CN106869997A - 一种煤矿多含水层防治方法 - Google Patents

一种煤矿多含水层防治方法 Download PDF

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王乐义
刘鹏
吴苏
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张修水
苏苗苗
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00—Drainage

Abstract

本发明属于煤矿井下防水领域，尤其涉及一种煤矿多含水层防治方法。包括以下步骤：（1）探查矿井内部构造及构造位置（2）确定地质构造含水性，明确导水裂隙带位置（3）检测导水断层之间的水力联系(4）进行地面注浆。在矿井未投产或生产过程中，可以在根据本项发明的基础上，进行技术上改造，施工各项地质勘探、物探工程，降低矿井出水的概率，降低了矿井开采成本，实现了效益最大化。

Description

一种煤矿多含水层防治方法
技术领域
本发明属于煤矿井下防水领域，尤其涉及一种煤矿多含水层防治方法。
背景技术
由于近几十年的大量开采，我国的煤炭资源逐渐匮乏，大部分矿井转入深部或下组煤开采，深井和下组煤受高承压底板突水威胁，给煤矿安全生产带来严重危害。
公开号：为103867229B的发明专利，公开了一种煤矿大采深与下组煤开采防治水综合治理方法，该方法仅仅适用于煤矿下组煤开采防治水综合治理办法。一是在山东省境内，很多煤矿开采煤层为3煤，而3煤属于上组煤，因此此专利在使用地域范围内存在局限性；二是该技术仅仅应用于奥灰水防治，在很多煤矿，矿井用水往往不是一单纯含水层，而是由多个含水层水混合而成的复合含水层水；三是该技术仅仅井下施工水平定向钻孔，在很多煤矿防治水工作当中，由于钻探施工工作场所原因及各方面技术原因，井下施工往往较为不现实。
该工艺需要解决的技术问题主要在于通过地面地质手段解决导水裂隙带位置和施工地点各层位岩性情况。现存问题在于很多煤矿一旦存在分布于整个矿井的导水断层，经常会导致淹井，造成人员及财产损失。
发明内容
针对上述现有技术的不足本发明提供一种适用范围广、精确、易操作的煤矿多含水层防治方法。
本发明的技术方案为：一种煤矿多含水层防治方法，包括以下步骤：
（1）探查矿井内部构造及构造位置：采用地面三维地震勘探技术，根据人工激发的地震波在地下岩层中的传播路径和时间，探测井下岩层界面的埋藏深度和形状，进而寻找或确定煤层情况以及地质构造情况；
（2）确定地质构造含水性，明确导水裂隙带位置：采用TVLF探水雷达探测技术，雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向待测煤层，处在待测煤层方向上的物体反射碰到的电磁波，雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的信息，结合地面三维地震勘探技术成果，对地质构造含水性情况进一步确定，明确导水裂隙带的大体位置；
（3）检测导水断层之间的水力联系：采用水化学示踪技术，利用与地下水化学成分背景值差异较大、稳定并易溶性盐离子作为示踪剂，将示踪剂溶液通过地面钻孔注入目标含水层，并进行注水加压，使其在地下水作用下不断运移和扩散，同时对井下各放水孔或老空区按照一定的时间间隔进行采样监测，依示踪剂离子浓度变化分析放水试验过程中地下水运动规律，进而间接获得投放点至接收点之间岩溶通道或断层的发育规律，结合（1）、（2）两个技术手段，确定导水断层之间的水力联系；
(4）进行地面钻孔与注浆：首先采用水平定向钻孔技术，从地面向目标构造裂隙带进行钻孔，然后进行注浆堵水，并往复钻进及注浆。
作为优选，所述水平定向钻孔时，首先选择适宜的水平坑道钻机，钻进过程中慢转快进，减少地层扰动；并加孔口密封装置，防止突然涌水、涌沙。
作为优选，所述注浆浆液采用混合浆，其配比为水：硅酸盐浆液:天然瓜尔胶：陶瓷纤维：矿物外加剂=1：2：0.01：0.01：1。
