CN114322927A - 一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山地质监测技术领域，具体涉及一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，包括如下过程：选取盐卤废弃井作为观测井；对观测井进行通井和地球物理测井，并在观测井内确定监测井段，对监测井段下部的井孔进行封堵；将监测井段内的技术套管进行切割，通过阔眼将水泥环清除，使井筒与原始地层渗流通道保持连通；将井筒进行清理，并在井口处进行井口防水密封处理；在监测井段设置水文监测仪器并将水文监测仪器与地面数据处理系统进行通信。本发明通过废弃井对地质层的破坏情况进行实时监测，当有破坏情况时进行及时报警，便于进行处理以避免造成上层地质的污染，从而保护采空区上方地质的安全，保障生活区域的地质和地下水等不受破坏。

Description

一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法

技术领域

本发明涉及矿山地质监测技术领域，具体涉及一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法。

背景技术

在盐卤矿山开采过程中，地下岩盐被水溶解以后生成卤水返出地面，而在地下形成充满卤水的溶腔。随着开采的进行，溶腔范围不断扩大，溶腔顶板岩石不断裸露，造成局部应力集中，并在水动力共同作用下，极易失稳垮塌。在采矿活动顶板管理中将采空区对上覆岩层的影响范围自下而上划分为冒落带和裂隙带(如果这种趋势发展到地表，甚至出现地面沉降带)，溶腔内高咸卤水极易通过裂隙上渗至浅部含水层甚至溢出地表，对矿山环境地质造成破坏。矿山实际开采过程中，虽然设置有水文地质观测井或直接利用矿山内水井作为水文地质观测井，但一般井深较浅，主要监测浅部含水层水文地质特征变化，不足以提前对来自于深部溶腔高咸卤水自下而上的渐进影响进行预报。另一方面，盐卤矿山大量废弃井的常规处置做法是长期闲置或者全井封孔，未完全发挥一口盐井作为联系地面和深部地层主要通道的利用价值。

可知，大量的盐卤矿井在开采完毕之后，井筒的剩余价值并未得到再利用；鉴于盐卤矿井的掘进最接近开采区域，利用废弃的盐卤矿井进行采空区的地质超前监测可以极大的降低地质监测的工序复杂度，也能够减少相应的成本。因此应当结合废弃井提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，以盐卤矿山采空区上覆地层中之渗透层为主要监测对象，通过对分布于盐卤矿山采空区的废弃井井筒进行必要改造，建立井筒下部屏障以阻隔采空区卤水进入上部井筒，并建立井筒与被监测渗透层的直接联系以监测原始地层水文地质特征变化。可实现地面(或浅表)探测的地下延深，以至于在采空区卤水上渗趋势没有发展到用于人类生活和生产的主要地下含水层之前进行预报，为盐卤矿山地灾治理提供依据和指导。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，包括如下过程：

选取若干个盐卤废弃井作为观测井；

对每个观测井进行通井和地球物理测井，并在每个观测井上确定监测井段，对监测井段下部的井孔进行封堵；

对观测井进行技术改造，将监测井段内的技术套管进行切割，并通过阔眼将水泥环清除，使井筒与原始地层渗流通道保持连通；

将井筒进行清理，并在井口处进行井口防水密封处理，防止外部液体从井口进入到观测井中；

在观测井内的监测井段设置水文监测仪器以用于观测地质水文情况，并将水文监测仪器与地面数据处理系统进行通信。

上述公开的超前监测方法，采用了深度足够的盐卤废弃井作为观测井，在观测井内设定出一段用于观测地质综合情况的监测井段，从而对监测井段的地质情况进行观察；监测井段位于生活区域主要含水层的下方，因此当监测井段发现异常情况时，还能够及时采取措施进行处理，避免地质的异常情况对主要含水层产生破坏，从而起到及时报警预防，保护生活区域下方地下水的目的。

