CN113027521B - 一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，该方法在帷幕内进行疏放水时，利用井上下观测系统获取含水层水位、水量数据，根据数据分析得到含水层残余水位等值线，并分区计算疏放水条件下的水文地质参数，对含水层进行分区，分为疏干区和未疏干区；对于疏干区利用井下验证钻孔获取参与水量评价疏放水效果，对于未疏干区利用水位与煤层底板等值线评价疏放水效果。本发明方法针对帷幕内含水层疏放效果，提供了精确、可靠的评价方法，实现了帷幕内含水层疏降效果的精准评价，保障了煤层实现零涌水开采。

Description

一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法

技术领域

本发明属于矿井水害防治技术领域，特别涉及一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法。

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，是严重制约煤炭工业可持续发展，造成重大经济损失的原因之一。针对强富水、强补给顶板水害防治，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，根治了煤矿顶板水害的同时实现了保水采煤。

阻水帷幕建造完成后，在帷幕内对顶板含水层进行疏放，疏放过程中需对疏放效果进行评价，满足安全要求方可进行煤层开采。针对帷幕内开采区含水层疏放效果的评价，现一般采用常规的水量评价或水位评价，单一方法无法真实放映含水层的疏放效果。目前对于矿井水害防治提出了零涌水的要求，当治理含水层储水介质较复杂时，常规的评价方法无法确保含水层完全疏干，不能满足煤层安全开采的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下帷幕内开采区疏放水效果评价方法，解决现有技术中疏放水效果评价方法无法真实放映含水层的疏放效果，无法确保含水层完全疏干，无法满足煤层安全开采要求等问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，包括如下步骤：

步骤1：针对帷幕内开采区含水层的疏放，设计施工水文观测孔，对帷幕内外含水层进行全方位实时水位观测；针对帷幕内疏放水及验证钻孔，均安装水量测量仪器，实现放水量的实时观测；同时对含水层水质进行监测；

步骤2：利用井上下水位、水量观测数据，绘制帷幕内含水层残余水位等值线，对含水层水位进行定量化评价；

步骤3：根据水量、水位观测数据，结合含水层特性，分区求取含水层疏放条件下水文地质参数，然后将含水层分为疏干区和未疏干区；

步骤4：根据步骤三的分区，对于疏干区施工井下疏降验证孔，测量钻孔的疏放水量；

步骤5：根据验证钻孔的残余水量对疏干区的疏干效果进行评价，当残余水量小于5m³/h时，认为含水层已完成疏干，满足开采要求；

步骤6：根据步骤3的分区，对于未疏干区进行水位分析对比，当含水层水位降至煤层开采标高以下，可认为含水层已满足开采要求；当含水层水位未降至煤层开采标高以下，定义为继续疏干区，需在井下继续施工放水钻孔进行疏放；

步骤7：根据步骤6分析确定的继续疏干区，重复步骤2～步骤6，直至含水层疏降效果满足煤层开采要求。

进一步的，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：在帷幕内均匀布置含水层水文观测孔，水文观测孔的布置涵盖与疏放含水层有动态补给的所有含水层，对疏放水期间各含水层水位动态变化进行观测；

步骤1.2：在井下补充布置测压孔，观测含水层的水位、水温的变化；

步骤1.3：在帷幕内的所有疏放孔均安装流量仪，实时监测放水流量，并上传至地面基站；

步骤1.4：记录井下验证钻孔在施工过程的相关参数，包括孔号、位置坐标、孔深、出水层位、出水深度、初始钻孔涌水量，稳定钻孔涌水量、水压；

步骤1.5：放水期间对井下各出水点及各放水孔水样进行水样采取并进行水质常规分析。

进一步的，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：根据井上下水位观测数据，绘制含水层残余水位等值线，即该观测点水位距离含水层底板的水头差；

步骤2.2：根据残余水位等值线，对不同位置含水层进行定量化评价，残余水位为零区域表示已基本疏干，大于零区域表示未完全疏干。

进一步的，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：根据步骤2对含水层的评价，结合疏水量水量数据，利用大井法概化，分区计算含水层在疏放水条件下的单位涌水量；

步骤3.2：利用单位涌水量(q)对含水层的疏降效果进行评价，q＝0L/(s·m)的区域为完全疏干区，q＜0.01L/(s·m)的区域为基本疏干区，两者统称为疏干区；q＞0.01L/(s·m)的区域为未疏干区。

进一步的，在步骤4中，疏干区的验证孔施工包括以下步骤：

步骤4.1：在疏干区施工井下斜孔，完全揭露含水层，每钻进20m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高等数据；

步骤4.2：在疏干区施工井下顺层孔组，顺含水层钻进，每钻进50m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高等数据。