与现有技术相比，本发明的优点与有益效果在于：首先利用地面三维地震勘探技术，确定矿井内部构造及构造位置，然后利用TVLF探水雷达探测技术，确定地质构造含水性，明确导水裂隙带位置，为下一步检测导水断层之间的水力联系做铺垫，最后进行地面钻孔和注浆；采用上述方法能够探查矿井内部构造及导水裂隙带位置，并在地面上进行定向钻孔与注浆，能够对上组煤和下组煤的复合含水层水进行防治；并在地面进行钻孔与注浆，提前对矿井多含水层出水水源和涌水通道进行确认，在矿井未投产或生产过程中，可以在根据本项发明的基础上，进行技术上改造，施工各项地质勘探、物探工程，降低矿井出水的概率，降低了矿井开采成本，实现了效益最大化，在技术上保障了矿井安全生避免了在矿井下施工带来的误差与不便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例：本实施例为山东东山王楼煤矿多含水层防治方法的实施过程。
首先采用地面三维地震勘探技术，探查矿井内部构造及构造位置。三维地震勘探主要由野外地震数据资料采集、室内地震数据处理、地震资料解释3个步骤。先定好测线及爆炸点和接收点的位置，进行钻井准备好可埋下炸药的浅井、埋检波器、布置电缆线至仪器车。炸药爆炸后产生出地震波，地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收并传到仪器车，仪器车将检波器传来的信号记录下来，获得地震记录。
室内地震数据处理，把采集到的地震信息磁带上的大量数据输入专用电子计算机，按不同要求用一系列功能不同的程序进行处理运算，把数据进行归类编排，突出有效的，除去无效和干扰的，最后把经过各种处理的数据进行叠加和偏移，最终得到地震剖面和三维数据体文件。
采用高密度电法透视，来进一步研究地下不同介质的分布情况。是以观测视电阻率的变化为基础的一种物探仪器设备。现场工作时，一次性布置多根电极，由仪器自动控制进行电极转换。测量时，仪器通过两供电电极（如A、B）向地下供电，由测量电极（如M、N）进行测量。
地震资料解释，将经过处理的地震信息运用波动理论和地质知识，综合地质、测井等各项资料，得出矿井-567.8m至-649m存在火成岩段，-867m为侏罗系底界，存在刘官屯导水断层。
然后采用TVLF探水雷达探测技术，确定地质构造含水性，明确导水裂隙带位置。雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向刘官屯导水断层，处在刘官屯导水断层方向上的物体反射碰到的电磁波，雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的信息，结合地面三维地震勘探技术成果，对地质构造含水性情况进一步确定，明确导水裂隙带深度为-1029m至-1265m。
其次检测导水断层之间的水力联系：采用水化学示踪技术，将碘化钾示踪剂溶液通过地面钻孔注入目标含水层，并进行注水加压，使其在地下水作用下不断运移和扩散，同时对井下各放水孔或老空区按照一定的时间间隔进行采样监测，依碘化钾示踪剂离子浓度变化分析放水试验过程中地下水运动规律，进而间接获得投放点至接收点之间岩溶通道或断层的发育规律，结合（1）、（2）两个技术手段，确定导水断层之间的水力联系；
最后进行地面钻孔与注浆，主钻孔孔口位置设置在PQ7裂隙发育区长轴方向以南230m,开孔孔径φ311mm，正常钻进至304m，到达第四系底界，下入φ244.5*8.94mm套管，固管。后以φ216mm钻头透孔并钻进至660m。从660m处开始定向钻进至880m，下入φ177.8*9.19mm套管，固管。从880m至940m段下入177.8*9.19mm套管，固管。φ132mm钻头钻进至1029m开始注浆，注入浆液50.6t。之后在1046m（本次注入浆液80t）、1072m（本次注入浆液245.62t）、1083m（本次注入浆液324.45t）、1087.5m（本次注入浆液1027.57t）、1104m（本次注入浆液865.98t）、1121.7m（本次注入浆液9t）、1130m（本次注入浆液40.5t）、1141m（本次注入浆液8.86t）、1145m（本次注入浆液33t）、1148m（本次注入浆液14.3t）、1150m（本次注入浆液67.5t）、1151m（本次注入浆液884.88t），940.2m-1050m段（本次注入浆液27.54t），1155m（本次注入浆液422.21t），1163m（本次注入浆液30t）。