进一步的，在本发明中，观测井的深度需要足够，才能达到设定监测井段的需求，对于观测井深度的要求可以尽量提高，此处进行优化设置并举出其中一种可行的选择：所述的观测井穿过主要地下含水层以及下方的渗透层，所述的监测井段设置于渗透层中，且监测井段与主要地下含水层之间存有稳定的区域性隔水层。采用如此方案时，在监测井段的深度范围内进行地质的监测，盐卤废弃井下方采空区的卤水上渗时率先到达监测井段，此时可有效监测得到地质的变化情况，便于及时发出报警并采取措施进行补救，避免卤水上渗进入到主要含水层造成用水污染。同时，设置监测井段的渗透层应不含水，如此使监测井段的可靠性更高，且更便于对地质情况的变化进行发觉，便于及早发现异常以进行报警补救。

再进一步，为了选择合适的观测井，对观测井的深度要求进行限定，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：在进行通井之前设定通井的最小深度，观测井的通井深度均大于最小深度。采用如此方案时，一般在多个废弃井中从井深深度由大到小逐个选择，且井深需要超过人们生活区的地下主要含水层及渗透层，在通井时需要将深度通至渗透层及更深的区域，当通井深度无法达到要求时，则放弃选择该废弃井作为观测井。

进一步的，监测井段下方的井孔被封堵处理后，使监测井段与下方采空区的溶腔进行隔离，有效阻断下方卤水通过井筒向上进入监测井段。因此需要对该段井孔进行有效封堵，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：在对监测井段下方的井孔进行封堵时，先在井孔内下入封隔器，再设置水泥塞并灌注水泥。采用如此方案时，通过封隔器作为第一道阻隔屏障，有效避免了直接灌注水泥存在水泥塞滑脱的风险。

进一步的，在本发明中，所述的监测井段下方的井孔穿过理论冒落区和裂隙区与下部溶腔连通，封隔器设置在理论冒落区和裂隙区下端界面的上方。且封隔器高于该下端界面至少50m。采用如此方案时，考虑到理论冒落区和裂隙区的不稳定性，将封隔器的设置高度提高，有利于保持封堵的稳定性，即使理论冒落区和裂隙区发生部分冒落或坍塌，也不会直接导致封隔器脱落导致井孔的封堵失效，若理论冒落区和裂隙区极不稳定，发生大范围的冒落或坍塌导致井孔的封堵失效，则表示该处的地质环境不稳定，应直接报警引起重视并及时处理。

进一步的，为了使地质监测的可靠性更高，能够更为真实的还原地质情况，对观测井的监测井段设置位置进行优化，此处举出如下一种可行的选择：所述的若干个观测井的监测井段位于同一地层中。采用如此方案时，监测井段对该地层的多处地质情况进行同步监测，尤其是下方卤水的上渗情况进行监测，可有效的反映出下方卤水在本地层的上渗情况，进而从整体上判断地质变化情况更为准确。

再进一步，若设置观测井处的矿山下伏地层倾角较大，同一地层的海拔变化大，在同一地层中设置监测井段的难度较大，则可进行调整，此处进行优化设置并举出其中一种可行的选择：所述的若干个观测井的监测井段位于同一海拔。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过利用盐卤废弃井，对深度足够的废弃井经过处理后设置监测井段，监测井段的位置对应需要监测的地质层，通过水文监测仪器对该地质层的破坏情况进行实时监测，当发现有破坏情况出现时进行及时报警，便于进行处理以避免造成上层地质的污染，从而保护采空区上方地质的安全，保障生活区域的地质和地下水等不受破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为实施例中001#观测井的剖视结构示意图。

图2为地表处选定多个观测井组成进行观测预警的示意图。

上述附图中，各标记的含义为：1、井口装置；2、表层套管；3、表层套管水泥环；4、技术套管；5、技术套管水泥环；6、通信线缆；7、地下主要含水层；8、区域性隔水层；9、渗透层；10、水文监测仪器；11、水泥塞；12、裂隙区；13、岩盐顶板岩层；14、封隔器；15、裂隙；16、理论冒落区；17、溶腔；18、岩盐层；19、垮塌堆积物。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

实施例

针对上述现有技术中采空区盐卤废弃井不再进行利用，而需要单独掘进监测井对采空区地质情况进行监测，不仅工程量大，而且成本高的情况，本实施例进行优化以解决现有技术中的问题。

具体的，如图1、图2所示，本实施例提供了一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，包括如下过程：

S1：选取若干个盐卤废弃井作为观测井；在本实施例中选定三处观测井，分别编号为001#、002#和003#观测井。

S2：对每个观测井进行通井和地球物理测井，并在每个观测井上确定监测井段，对监测井段下部的井孔进行封堵；

S3：对观测井进行技术改造，将监测井段内的技术套管4进行切割，并通过阔眼将水泥环清除，使井筒与原始地层渗流通道保持连通；

S4：采用清水对井筒进行循环清洗，将井筒内的泥沙清理干净，并在井口处进行井口防水密封处理，防止外部液体从井口进入到观测井中；一般的，在井口处设置井口装置1，用于对井口进行防水密封处理，也作为设置井下设备的支撑基础；

S5：在观测井内的监测井段设置水文监测仪器10以用于观测地质水文情况，并将水文监测仪器10与地面数据处理系统进行通信。在本实施例中，水文监测仪器10可通过通信线缆6与地面数据处理系统进行通信连接，同时可实时对监测仪器进行高度升降调节，调整水文监测仪器10在监测井段内的高度位置，以便于进行调整观测。

优选的，本实施例中步骤S3中，仅对监测井段内的技术套管4、水泥环等进行处理去除，以便于直接接触到监测井段处的地质层进而进行地质情况的监测，监测井段上方井孔和下方井孔内的技术套管4、技术套管水泥环5、表层套管2、表层套管水泥环3、内侧水泥环等则进行保留。

上述公开的超前监测方法，采用了深度足够的盐卤废弃井作为观测井，在观测井内设定出一段用于观测地质综合情况的监测井段，从而对监测井段的地质情况进行观察；监测井段位于生活区域主要含水层的下方，因此当监测井段发现异常情况时，还能够及时采取措施进行处理，避免地质的异常情况对主要含水层产生破坏，从而起到及时报警预防，保护生活区域下方地下水的目的。

在本实施例中，观测井的深度需要足够，才能达到设定监测井段的需求，对于观测井深度的要求可以尽量提高，此处进行优化设置并采用其中一种可行的选择：所述的观测井穿过主要地下含水层以及下方的渗透层9，所述的监测井段设置于渗透层9中，且监测井段与主要地下含水层之间存有稳定的区域性隔水层8。采用如此方案时，在监测井段的深度范围内进行地质的监测，盐卤废弃井下方采空区的卤水上渗时率先到达监测井段，此时可有效监测得到地质的变化情况，便于及时发出报警并采取措施进行补救，避免卤水上渗进入到主要含水层造成用水污染。同时，设置监测井段的渗透层9应不含水，如此使监测井段的可靠性更高，且更便于对地质情况的变化进行发觉，便于及早发现异常以进行报警补救。

为了选择合适的观测井，对观测井的深度要求进行限定，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：在进行通井之前设定通井的最小深度，观测井的通井深度均大于最小深度。采用如此方案时，一般在多个废弃井中从井深深度由大到小逐个选择，且井深需要超过人们生活区的地下主要含水层7及渗透层9，在通井时需要将深度通至渗透层9及更深的区域，当通井深度无法达到要求时，则放弃选择该废弃井作为观测井。

优选的，本实施例中以深度达到生活区域下方的地下主要含水层7和渗透层9为标准，所选定的观测井均需要穿过生活区域下方的地下主要含水层7和渗透层9。

监测井段下方的井孔被封堵处理后，使监测井段与下方采空区的溶腔17进行隔离，有效阻断下方卤水通过井筒向上进入监测井段。因此需要对该段井孔进行有效封堵，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：在对监测井段下方的井孔进行封堵时，先在井孔内下入封隔器14，再设置水泥塞11并灌注水泥。采用如此方案时，通过封隔器14作为第一道阻隔屏障，有效避免了直接灌注水泥存在水泥塞11滑脱的风险。

在本实施例中，所述的监测井段下方的井孔穿过理论冒落区16和裂隙区12与下部溶腔17连通，封隔器14设置在理论冒落区16和裂隙区12下端界面的上方。且封隔器14高于该下端界面至少50m。采用如此方案时，考虑到理论冒落区16和裂隙区12的不稳定性，将封隔器14的设置高度提高，有利于保持封堵的稳定性，即使理论冒落区16和裂隙区12发生部分冒落或坍塌，也不会直接导致封隔器14脱落导致井孔的封堵失效，若理论冒落区16和裂隙区12极不稳定，发生大范围的冒落或坍塌导致井孔的封堵失效，则表示该处的地质环境不稳定，应直接报警引起重视并及时处理。

优选的，理论冒落区16和裂隙区12位于岩盐顶板岩层13内，岩盐顶板岩层13的下方为岩盐层18，岩盐顶板岩层13与岩盐层18之间形成溶腔17，且理论冒落区16和裂隙区12的部分不稳定结构向溶腔17坍塌并在溶腔17内形成垮塌堆积物19；裂隙区12内存在大量的裂隙15，在理论冒落区16坍塌后裂隙15会不定向生长。

为了使地质监测的可靠性更高，能够更为真实的还原地质情况，对观测井的监测井段设置位置进行优化，此处采用如下一种可行的选择：当所在区域的地层倾斜度不大时，所述的001#-003#观测井的监测井段位于同一地层中。采用如此方案时，监测井段对该地层的多处地质情况进行同步监测，尤其是下方卤水的上渗情况进行监测，可有效的反映出下方卤水在本地层的上渗情况，进而从整体上判断地质变化情况更为准确。

在另外的方案中，若设置观测井处的矿山下伏地层倾角较大，同一地层的海拔变化大，在同一地层中设置监测井段的难度较大，则可进行调整，此处进行优化设置并采用其中一种可行的选择：所述的若干个观测井的监测井段位于同一海拔。

以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (7)

1.一种岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于，包括如下过程：

选取若干个盐卤废弃井作为观测井；

对每个观测井进行通井和地球物理测井，并在每个观测井上确定监测井段，对监测井段下部的井孔进行封堵；

对观测井进行技术改造，将监测井段内的技术套管(4)进行切割，并通过阔眼将水泥环清除，使井筒与原始地层渗流通道保持连通；

将井筒进行清理，并在井口处进行井口防水密封处理，防止外部液体从井口进入到观测井中；

在观测井内的监测井段设置水文监测仪器(10)以用于观测地质水文情况，并将水文监测仪器(10)与地面数据处理系统进行通信。

2.根据权利要求1所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：所述的观测井穿过主要地下含水层以及下方的渗透层(9)，所述的监测井段设置于渗透层(9)中，且监测井段与主要地下含水层之间存有稳定的区域性隔水层(8)。

3.根据权利要求1所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：在进行通井之前设定通井的最小深度，观测井的通井深度均大于最小深度。

4.根据权利要求1所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：在对监测井段下方的井孔进行封堵时，先在井孔内下入封隔器(14)，再设置水泥塞(11)并灌注水泥。

5.根据权利要求4所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：所述的监测井段下方的井孔穿过理论冒落区(16)和裂隙区(12)与下部溶腔(17)连通，封隔器(14)设置在理论冒落区(16)和裂隙区(12)下端界面的上方。且封隔器(14)高于该下端界面至少50m。

6.根据权利要求1所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：所述的若干个观测井的监测井段位于同一地层中。

7.根据权利要求1所述的岩盐水溶矿山地面沉降超前监测方法，其特征在于：所述的若干个观测井的监测井段位于同一海拔。

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