进一步的，在步骤6中，未疏干区水位对比包括以下步骤：

步骤6.1：根据观测资料及基础地质资料，绘制未疏干含水层水位等值线图及煤层底板等高线图；

步骤6.2：根据步骤6.1内两者相叠加，得出含水层水位距煤层底板等值线图，对未疏干区进行分区，大于零的区域为含水层水位未降至煤层底板以下，小于等于零的区域为满足开采要求区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明提供一种地下帷幕内开采区疏放水效果评价方法，利用帷幕内外观测系统，采用帷幕内含水层疏放水过程中水位、水量、水文地质参数相结合的评价方法，实现帷幕内开采区含水层疏放效果的全面评价，可保障煤层实现零涌水开采。

2.本发明步骤2中，利用含水层残余水位等值线对含水层进行定量评价，提供了新的评价方法，提高了含水层疏降效果的评价精度。

3.本发明步骤3中，利用含水层疏放水量及水位变化，动态求取含水层的水文地质参数，提供了含水层疏降效果的时空演化的评价方法，更加符合帷幕内含水层疏降过程，提高了含水层疏降效果评价的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

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：在帷幕内对含水层进行疏放水时，利用井上下观测系统获取含水层水位、水量数据，根据数据分析得到含水层残余水位等值线，并分区计算疏放水条件下的水文地质参数，对含水层进行分区，分为疏干区和未疏干区；对于疏干区利用井下验证钻孔获取参与水量评价疏放水效果，对于未疏干区利用水位与煤层底板等值线评价疏放水效果。本发明方法针对帷幕内含水层疏放效果，提供了精确、可靠的评价方法，实现了帷幕内含水层疏降效果的精准评价，保障了煤层实现零涌水开采。

实施例：

步骤1：针对帷幕内开采区含水层的疏放，设计施工水文观测孔，对帷幕内外含水层实现全方位、实时的水位观测；针对帷幕内疏放水及验证钻孔，均安装水量测量仪器，实现放水量的实时观测；同时对含水层水质进行监测；具体而言包括如下子步骤：

步骤1.1：在帷幕内均匀布置含水层水文观测孔，同时观测孔的布置应涵盖有与疏放含水层有动态补给的所有含水层，对疏放水期间各含水层水位动态变化进行观测，采用地面长观孔遥测KJ402-FA水文分站，进行水位自动记录，测量精度±0.1cm；

步骤1.2：在井下可补充布置测压孔，观测含水层的水位、水温的变化。

步骤1.3：在帷幕内的所有疏放孔均安装在线磁漩涡流量仪(型号KJ402-F1)，实时监测放水流量，并上传至地面基站；

步骤1.4：对于井下验证钻孔，在施工过程中需记录的参数有孔号、位置坐标、孔深、出水层位、出水深度、初始钻孔涌水量，稳定钻孔涌水量、水压等相关参数；

步骤1.5：放水期间进行水样采取并进行水质常规分析，要求放水期间对井下各出水点及各放水孔水样进行定期(每月一次)采集，对所有采集水样均进行常规指标分析。

步骤2：利用井上下水位、水量观测数据，绘制帷幕内含水层残余水位等值线，对含水层水位进行定量化评价；具体而言包括如下子步骤：

步骤2.1：根据井上下水位观测数据，绘制含水层残余水位等值线，即该观测点水位距离含水层底板的水头差；

步骤2.2：根据残余水位等值线，对不同位置含水层进行定量化评价，残余水位为零区域表示已基本疏干，大于零区域表示未完全疏干。

步骤3：根据水量、水位观测数据，结合含水层特性，分区求取含水层疏放条件下水文地质参数，然后将含水层分为疏干区和未疏干区；具体而言包括如下子步骤：

步骤3.1：根据步骤2对含水层的评价，结合疏水量水量数据，利用大井法概化，分区计算含水层在疏放水条件下的单位涌水量；

步骤3.2：利用单位涌水量(q)对含水层的疏降效果进行评价，q＝0的区域为完全疏干区，q＜0.01L/(s·m)的区域为基本疏干区，两者统称为疏干区；q＞0.01L/(s·m)的区域为未疏干区。

步骤4：根据步骤三的分区，对于疏干区施工井下疏降验证孔，测量钻孔的疏放水量；具体而言包括如下子步骤：

步骤4.1：在疏干区施工井下斜孔，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4.2：二开孔径Ф94mm施工完全揭露含水层至顶板隔水层内，为裸孔段，每钻进20m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高等数据；钻孔施工完成后安装在线磁漩涡流量仪(型号KJ402-F1)，实时监测放水流量；

步骤4.3：在疏干区施工井下顺层孔组，一开孔径Ф152mm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4.4：二开孔径Ф94mm施工顺含水层钻进，顺层长度≮300m为裸孔段，每钻进50m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高等数据；

步骤4.5：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4.6：重复步骤4.3.～4.4，共施工4个分支孔，实现对含水层的全面覆盖钻孔施工完成后安装在线磁漩涡流量仪(型号KJ402-F1)，实时监测放水流量；

步骤5：根据验证钻孔的残余水量对疏干区的疏干效果进行评价，当残余水量小于5m³/h时，可认为含水层已满足开采要求；

步骤6：根据步骤3的分区，对于未疏干区进行水位分析对比，当含水层水位降至煤层开采标高以下，可认为含水层已满足开采要求；当含水层水位未降至煤层开采标高以下，需在井下继续施工放水钻孔进行疏放；具体而言包括如下子步骤：

步骤6.1：根据观测资料及基础地质资料，绘制未疏干含水层水位等值线图及煤层底板等高线图；

步骤6.2：根据步骤6.1内两者相叠加，得出含水层水位距煤层底板等值线图，对未疏干区进行分区，大于零的区域为含水层水位未降至煤层底板以下，小于等于零的区域为满足煤层安全开采区域。

步骤7：根据步骤6分析确定的继续疏干区，重复步骤二～步骤六，直至含水层疏降效果满足煤层开采要求。

经过实际检验评价，帷幕内含水层均达到煤层安全开采要求，工作面在回采期间实现了零涌水。

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)

1.一种帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：针对帷幕内开采区含水层的疏放，设计施工水文观测孔，对帷幕内外含水层进行全方位实时水位观测；针对帷幕内疏放水孔和验证钻孔，均安装水量测量仪器，实现放水量的实时观测；同时对含水层水质进行监测；

步骤2：利用井上下水位、水量观测数据，绘制帷幕内含水层残余水位等值线，对含水层水位进行定量化评价；

步骤3：根据水量、水位观测数据，结合含水层特性，分区求取含水层疏放条件下水文地质参数，然后将含水层分为疏干区和未疏干区；

步骤4：根据步骤3的分区，对于疏干区施工井下疏降验证孔，测量钻孔的疏放水量；

步骤5：根据验证钻孔的残余水量对疏干区的疏干效果进行评价，当残余水量小于5m3/h时，认为含水层已完成疏干，满足开采要求；

步骤6：根据步骤3的分区，对于未疏干区进行水位分析对比，当含水层水位降至煤层开采标高以下，可认为含水层已满足开采要求；当含水层水位未降至煤层开采标高以下，定义为继续疏干区，需在井下继续施工放水钻孔进行疏放；

步骤7：根据步骤6分析确定的继续疏干区，重复步骤2～步骤6，直至含水层疏降效果满足煤层开采要求。

2.根据权利要求1所述帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：在帷幕内均匀布置含水层水文观测孔，水文观测孔的布置涵盖与疏放含水层有动态补给的所有含水层，对疏放水期间各含水层水位动态变化进行观测；

步骤1.2：在井下补充布置测压孔，观测含水层的水位、水温的变化；

步骤1.3：在帷幕内的所有疏放水孔均安装流量仪，实时监测放水流量，并上传至地面基站；

步骤1.4：记录井下验证钻孔在施工过程的相关参数，包括孔号、位置坐标、孔深、出水层位、出水深度、初始钻孔涌水量，稳定钻孔涌水量、水压；

步骤1.5：放水期间对井下各出水点及各疏放水孔水样进行水样采取并进行水质常规分析。

3.根据权利要求1或2所述帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：根据井上下水位观测数据，绘制含水层残余水位等值线；

步骤2.2：根据残余水位等值线，对不同位置含水层进行定量化评价，残余水位为零区域表示已基本疏干，大于零区域表示未完全疏干。

4.根据权利要求3所述帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：根据步骤2对含水层的评价，结合疏水量数据，利用大井法概化，分区计算含水层在疏放水条件下的单位涌水量；

步骤3.2：利用单位涌水量q对含水层的疏降效果进行评价，q＝0L/(s·m)的区域为完全疏干区，q＜0.01L/(s·m)的区域为基本疏干区，两者统称为疏干区；q＞0.01L/(s·m)的区域为未疏干区。

5.根据权利要求4所述帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，在步骤4中，疏干区的验证孔施工包括以下步骤：

步骤4.1：在疏干区施工井下斜孔，完全揭露含水层，每钻进20m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高的数据；

步骤4.2：在疏干区施工井下顺层孔组，顺含水层钻进，每钻进50m观测钻孔出水量变化，并记录出水点孔深、标高的数据。

6.根据权利要求5所述帷幕截流后全区域疏降效果评价方法，其特征在于，在步骤6中，未疏干区水位对比包括以下步骤：

步骤6.1：根据观测资料及基础地质资料，绘制未疏干含水层水位等值线图及煤层底板等高线图；

步骤6.2：根据步骤6.1内两者相叠加，得出含水层水位距煤层底板等值线图，对未疏干区进行分区，大于零的区域为含水层水位未降至煤层底板以下，小于等于零的区域为满足开采要求区域。