在主孔938m新开2号分支孔，钻进至1191m。2号分支孔1096m（本次注入浆液18t），2号分支孔1134m（本次注入浆液15.2t），2号分支孔1136m（本次注入浆液607.32t），2号分支孔1139m（本次注入浆液69.84t），2号分支孔1141m（本次注入浆液23.4t）、2号分支孔1147m（本次注入浆液58t）、2号分支孔1150m（本次注入浆液130.96t）、2号分支孔1161m（本次注入浆液24.57t）、2号分支孔1166m（本次注入浆液83.16t）、2号分支孔1176m（本次注入浆液36t）、2号分支孔1180m（本次注入浆液24t）、2号分支孔1187m（本次注入浆液13.5t），2号分支孔1188m（本次注入浆液14.4t），2号分支孔1188.7m（本次注入浆液30.6t），前后共注浆33次，注入浆液共计7051.76t，浆液8440.65m3，压力达12Mpa时停止注浆。
在主孔627m新开3号分支孔，钻进至960m开始注浆，注入浆液41.4t。之后3号分支孔在1129m（本次注入浆液88.2t）、3号分支孔在1136m（本次注入浆液88.2t）、3号分支孔在1166.85m（本次注入浆液87.3t）、3号分支孔在1179m（本次注入浆液76.32t）、3号分支孔在1191m（本次注入浆液76.41t）、3号分支孔在1203m（本次注入浆液26.1t）、3号分支孔在1219m（本次注入浆液61.2t），分别出现全漏并进行注浆，加之前注浆，累计注浆41次，注入浆液共计7596.89t，浆液9046.35m3。
进一步地，水平定向钻孔时，首先选择适宜的水平坑道钻机，钻进过程中慢转快进，减少地层扰动；并加孔口密封装置，防止突然涌水、涌沙。
进一步地，所述注浆浆液采用混合浆，其配比为水：硅酸盐浆液:天然瓜尔胶：陶瓷纤维：矿物外加剂=1：2：0.01：0.01：1，矿物外加剂为硅灰粉、粉煤灰、钢渣的混合物，矿物外加剂能使注浆材料的耐久性能和结石率提高，同时还能使注浆材料的成本降低，陶瓷纤维的加入能够提高注浆材料的耐磨性、韧性和热膨胀性，天然瓜尔胶能够增加浆液粘度和凝聚性能。
通过上述方法减小了矿井涌水量150 m3/h，节约了矿井排水费用，保障了矿井安全生产。
本发明未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种煤矿多含水层防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）探查矿井内部构造及构造位置：采用地面三维地震勘探技术，根据人工激发的地震波在地下岩层中的传播路径和时间，探测井下岩层界面的埋藏深度和形状，进而寻找或确定煤层情况以及地质构造情况；
（2）确定地质构造含水性，明确导水裂隙带位置：采用TVLF探水雷达探测技术，雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向待测煤层，处在待测煤层方向上的物体反射碰到的电磁波，雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的信息，结合地面三维地震勘探技术成果，对地质构造含水性情况进一步确定，明确导水裂隙带的大体位置；
（3）检测导水断层之间的水力联系：采用水化学示踪技术，利用与地下水化学成分背景值差异较大、稳定并易溶性盐离子作为示踪剂，将示踪剂溶液通过地面钻孔注入目标含水层，并进行注水加压，使其在地下水作用下不断运移和扩散，同时对井下各放水孔或老空区按照一定的时间间隔进行采样监测，依示踪剂离子浓度变化分析放水试验过程中地下水运动规律，进而间接获得投放点至接收点之间岩溶通道或断层的发育规律，结合（1）、（2）两个技术手段，确定导水断层之间的水力联系；
(4）进行地面钻孔与注浆：首先采用水平定向钻孔技术，从地面向目标构造裂隙带进行钻孔，然后进行注浆堵水，并往复钻进及注浆。
2.根据权利要求1所述的煤矿多含水层防治方法，其特征在于，对地下不同介质的分布情况进一步探测，采用高密度电法透视，一次性布置多根电极，测量时，通过两供电电极（如A、B）向地下供电，由测量电极（如M、N）进行测量。
3.根据权利要求1所述的煤矿多含水层防治方法，其特征在于，所述水平定向钻孔时，首先选择适宜的水平坑道钻机，钻进过程中慢转快进，减少地层扰动；并加孔口密封装置，防止突然涌水、涌沙。
4.根据权利要求1所述的煤矿多含水层防治方法，其特征在于，所述注浆浆液采用混合浆，其配比为水：硅酸盐浆液:天然瓜尔胶：陶瓷纤维：矿物外加剂=1：2：0.01：0.01：1。
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