CN111894672A - 一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法。本发明针对采场顶板离层突水危害，结合工作面采动条件、上覆岩层特征及水文地质条件等，在工作面待采区域内布置地面泄水钻孔，进行对含水层的水位疏降工作，实现工作面有计划的超前疏放，降低工作面突水危险性；为增加地面泄水孔的整体强度，降低因岩层移动导致套管变形及破断风险，在地面泄水孔中填入高强度碎石料，并在二级钻孔下入花管吸水，保证泄水通道的完整与畅通，防止钻孔封堵的情况；在机/风巷底板布置储水槽，钻孔打至底板储水槽，避免泄出的水污染工作环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井疏放水方法，尤其涉及一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法。
背景技术
在煤炭在开采过程中会遇到的各种煤矿安全问题，这些问题严重限制了煤炭产业的发展。其中，水害、火灾、煤尘、瓦斯事故、顶板事故是煤矿最主要的五大灾害，也是影响煤矿生产的最主要的安全问题。
在这五类煤矿安全问题中，煤矿水害是指各类地表水或地下水在煤矿生产中涌入或溃入井下，从而影响煤矿的正常、安全生产的灾害现象。由于我国煤田水文地质条件复杂，煤矿在生产过程中受到的各种水害问题威胁非常严重，煤矿水害事故频繁发生，近年来，煤矿发生透水事故频发，归结事故的原因大多是由于回采过程中出现透水征兆后，未及时采取措施，在上覆岩体压力和老空水体的作用下，顶板由于悬顶面积增大而垮落，导致突水。由此可见，顶板水害的治理研究是矿井安全生产的关键。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据工作面参数、地层条件，计算工作面开采后的导水裂缝带发育高度，分析可能发育离层的地层，判断相关含水层对离层的充水影响；
步骤二：分别在工作面两侧机/风巷对应的地表错开一定距离布置钻机；
步骤三：钻机由地表从上到下垂直施工钻孔，钻孔包括一级钻孔与二级钻孔，一级钻孔直径大于二级钻孔。一级钻孔内嵌一级套管，一级钻孔打至可能发育离层的地层上，为防止松散层对一级套管的影响，在一级套管外采用水泥封闭区进行隔离封闭；
步骤四：一级钻孔合格后，设计施工二级钻孔，根据地层情况设计二级钻孔的孔径，二级钻孔下入二级套管，并向下打至机/风巷底板的储水槽位置处；
步骤五：向已打好的二级钻孔中加入高强度碎石料，防止地层中泥岩层遇水软化崩解进入钻孔导致封堵，还可以避免因煤层开挖引起的岩层移动破坏孔身结构，将二级钻孔用高强度碎石料填满，并于二级钻孔与一级钻孔相交处增加石料隔离网；
步骤六：在机/风巷底板处布置储水槽，二级套管中的水由渗水区渗出，由储水槽收集渗出的水，再通过管路排出；
步骤七：钻孔布置完毕后随即进行含水层的疏降工作，将含水层的水位降到安全值以下，实现含水层中水向离层积水区补给的截流。
进一步地，泄水钻孔布置在煤层待采区域，钻机错开100～150m分别布置在工作面机/风巷上方地表，两个钻机之间间隔200～300m。
进一步地，泄水钻孔主要作用于对工作面有直、间接影响的含水层。
进一步地，二级套管采用厚壁花管套管的形式对含水层水体进行吸收，二级套管可防止钻孔在穿越泥岩层时钻孔被封堵，还可以避免孔身结构受到岩层移动的影响而破坏。
进一步地，一级钻孔打至基岩层底界下方10～20m处。
进一步地，储水槽布置在机/风巷底板下，作为钻孔中水的临时储存点，钻孔向下打至工作面机/风巷底板的储水槽位置处，可以避免钻孔中水淋入顺槽或工作面，恶化工作环境。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明采用二级下入厚壁花管套管的形式，借助厚壁花管将覆岩含水层中的水体吸收或挤出并于二级钻孔部分填入高强度碎石料，降低因岩层移动导致套管变形及破断风险，避免钻孔穿越泥岩段时造成钻孔封堵；此布置方式可避免某些工作面由单一点或小范围出水转变为多点出水或大范围的情况；将钻孔打至机、风巷布置的储水槽，可以避免钻孔中水淋入顺槽或工作面，恶化工作环境。
附图说明
图1为本发明的沿煤层倾斜方向地层剖面图。
图2为本发明的超前泄水钻孔剖面图。
图中：1、松散层；2、基岩层；3、可能发育离层的地层；4、导水裂缝带；5、垮落带；6、煤层；7、泄水钻孔；8、水泥封闭区；9、一级套管；10、石料隔离网；11、离层积水区；12、二级套管；13、高强度碎石料；14、机/风巷；15、储水槽；16、渗水区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示的本发明提供的技术方案如下，一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据工作面参数、地层条件，计算工作面开采后的导水裂缝带4发育高度，分析可能发育离层的地层3，判断相关含水层对离层的充水影响；
步骤二：分别在工作面两侧机/风巷14对应的地表错开一定距离布置钻机；
步骤三：钻机由地表从上到下垂直施工钻孔，钻孔包括一级钻孔与二级钻孔，一级钻孔直径大于二级钻孔。一级钻孔内嵌一级套管9，一级钻孔打至可能发育离层的地层3上，为防止松散层1对一级套管9的影响，在一级套管9外采用水泥封闭区8进行隔离封闭；
步骤四：一级钻孔合格后，设计施工二级钻孔，根据地层情况设计二级钻孔的孔径，二级钻孔下入二级套管12，并向下打至机/风巷14底板的储水槽15位置处；
