CN112855260A - 一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，该方法利用地面直疏孔对含水层进行集中疏降，若无法达到疏降要求利用井下深部疏降斜孔对含水层深部进行疏降，然后在采区掘进前利用井下顺层验证孔对采区疏降效果进行区域检验，最后在工作面回采前利用密集疏降斜孔对工作面顶板含水层进行精确检验，针对帷幕渗流过水利用帷幕拦截钻孔进行拦截疏放。本发明方法根据含水层的赋存情况、水文地质特性、煤层采掘设计等，针对不同区域利用多种疏放方式和手段，互相辅助、结合，实现帷幕截流后含水层的全区域快速疏降。

Description

一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法

技术领域

本发明属于矿井水害防治技术领域，特别涉及一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法。

背景技术

煤炭作为我国主体能源，对我国能源保障具有举足轻重的作用，作为五大伴生灾害之一的煤矿水害，成为严重制约煤炭工业可持续发展。针对强富水、强补给顶板水害防治，传统疏干降压方法无法根治水害问题，同时不可避免会造成水资源的浪费与污染，为解决顶板强富水、强补给含水层的水害威胁，我国矿山防治水工作者开创性的开发了矿山帷幕注浆技术，提出帷幕截流、疏干开采的防治水综合技术。

阻水帷幕建造完成后，需在帷幕内对含水层进行疏放，以彻底根治水害问题。当治理含水层赋存条件及储水介质较复杂时，采用单一的疏放水技术其疏放效果便会大打折扣，疏降效率较低，且无法对疏降效果进行验证，无法满足煤层安全开采要求。

发明内容

本发明提供一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，解决复杂赋存条件及储水介质含水层在帷幕截流后疏降难度大，单一疏降方式疏降效率低，无法满足全区快速、安全疏降等问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，包括如下具体步骤：

步骤1：根据含水层及井上下实际条件，布置地面直疏孔，连通含水层与井下疏排系统，对含水层进行集中疏放；

步骤2：含水层水位下降至地面直疏孔底板以下后，在井下施工深部疏降斜孔，对含水层深部进行疏放；

步骤3：针对待采采区，含水层疏降达标后，在采区大巷内施工钻窝，钻窝内施工定向顺层钻孔，对顶板含水层进行疏降及验证；

步骤4：井下工作面回采前，在工作面巷道内施工专门的放水联巷，设计施工密集疏降斜孔，对工作面上部含水层进行疏降及验证，满足煤层开采要求；

步骤5：针对帷幕渗流补给量，在帷幕内侧施工截流放水巷道，向帷幕方向施工帷幕拦截孔，对帷幕过水进行拦截验证，减少帷幕外含水层对井下的补给量；

步骤6：结合步骤1～5所述疏放水方式，对帷幕内含水层进行联合疏放，同时对含水层疏降效果进行验证。

进一步的，在步骤1中，施工地面直疏孔包括如下步骤：

步骤1.1：根据井下巷道位置挑选地面直疏孔孔位，与目标巷道平面距离5～10m；

步骤1.2：施工一开由地表至含水层之上，下入套管并固井，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.3：施工二开至目标巷道底板标高以下15m，下入二开套管，二开套管为飞管，其与一开套管重合20m；二开套管包括含水层13段的花管和其他层位的实管，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.4：自井下巷道内施工钻窝，揭露地面直通孔，并通过焊接管路实现含水层与井下泄水巷相通，在孔口安装电子闸阀，控制放水量。

进一步的，在步骤2中，施工井下深部疏降斜孔包括如下步骤：

步骤2.1：在井下巷道系统内选择标高最低位置施工钻窝；

步骤2.2：在钻窝内利用井下钻机施工深部疏降斜孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤2.3：二开孔径施工进入含水层50m，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量。

进一步的，在步骤3中，施工井下定向水层钻孔包括如下步骤：

步骤3.1：针对待采采区，含水层疏降达标后，根据井下巷道系统与含水层间空间关系，在采区大巷内选择位置施工钻窝；

步骤3.2：在钻窝内利用井下定向钻机施工井下顺层钻孔，一开进入含水层底板以下5m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤3.3：二开孔径施工进入含水层后顺含水层钻进，顺层长度不小于300m为裸孔段，每钻进50m观测钻孔出水量；

步骤3.4：施工完成第一分支后，在一开套管底口重新侧钻施工下一分支，分支孔间间距为20m；

步骤3.5：重复步骤3.3～3.4，共施工四个分支孔，实现对含水层的全面覆盖，后在孔口安装电子闸阀，控制放水量。

进一步的，在步骤4中，施工密集疏降钻孔包括如下步骤：

步骤4.1：工作面回采前在工作面巷道内施工放水联巷，至煤层顶板以上；

步骤4.2：在放水联巷内利用井下钻机施工放水仰孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤4.3：二开施工穿透含水层至顶板隔水层内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量；

步骤4.4：重复步骤4.2～4.3，继续施工放水仰孔，各放水孔间孔底间距为50m，将工作面顶板全部覆盖。

进一步的，在步骤5中，施工帷幕拦截钻孔包括如下步骤：

步骤5.1：在帷幕内施工井下截流放水巷道，距离帷幕100m以上；

步骤5.2：在截流放水巷道内利用井下钻机施工帷幕拦截孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤5.3：二开施工至距离帷幕50m以内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量；

步骤5.4：重复步骤5.2～5.3，在相同位置继续施工帷幕拦截孔，单孔组内拦截孔间孔底间距为50m，将含水层全部覆盖；

步骤5.5：重复步骤5.2～5.4，在放水巷内继续施工帷幕拦截孔构成孔组，两孔组间间隔为200m，将帷幕线全部覆盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.在本发明步骤一中，利用地面直疏孔进行含水层的集中疏放，可实现大口径、大流量、自流式疏放，克服了井下小口径、放水量有限的难题，同时大大减少了地面抽水的设备及能量的消耗，快速、安全、经济的将含水层水位疏降至安全水位之下。

2.在本发明步骤三中，利用井下定向顺层钻孔，对含水层进行疏降及验证，利用定向顺层孔的优势，实现对顶板含水层的全面覆盖验证，大大减少了井下钻孔工程量，提高了疏放、验证效率。

3.在本发明步骤五中，利用专门的拦截钻孔，有针对性的对帷幕渗流补径水进行拦截，提高了疏放的可靠性，大大减少了帷幕渗流补给对井下煤层回采影响，保障了矿井的安全生产。

4.本发明方法针对复杂储水介质含水层，根据其特性选取多种疏放手段，相互组合，实现含水层的快速疏降及煤层安全开采。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法的疏降钻孔平面示意图；

图3是本方明发放的地面直疏孔及深部疏降斜孔剖面示意图；

图4是本发明方法的井下顺层验证孔及帷幕拦截钻孔剖面示意图；

图5是本发明方法的密集疏降斜孔的剖面示意图；

图中，1-井下巷道，2-钻窝，3-地面直疏孔，4-深部疏降斜孔，5-井下顺层验证孔，6-放水联巷，7-密集疏降斜孔，8-截流放水巷道，9-帷幕拦截孔，10-帷幕，11-电子闸阀，12-隔水层，13-含水层，14-煤层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明的基本思路是：利用地面直疏孔对含水层进行集中疏降，若无法达到疏降要求利用井下深部疏降斜孔对含水层深部进行疏降，然后在采区掘进前利用井下顺层验证孔对采区疏降效果进行区域检验，最后在工作面回采前利用密集疏降斜孔对工作面顶板含水层进行精确检验，针对帷幕渗流过水利用帷幕拦截钻孔进行拦截疏放。本发明方法根据含水层的赋存情况、水文地质特性、煤层采掘设计等，针对不同区域利用多种疏放方式和手段，互相辅助、结合，实现帷幕截流后含水层的全区域快速疏降。

实施例：

步骤1：参见图2和图3，根据含水层13及井上下实际条件，布置地面直疏孔3，连通含水层13与井下疏排系统，对含水层13进行集中疏放，具体而言可包含如下子步骤：

步骤1.1：根据井下巷道1位置挑选地面直疏孔3孔位，与目标巷道平面距离5～10m；

步骤1.2：施工一开由地表至含水层13之上，下入套管并固井，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.3：施工二开至目标巷道1底板标高以下15m，下入二开套管，二开套管为飞管，其与一开套管重合20m；二开套管包括含水层13段的花管和其他层位的实管，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.4：自井下巷道1内施工钻窝2，揭露地面直通孔，并通过焊接管路实现含水层13与井下泄水巷相通，在孔口安装电子闸阀11，控制放水量，实施放水。

步骤2：参见图2和图3，含水层13水位下降至地面直疏孔底板以下后，在井下施工深部疏降斜孔4，对含水层13深部进行疏放，具体而言可包含如下子步骤：

步骤2.1：在井下巷道1系统内选择标高最低位置施工钻窝2；

步骤2.2：在钻窝2内利用井下钻机施工深部疏降斜孔4，一开孔径Ф152mm施工段长≮30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤2.3：二开孔径Ф94mm施工进入含水层13内50m，为裸孔段，孔口安装电子闸阀11，控制放水量。

步骤3：参见图2和图4，针对待采采区，在井下选取合适位置，施工定向顺层钻孔，对含水层13进行疏降及验证，具体而言可包含如下子步骤：

步骤3.1：在待采采区外围，根据井下巷道系统与含水层13间空间关系，选择合适位置施工钻窝2；

步骤3.2：在钻窝2内利用井下定向钻机施工井下顺层钻孔5，一开孔径Ф152mm进入含水层13底板以下5m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤3.3：二开孔径Ф94mm施工进入含水层13后顺含水层钻进，顺层长度≮300m为裸孔段，每钻进50m观测钻孔出水量；

步骤3.4：施工完成第一分支后，在一开套管底口重新侧钻施工下一分支，分支孔间间距为20m；

步骤3.5：重复步骤3.3～3.4，共施工4个分支孔，实现对待采采区顶板含水层13的全面覆盖，后在孔口安装电子闸阀11，控制放水量。

步骤4：参见图2和图4，井下工作面回采前，施工专门的放水联巷6，设计施工密集疏降斜孔7，对工作面上部含水层13进行疏降及验证，满足煤层开采要求，具体而言包含如下子步骤：

步骤4.1：工作面回采前在井下巷道1内施工放水联巷6，至煤层14顶板以上；

步骤4.2：在放水联巷6内利用井下钻机施工密集疏降斜孔，一开孔径Ф152mm施工段长≮30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤4.3：二开孔径Ф94mm施工穿透含水层13至顶板隔水层12内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀11，控制放水量；

步骤4.4：重复步骤4.2～4.3，继续施工密集疏降斜孔7，各放水孔间孔底间距为50m，将工作面顶板全部覆盖。

步骤5：参见图2和图5，针对帷幕10渗流补给量，在帷幕10内侧施工专门的截流放水巷道8，向帷幕10方向施工帷幕拦截孔9，对帷幕10过水进行拦截验证，减少帷幕10外含水层对井下的补给量，具体而言可包含如下子步骤：

步骤5.1：在帷幕10内施工井下截流放水巷道8，距离帷幕10100m以上；

步骤5.2：在截流放水巷道8内利用井下钻机施工帷幕拦截孔9，一开孔径Ф152mm施工段长≮30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤5.3：二开孔径Ф94mm施工至距离帷幕1050m以内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀11，控制放水量；

步骤5.4：重复步骤5.2～5.3，在相同位置继续施工帷幕拦截孔9，单孔组内拦截孔间孔底间距为50m，将含水层全部覆盖；

步骤5.5：重复步骤5.2～5.4，在放水巷内继续施工帷幕拦截孔9组，两孔组间间隔为200m，将帷幕线全部覆盖。

步骤6：结合上述疏放水方式，对帷幕10内含水层13进行井上下联合疏放，同时对含水层疏降效果进行验证。

经过实际检验计算，帷幕10内含水层13疏降达到煤层安全开采需求，工作面在回采期间无顶板含水层涌水。

以上为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤1：根据含水层及井上下实际条件，布置地面直疏孔，连通含水层与井下疏排系统，对含水层进行集中疏放；

步骤2：含水层水位下降至地面直疏孔底板以下后，在井下施工深部疏降斜孔，对含水层深部进行疏放；

步骤3：针对待采采区，含水层疏降达标后，在采区大巷内施工钻窝，钻窝内施工定向顺层钻孔，对顶板含水层进行疏降及验证；

步骤4：井下工作面回采前，在工作面巷道内施工专门的放水联巷，设计施工密集疏降斜孔，对工作面上部含水层进行疏降及验证，满足煤层开采要求；

步骤5：针对帷幕渗流补给量，在帷幕内侧施工截流放水巷道，向帷幕方向施工帷幕拦截孔，对帷幕过水进行拦截验证，减少帷幕外含水层对井下的补给量；

步骤6：结合步骤1～5所述疏放水方式，对帷幕内含水层进行联合疏放，同时对含水层疏降效果进行验证。

2.根据权利要求1所述地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，在步骤1中，施工地面直疏孔包括如下步骤：

步骤1.1：根据井下巷道位置挑选地面直疏孔孔位，与目标巷道平面距离5～10m；

步骤1.2：施工一开由地表至含水层之上，下入套管并固井，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.3：施工二开至目标巷道底板标高以下15m，下入二开套管，二开套管为飞管，其与一开套管重合20m；二开套管包括含水层13段的花管和其他层位的实管，做好止水并进行耐压试验，直至合格；

步骤1.4：自井下巷道内施工钻窝，揭露地面直通孔，并通过焊接管路实现含水层与井下泄水巷相通，在孔口安装电子闸阀，控制放水量。

3.根据权利要求1或2所述地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，在步骤2中，施工井下深部疏降斜孔包括如下步骤：

步骤2.1：在井下巷道系统内选择标高最低位置施工钻窝；

步骤2.2：在钻窝内利用井下钻机施工深部疏降斜孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤2.3：二开孔径施工进入含水层50m，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量。

4.根据权利要求3所述地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，在步骤3中，施工井下定向水层钻孔包括如下步骤：

步骤3.1：针对待采采区，含水层疏降达标后，根据井下巷道系统与含水层间空间关系，在采区大巷内选择位置施工钻窝；

步骤3.2：在钻窝内利用井下定向钻机施工井下顺层钻孔，一开进入含水层底板以下5m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤3.3：二开孔径施工进入含水层后顺含水层钻进，顺层长度不小于300m为裸孔段，每钻进50m观测钻孔出水量；

步骤3.4：施工完成第一分支后，在一开套管底口重新侧钻施工下一分支，分支孔间间距为20m；

步骤3.5：重复步骤3.3～3.4，共施工四个分支孔，实现对含水层的全面覆盖，后在孔口安装电子闸阀，控制放水量。

5.根据权利要求4所述地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，在步骤4中，施工密集疏降钻孔包括如下步骤：

步骤4.1：工作面回采前在工作面巷道内施工放水联巷，至煤层顶板以上；

步骤4.2：在放水联巷内利用井下钻机施工放水仰孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤4.3：二开施工穿透含水层至顶板隔水层内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量；

步骤4.4：重复步骤4.2～4.3，继续施工放水仰孔，各放水孔间孔底间距为50m，将工作面顶板全部覆盖。

6.根据权利要求5所述地下帷幕截流后全区域快速疏降方法，其特征在于，在步骤5中，施工帷幕拦截钻孔包括如下步骤：

步骤5.1：在帷幕内施工井下截流放水巷道，距离帷幕100m以上；

步骤5.2：在截流放水巷道内利用井下钻机施工帷幕拦截孔，一开施工段长不小于30m，下入套管固井并进行耐压试验；

步骤5.3：二开施工至距离帷幕50m以内，为裸孔段，孔口安装电子闸阀，控制放水量；

步骤5.4：重复步骤5.2～5.3，在相同位置继续施工帷幕拦截孔，单孔组内拦截孔间孔底间距为50m，将含水层全部覆盖；

步骤5.5：重复步骤5.2～5.4，在放水巷内继续施工帷幕拦截孔构成孔组，两孔组间间隔为200m，将帷幕线全部覆盖。

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