CN112483172A - 一种人为再造阻水边界的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人为再造阻水边界的方法，步骤1：根据矿井充水条件来圈定治理范围，同时根据矿井的采掘规划来圈定阻水边界线，将煤层顶板主要裂隙充水含水层或透水率值大于0.1L/s.m的区域作为注浆治理的目的层；步骤2：根据步骤1所确定的目的层厚度来确定每个主钻孔的下端水平钻设分支钻孔的数量和分布位置；步骤3：在分支钻孔钻孔达到设计深度后，进行压水试验，根据压水试验透水率值大小来选择并确定注浆材料和注浆参数，并根据选择的注浆材料和注浆参数来完成注浆；步骤4：对步骤3注浆区域进行效果验证，验证方法可分为钻探验证、物探验证或水文观测，如此可降低矿井排水费用，经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，尤其涉及一种人为再造阻水边界的方法。
背景技术
鄂尔多斯盆地是我国西北地区东部的一个大型构造盆地，是由多种不同类型岩石上下叠置构成的沉积盆地，同时也是一个巨大而复杂的地下水盆地，包含了周边岩溶地下水、白垩系自流盆地地下水和东部黄土区地下水共3个基本独立、但各有特色且存在局部联系的地下水大系统。而煤炭开采过程中产生大量的矿井水(部分地区含盐量高)，高盐矿井水的排放会污染区域土壤和破坏生态环境。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种人为再造阻水边界的方法，通过人为再造阻水边界可减少产生的矿井水，实现煤炭产业绿色可持续发展，提升矿区生态经济效益，推动煤炭产业可持续发展具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种人为再造阻水边界的方法，包括如下步骤：
步骤1：根据矿井充水条件来圈定治理范围，同时根据矿井的采掘规划来圈定阻水边界线，再结合矿井充水含水层岩性结构、分布特征及其富水性，将煤层顶板主要裂隙充水含水层或透水率值大于0.1L/s.m的区域作为注浆治理的目的层；
步骤2：根据步骤1所确定的治理范围边界的长度，按水平段覆盖范围来确定竖向主钻孔的数量和主钻孔的分布位置，同时根据步骤1所确定的目的层厚度来确定每个所述主钻孔的下端水平钻设分支钻孔的数量和分布位置；
步骤3：根据步骤2所确定的主钻孔好分支钻孔的钻孔参数来完成钻孔，且在分支钻孔钻孔达到设计深度后，进行压水试验，根据压水试验透水率值大小来选择并确定注浆材料和注浆参数，并根据选择的注浆材料和注浆参数来完成注浆；
步骤4：对步骤3注浆区域进行效果验证，验证方法可分为钻探验证、物探验证或水文观测。
上述技术方案中所述步骤3中注浆材料为单浆液水泥，注浆密度为1.10-1.50g/cm3。
上述技术方案中所述步骤2中每个所述主钻孔对应的多个所述分支钻孔的间距根据目的层实际厚度来确定，且上下相邻的分支钻孔之间的竖向间距为20-30m。
上述技术方案中所述步骤2中多个所述主钻孔的分布位置在水平面呈环形分布。
上述技术方案中所述步骤3中预先施工各主钻孔，在各主钻孔钻至设计深度时，依次下管固井，候凝，并检查固井质量，固井合格后方可钻取分支钻孔。
上述技术方案中所述步骤3中主钻孔施工完成后，按照设计轨迹定向水平钻取分支钻孔，直至钻进至设计深度，每个分支钻孔结束后，充分洗孔后进行压水试验，根据试验结果数据确定注浆材料和注浆参数，并完成注浆，注浆完成后再钻取下一个分支钻孔。
上述技术方案中所述步骤3中可利用后续钻取的分支钻孔对前期钻取的分支钻孔的注浆效果进行压水试验检验。
上述技术方案中所述步骤4中阻水边界构建完成后利用已有水文长期观测孔水位变化检验、利用实际矿井排水量进行检验或利用井下物探、钻探检验。
本发明实施例的技术效果是：通过实施人为再造阻水边界技术方法，对煤矿区开采工作面煤层顶板主要充水含水层采用垂向定向水平分支钻孔群注浆技术，人为控制形成阻水边界，阻隔地下水水平方向补给来源，构建相对独立地下水水文地质单元，削弱地下水补给量，能够实现“截源控量”，达到减少矿井排水量，降低矿井排水费用，经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明实施例所述的再造阻水边界示意图；
图2为本发明主钻孔的分支钻孔的轨迹示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种人为再造阻水边界的方法，包括如下步骤：
步骤1：根据矿井充水条件来圈定治理范围，同时根据矿井的采掘规划来圈定阻水边界线，再结合矿井充水含水层岩性结构、分布特征及其富水性，将煤层顶板主要裂隙充水含水层或透水率值大于0.1L/s.m的区域作为注浆治理的目的层；
步骤2：根据步骤1所确定的治理范围边界的长度，按水平段覆盖范围来确定竖向主钻孔的数量和主钻孔的分布位置，同时根据步骤1所确定的目的层的数量来确定每个所述主钻孔的下端水平钻设分支钻孔的数量和分布位置；
