虑全方位疏水路线长度、所选用的主要施工钻孔机械的性能参数指标、人工的工作效率等因素，对不同含水层内的顺层孔同时施工，巷道内的多个钻孔机也同时施工穿层孔，可以提高效率，缩短工期；在主顺层孔、支顺层孔和穿层孔结合的交叉立体疏排水系统疏放水一段时间后，在控制水害并达到安全开采的前提下，可一边进行开采一边进行疏放水，这样能够在保证安全的情况下进一步有效缩短工期。
主顺层孔和/或支顺层孔在富水区内穿过的路径长度为富水区边缘任意两点之间的最大距离，在实际操作中，根据钻孔地质环境，使顺层孔以尽可能长的路径穿过富水区，同时，避开含水层中的贫水区，提高疏排水效果的同时，减少工期且不影响地层结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、探测待开采区域的水文地质条件情况，确定地层分布、含水层厚度、高水压层位、含水层中的富水区和贫水区位置，并且计算每个富水区的预期涌水量；
S2、根据S1中的探测结果和每个富水区的预期涌水量，选择主顺层孔的孔径以及在待开采区域内施工顺层孔的数目和走向，并根据主顺层孔的排水能力设置穿层孔的数目和走向；
S3、在待开采区域内的含水层中设置至少一个主顺层孔，主顺层孔沿着含水层延伸且穿过至少一个富水区；
S4、在待开采区域内设置至少一个穿层孔，穿层孔底端与巷道连通，穿层孔穿过至少一个含水层。
2.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S1中，根据探测结果按照承压-潜水完整井公式计算预期涌水量。
3.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S3中，主顺层孔末端延伸有至少一个支顺层孔，支顺层孔穿过至少一个富水区。
4.根据权利要求3所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S3中，在不同含水层内同时施工主顺层孔和/或支顺层孔，优选地，多个主顺层孔和/或支顺层孔可穿过同一富水区。
5.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S3中，在设置主顺层孔或支顺层孔之前，在至少一个富水区内进行孔内爆破。
6.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S3中，主顺层孔和/或支顺层孔在富水区内穿过的路径长度为富水区边缘任意两点之间的最大距离。
7.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S3中，主顺层孔和/或支顺层孔绕过含水层中的贫水区。
8.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S4中，穿层孔穿过至少一个富水区，优选地，穿层孔避开含水层中的贫水区。
9.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S4中，在巷道顶板内设置至少一台穿孔层钻机，穿孔层钻机自下而上施工穿层孔。
10.根据权利要求1所述的采用顺层孔与穿层孔结合的井下立体快速疏放水方法，其特征在于，在S4中，多个穿层孔可穿过同一富水区。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151007 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |