CN113006795B - 一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿井水的治理领域，具体涉及一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法。本发明的方法包括在工作面或采区的四周施工地上注浆孔，并向所述注浆孔内注浆的步骤；以所述工作面或采区为中心，所述注浆孔围绕所述工作面或采区呈多个环状分布。本发明从源头上堵塞了地下水涌入矿井的通道，将地下水封存在地层中，减少了煤矿开采对地下水的影响，从而减少了矿井水的涌入量，保护了地下水资源。

Description

一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法

技术领域

本发明属于矿井水的治理领域，具体涉及一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法。

背景技术

我国西部侏罗纪煤矿区矿井水呈现出量大、矿化度高的显著特征，当前，该地区矿井水的防治主要是以“矿井水疏排”为主，但是效果不明显。而且，“矿井水疏排”技术虽然对于矿井安全起到了一定的作用的，但是，对地下水资源和生态环境破坏严重，疏排后的矿井水仍面临处理的难题。

现有技术在对矿井水进行治理的过程中有注浆的技术，但是该技术重点针对的是煤层底板灰岩水的治理，适用于裂隙水或岩溶水的治理，主要是对裂隙和岩溶进行封堵。

西部侏罗纪煤田的主要水害为煤层顶板白垩系志丹群的砂岩孔隙水，这类具有两个特点，一是含水层富水性强，而且孔隙比较均一，采用类似底板注浆的区域治理的技术，将会造成巨大的经济负担。二是，白垩系志丹群砂岩孔隙度高，但是孔隙主要以微孔隙为主，单一孔隙的孔径非常小，常规注浆难以达到理想的效果，因此对于侏罗纪煤田顶板砂岩水目前还没有理想的治理方法。

发明内容

针对现有技术没有对侏罗纪煤田顶板砂岩水的有效治理方法，本发明提供一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法，本发明所述方法包括在工作面或采区的四周施工地上注浆孔，并向所述注浆孔内注浆的步骤；

以所述工作面或采区为中心，所述注浆孔围绕所述工作面或采区呈多个环状分布。

由于西部侏罗纪煤田的主要水害为煤层顶板砂岩孔隙水，它的含水层富水性强，若采用传统的底板注浆的区域治理的技术，由于浆液需求量大，将会造成巨大的经济负担，本发明通过在工作面或采区的四周设置环状的注浆孔，注浆后可形成隔水帷幕，实现在浆液使用较少的情况下达到良好的隔水效果。

优选的，距离所述工作面或采区边缘最近的注浆孔在注浆后浆液的扩散边界位于煤层开采影响区的边界之外，在上述距离内，不会影响正常的开采的进行。

进一步优选的，距离所述工作面或采区边缘最近的注浆孔距离所述煤层开采影响区的边界30～100m。

优选的，相邻的环状分布的注浆孔交错设计。上述交错设置是指，相邻的内环与外环间位置对应的孔不是直接对应的，而是有一定的错位，通过上述设置可使注浆区域相互补充。

优选的，任意相邻的注浆孔间的距离为40～80m。在上述距离范围内既能确保注得进浆液，形成帷幕，又不至于使得钻孔数量及钻探工作量过大。

优选的，沿所述注浆孔向地下延伸的方向，分为输送段和注浆段，所述注浆段延伸至煤层顶板。

优选的，所述注浆段从上向下穿越导水裂隙带影响范围内的富水性为中等、强和极强的含水层。通过上述设置可最大限度的封堵出水层段，减小工程总的注浆量。

本发明所述富水性为中等、强和极强的地层中的含水量符合煤矿开采行业对于地层富水性的相关规定。

优选的，注浆孔的钻孔孔径为

优选的，所述输送段套管的四周用水泥封闭；

优选的，所述注浆段为裸孔或下入花管。如果地层稳定性好，可以采用裸孔的方式，如果地层比较破碎，应下入花管，以保障注浆的顺利实施。

优选的，对任意一个注浆孔注浆时，对相邻的孔同进行抽水操作；由于白垩系志丹群砂岩孔隙度高，而且主要以微孔隙为主，因此其注浆难度非常大，一个孔注浆时，附近的另一个孔同时抽水，形成地下水的动力条件，可有效地减小注浆的难度，有利于注浆的进行，同时可有效地增大扩散半径，有利于隔水帷幕的形成。

进一步优选的，相邻的任一个孔同时抽水。相邻的孔同时抽水效果最显著。

优选的，所述浆液为颗粒浆或化学浆。

优选的，所述颗粒浆中包括600～1200目的超细水泥与调凝剂；

优选的，所述调凝剂为主要成分包括多羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、高糖木质素磺酸盐，掺量为水泥用量的0.1～0.6％。超细水泥的渗透力强，有利于在本发明所述的地层中扩散。

优选的，所述化学浆液为改性脲醛树脂，其由尿素、甲醛和改性剂高分子材料制备而成。

尿素与甲醛在催化剂(碱性或酸性催化剂)作用下缩聚成初期脲醛树脂，合成开始时，加入淀粉等高分子材料，形成改性脲醛树脂。化学浆液的渗透性强，有利于在本发明所述的地层中扩散，且上述淀粉改性的材料效果更理想。

优选的，注浆的具体操作为：

在地面建设注浆站，建设储料系统、传输系统、计量系统和制浆系统。铺设两路注浆管线，其中一路管线使用，另一路管线备用。注浆管线的一段与钻孔连接，另一端通过注浆泵与制浆系统连接。制备浆液，通过注浆泵、注浆管线、钻孔注入到洛河组砂岩含水层中。在单孔注浆量达到设计要求后，将注浆管线接入下一个注浆孔，依次作业，直至项目完成。为促使浆液扩散，形成隔水幕墙，一个孔注浆时，附近的另一个孔同时抽水，增强地下水的动力条件，增加扩散半径。

本发明具有如下有益效果

(1)有利于保护地下水资源。由于本方法从源头上堵塞了地下水涌入矿井的通道，将地下水封存在地层中，减少了煤矿开采对地下水的影响，从而减少了矿井水的涌入量，保护了地下水资源。

(2)有利于保护生态环境。由于本方法从源头上减少了矿井涌水，减少了煤矿区矿井涌水，使得高矿化度矿井水外排量减少，减少了对生态环境的影响，有利于保护生态环境。

(3)有利于矿井安全生产。减少了超大量矿井水对煤矿安全生产的影响，对煤矿安全生产奠定了基础。

(4)节约排水费用。从源头上减少了矿井水，节约了煤矿井排水成本，提高了煤矿效益。

(5)本发明的成本低，可操作性强，有利于进行大范围的推广。

附图说明

图1为实施例1所述注浆孔打孔方式示意图；

图2为实施例2所述注浆孔打孔方式示意图；

图3为本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例涉及一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法，包括如下步骤(其流程图如图3)：

第一步，以采区为治理范围，在采区四周布设地面钻孔。钻孔位于煤层开采影响区的边界之外50m，钻孔采用单环的方式布置，钻孔间距30m(其示意图如图1)。

第二步进行钻探。钻孔为三开结构，一开孔径219mm，进入基岩10m，二开孔径168mm，下入127mm套管，深入为480m，层位为注浆段以上10m。三开孔径110mm，为裸孔，终孔深度600m，终孔层位为开采煤层主要的充水含水层洛河组砂岩含水层。

第三步，在地面建设注浆站，建设储料系统、传输系统、计量系统和制浆系统。

第四步，铺设两路注浆管线，其中一路管线使用，另一路管线备用，注浆管直径89mm。注浆管线的一段与钻孔连接，另一端通过注浆泵与制浆系统连接。

第五步，将改性脲醛树脂与水按照体积比2:1混合，搅拌制成浆液。

第六步，通过注浆泵、注浆管线、钻孔注入到洛河组砂岩含水层中，一个孔注浆的同时另一个孔抽水。

第七步，在单孔注浆量达到设计要求后，将注浆管线接入下一个注浆孔，依次作业，直至项目完成。

实施例2

本实施例涉及一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法，与实施例1相比，其区别在于，第一步，以采区为治理范围，在采区四周布设地面钻孔。钻孔位于治理边界外50m，钻孔在采区四周采用多环状的方式布置，相邻的环状分布的注浆孔交错设计(其示意图如图2)。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种侏罗纪煤田顶板砂岩水的治理方法，其特征在于，包括在工作面或采区的四周施工地上注浆孔，并向所述注浆孔内注浆的步骤；

以所述工作面或采区为中心，所述注浆孔围绕所述工作面或采区呈多个环状分布；

距离所述工作面或采区边缘最近的注浆孔在注浆后浆液的扩散边界位于煤层开采影响区的边界之外；

对任意一个注浆孔注浆时，对相邻的任一个孔同时进行抽水操作；所述浆液为改性脲醛树脂，尿素与甲醛在催化剂作用下缩聚成初期脲醛树脂，合成开始时，加入淀粉，形成改性脲醛树脂。

2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，距离所述工作面或采区边缘最近的注浆孔距离所述煤层开采影响区的边界30~100m。

3.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，相邻的环状分布的注浆孔交错设置。

4.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，任意相邻的注浆孔间的距离为40~80m。

5.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，沿所述注浆孔向地下延伸的方向，分为输送段和注浆段，所述注浆段延伸至煤层顶板。

6.根据权利要求5所述的治理方法，其特征在于，所述注浆段从上向下穿越导水裂隙带影响范围内的富水性为中等、强和极强的含水层。

7.根据权利要求5所述的治理方法，其特征在于，注浆孔的钻孔孔径为φ98~φ445mm，和/或，所述注浆段为裸孔或下入花管、中心管。