步骤3：根据步骤2所确定的主钻孔好分支钻孔的钻孔参数来完成钻孔，且在分支钻孔钻孔达到设计深度后，进行压水试验，根据压水试验透水率值大小来选择并确定注浆材料和注浆参数(注浆材料一般为单浆液水泥，注浆密度为1.10-1.50g/cm3，注浆方式可采用连续式注浆，注浆密度由低至高，并根据吃浆量及时调整浆液水固比)，并根据选择的注浆材料和注浆参数来完成注浆；
步骤4：对步骤3注浆区域进行效果验证，验证方法可分为钻探验证、物探验证或水文观测。
上述技术方案中所述步骤2中每个所述主钻孔对应的多个所述分支钻孔的间距根据目的层实际厚度来确定，且上下相邻的分支钻孔之间的竖向间距为20-30m，多个所述主钻孔的分布位置在水平面呈环形分布。
如图2所示，上述技术方案中所述步骤3中预先施工各主钻孔，在各主钻孔钻至设计深度时，依次下管固井，候凝，并检查固井质量，固井合格后方可按照设计轨迹定向水平钻取分支钻孔，直至钻进至设计深度，每个分支钻孔结束后，充分洗孔后进行压水试验，根据试验结果数据确定注浆材料和注浆参数，并完成注浆，注浆完成后再钻取下一个分支钻孔。其中，在每个分支钻孔钻进过程中当遇到构造时，探明构造位置后钻孔轨迹应继续控制在目的层中，同时在钻进过程中探查目的层孔隙和裂隙发育程度。
上述技术方案中所述步骤3中可利用后续钻取的分支钻孔对前期钻取的分支钻孔的注浆效果进行压水试验检验，所述步骤4中阻水边界构建完成后利用已有水文长期观测孔水位变化检验(即观测阻水边界构建前后的观测孔水位变化来判断阻水边界的阻水效果)、利用实际矿井排水量进行检验(阻水边界构建前后矿井的排水量来判断阻水效果)或利用井下物探、钻探检验(即在阻水边界构建后进钻探以查看边界区域内的水文变化情况来判断阻水效果)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种人为再造阻水边界的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据矿井充水条件来圈定治理范围，同时根据矿井的采掘规划来圈定阻水边界线，再结合矿井充水含水层岩性结构、分布特征及其富水性，将煤层顶板主要裂隙充水含水层或透水率值大于0.1L/s.m的区域作为注浆治理的目的层；
步骤2：根据步骤1所确定的治理范围边界的长度，按水平段覆盖范围来确定竖向主钻孔的数量和主钻孔的分布位置，同时根据步骤1所确定的目的层的厚度来确定每个所述主钻孔的下端水平钻设分支钻孔的数量和分布位置；
步骤3：根据步骤2所确定的主钻孔好分支钻孔的钻孔参数来完成钻孔，且在分支钻孔钻孔达到设计深度后，进行压水试验，根据压水试验透水率值大小来选择并确定注浆材料和注浆参数，并根据选择的注浆材料和注浆参数来完成注浆；
步骤4：对步骤3注浆区域进行效果验证，验证方法可分为钻探验证、物探验证或水文观测。
2.根据权利要求1所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤3中注浆材料为单浆液水泥，注浆密度为1.10-1.50g/cm3。
3.根据权利要求1所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤2中每个所述主钻孔对应的多个所述分支钻孔的间距根据目的层实际厚度来确定，且上下相邻的分支钻孔之间的竖向间距为20-30m。
4.根据权利要求1所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤2中多个所述主钻孔的分布位置在水平面呈环形分布。
5.根据权利要求1所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤3中预先施工各主钻孔，在各主钻孔钻至设计深度时，依次下管固井，候凝，并检查固井质量，固井合格后方可钻取分支钻孔。
6.根据权利要求5所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤3中主钻孔施工完成后，按照设计轨迹定向水平钻取分支钻孔，直至钻进至设计深度，每个分支钻孔结束后，充分洗孔后进行压水试验，根据试验结果数据确定注浆材料和注浆参数，并完成注浆，注浆完成后再钻取下一个分支钻孔。
7.根据权利要求6所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤3中可利用后续钻取的分支钻孔对前期钻取的分支钻孔的注浆效果进行压水试验检验。
8.根据权利要求1所述的人为再造阻水边界的方法，其特征在于，所述步骤4中阻水边界构建完成后利用已有水文长期观测孔水位变化检验、利用实际矿井排水量进行检验或利用井下物探、钻探检验。
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