步骤五：向已打好的二级钻孔中加入高强度碎石料13，防止地层中泥岩层遇水软化崩解进入钻孔导致封堵，还可以避免因煤层开挖引起的岩层移动破坏孔身结构，将二级钻孔用高强度碎石料13填满，并于二级钻孔与一级钻孔相交处增加石料隔离网10；
步骤六：在机/风巷底板14处布置储水槽15，二级套管12中的水由渗水区16渗出，由储水槽15收集渗出的水，再通过管路排出；
步骤七：钻孔布置完毕后随即进行含水层的疏降工作，将含水层的水位降到安全值以下，实现含水层中水向离层积水区11补给的截流。
优选的，泄水钻孔7布置在煤层6待采区域，钻机错开100～150m分别布置在工作面机/风巷14上方地表，两个钻机之间间隔200～300m。
优选的，泄水钻孔7作用于对工作面有直、间接影响的含水层，主要针对工作面上方离层积水区11充水来源，通过对含水层进行水位疏降工作，降低含水层对离层的充水影响，更消除了含水层对工作面的直接充水影响，从而减小了离层积水区11对工作面的威胁。
优选的，二级套管12采用厚壁花管套管的形式对含水层水体进行吸收，二级套管12可防止钻孔在穿越泥岩层时钻孔被封堵，还可以避免孔身结构受到岩层移动的影响而破坏。
优选的，一级钻孔打至基岩层2底界下方10～20m处。
优选的，储水槽15布置在机/风巷14底板下，作为钻孔中水的临时储存点，钻孔向下打至工作面机/风巷14底板的储水槽15位置处，可以避免钻孔中水淋入顺槽或工作面，恶化工作环境。
如图1中的垮落带5是指由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带,曾称冒落带。
实施例一，永陇矿区先期开采地段内煤层顶板为软硬岩相间发育，且发育厚度稳定的泥岩类地层安定组和硬岩层宜君组；两者呈上硬下软的组合结构。煤层与宜君组间距为220～280m，期间泥岩地层累计厚度占比为59～94％，即此矿区具有典型离层水涌水矿井的地质特征，为控制离层空间发育对工作面回采的影响，本发明沿工作面推进方向每200～300m布置钻孔，可以避免由单一点或小范围或出水，向多点或大范围出水转变的情况。
通过加入高强度碎石料，减小了泄水钻孔发生变形、破坏或堵塞的可能，且能实现不进行钻孔周期性透孔，却依然保持泄水通道的畅通。
在机/风巷底板布置储水槽，作为孔中水的临时储存点，钻孔打至工作面顺槽底板储水槽，可以避免钻孔中水淋入顺槽或工作面，恶化工作环境。
本发明可以从根本上消除离层的影响，通过疏放含水层中的水，将含水层的水位降到安全值以下，减小了含水层对离层的充水影响，进一步降低了离层对工作面的突水危险性。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：根据工作面参数、地层条件，计算工作面开采后的导水裂缝带(4)发育高度，分析可能发育离层的地层(3)，判断相关含水层对离层的充水影响；
步骤二：分别在工作面两侧机/风巷(14)对应的地表错开一定距离布置钻机；
步骤三：钻机由地表从上到下垂直施工钻孔，钻孔包括一级钻孔与二级钻孔，一级钻孔直径大于二级钻孔。一级钻孔内嵌一级套管(9)，一级钻孔打至可能发育离层的地层(3)上，为防止松散层(1)对一级套管(9)的影响，在一级套管(9)外采用水泥封闭区(8)进行隔离封闭；
步骤四：一级钻孔合格后，设计施工二级钻孔，根据地层情况设计二级钻孔的孔径，二级钻孔下入二级套管(12)，并向下打至机/风巷(14)底板的储水槽(15)位置处；
步骤五：向已打好的二级钻孔中加入高强度碎石料(13)，防止地层中泥岩层遇水软化崩解进入钻孔导致封堵，还可以避免因煤层开挖引起的岩层移动破坏孔身结构，将二级钻孔用高强度碎石料(13)填满，并于二级钻孔与一级钻孔相交处增加石料隔离网(10)；
步骤六：在机/风巷底板(14)处布置储水槽(15)，二级套管(12)中的水由渗水区(16)渗出，由储水槽(15)收集渗出的水，再通过管路排出；
步骤七：钻孔布置完毕后随即进行含水层的疏降工作，将含水层的水位降到安全值以下，实现含水层中水向离层积水区(11)补给的截流。
2.根据权利要求1所述的采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：所述泄水钻孔(7)布置在煤层(6)待采区域，钻机错开100～150m分别布置在工作面机/风巷(14)上方地表，两个钻机之间间隔200～300m。
3.根据权利要求1所述的采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：所述泄水钻孔(7)主要作用于对工作面有直、间接影响的含水层。
4.根据权利要求1所述的采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：所述二级套管(12)采用厚壁花管套管的形式对含水层水体进行吸收，二级套管(12)可防止钻孔在穿越泥岩层时钻孔被封堵，还可以避免孔身结构受到岩层移动的影响而破坏。
5.根据权利要求1所述的采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：所述一级钻孔打至基岩层(2)底界下方10～20m处。
6.根据权利要求1所述的采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，其特征在于：所述储水槽(15)布置在机/风巷(14)底板下，作为钻孔中水的临时储存点，钻孔向下打至工作面机/风巷(14)底板的储水槽(15)位置处，可以避免钻孔中水淋入顺槽或工作面，恶化工作环境。
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