CN114738011A - 一种矿井老突水点封堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井老突水点封堵方法，包括：老突水点位于封闭工作面或巷道中，基于老突水点附近区域的地质条件和水文地质条件，确定老突水点下伏岩层中具有薄层含水层；通过水质化验分析突水水源，根据老突水点附近区域地质构造特征查找薄层含水层突水受补给的通道；在薄层含水层与导水通道相交位置附近上方地表布置定向钻孔开孔点，由地表向薄层含水层施工定向钻孔；利用定向钻孔垂直段在破碎带投注骨料，水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，封堵导水通道；通过强含水层的水位、突水点水量及矿井排水量进行封堵效果评价。本发明克服了现有封堵技术揭露构造和注浆段成点状、注浆效果不理想的缺点，可从根源上对老突水点进行封堵。

Description

一种矿井老突水点封堵方法

技术领域

本发明涉及矿井老突水点封堵技术领域，尤其涉及一种矿井老突水点封堵方法。

背景技术

矿井出水点的存在，通常给煤炭企业带来了很大负担，一方面为了保证矿井正常生产，每年需要在排水设备、排水电费、人力成本方面投入大量资金，极大地增加了企业的生产运营成本；另一方面大量的地下水资源不断地排至地表，也造成了地下水资源的巨大浪费。许多老矿区在上世纪七八十年代发生过突水，由于突水点突水时间长，水文地质条件复杂、技术资料不全、准确位置难确定、技术装备水平落后等原因，以往探测、治理技术和水平在如此复杂的地质环境下导致部分老水点无法封堵或堵水率较低，并且人员、设备不能到达井下老突水点位置，难以实现彻底封堵老突水点的终极目标。多处尚未完全治理的老突水点涌水量较大时，将成为威胁矿井安全生产的主要隐患。

目前，针对矿井老突水点长期突水、排水，造成水资源浪费问题，现有技术通常采用地面直孔或斜孔进行帷幕注浆堵水，直孔或斜孔注浆是以钻孔为中心形成竖状的注浆体，连接一起形成帷幕挡水墙。

由于老突水点在井下难以实现封堵，现有技术采用地面钻孔注浆堵水时无效进尺多、投资大，并且针对分散突水点过水段长及采用现有的封堵方法无法进行有效封堵。

因此，如何提供一种有效封堵老突水点的封堵方法，成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供了一种矿井老突水点封堵方法，以解决上述问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种矿井老突水点封堵方法，包括如下步骤：

步骤A)，老突水点位于封闭工作面或巷道中，基于老突水点附近区域的地质条件和水文地质条件，确定所述老突水点下伏岩层中具有薄层含水层；

步骤B)，通过水质化验分析突水水源，并根据老突水点附近区域地质构造特征查找薄层含水层突水受补给的通道；

步骤C)，在所述薄层含水层与导水通道相交位置附近上方地表布置定向钻孔开孔点，由地表向薄层含水层施工定向钻孔；

步骤D)，通过边钻边探的方式，利用定向钻孔垂直段在破碎带投注骨料，水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，封堵导水通道；

步骤E)，通过强含水层的水位、突水点水量及矿井排水量进行封堵效果评价。

进一步的，在所述步骤B)中，所述水质化验为通过对强含水层的地面观测孔中投放无污染的化学物，每12个小时采取老突水点水样一次，测定水化学成分来源于所述的强含水层中，确定薄层含水层与下部强含水层导通。

进一步的，在所述步骤B)中，根据老突水点附近区域地质构造特征，判定所述薄层含水层受强含水层补给的导水通道为断裂构造，并确定所述导水通道所在的位置。

进一步的，在所述步骤C)中，地表定向钻孔开孔点与老突水点位于断裂带的同一侧，所述定向钻孔的水平段与断裂面间距在20m至40m之间，所述水平段位于薄层含水层中间位置贯穿薄层含水层，与断裂构造走向平行。

进一步的，在所述步骤C)中，地表定向钻孔终孔位置位于断裂带端点外部30m至50m之间。

进一步的，在所述步骤D)中，定向钻孔边钻边探，利用定向钻孔垂直段在过断裂构造带边缘破碎区时进行压水试验，当单孔吸水量大于15～20L/(min·m·m)时开始注入粒径范围为1～40mm的骨料，水固比为6：1～10：1，单位注入量范围为4m³/h～16m³/h，投注时间不少于2小时。

进一步的，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆前，向孔内试注水10～20min，检查注浆设备和管路的运行状态及密封性能，并确定单位吸水量和起始注浆参数。

进一步的，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，当单位吸水量小于16L/(min·m·m)时开始试注浆，根据单位吸水量要求的水灰比降一级进行试注，试注入1～2小时不升压时再增大一级水灰比，进行正式注浆。

进一步的，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆结束标准为，孔口压力达到4～10MPa，且保持孔口压力不变吸浆量小于30～50L/min或单位吸水量小于0.001L/(min·m·m)，同时压水冲刷管路10～15min。

进一步的，在所述步骤E)中，通过对强含水层的水位进行观测，水位恢复至与突水前水位差小于等于5m,突水点水量减小至0，矿井排水量降至为突水前的水量，则确定导水通道进行了有效封堵，达到老突水点封堵的目的。

本发明公开的一种矿井老突水点封堵方法，具有以下有益效果：

本发明采用定向水平井对突水点进行薄层灰岩小帷幕注浆封堵，克服了现有封堵技术揭露构造和注浆段成点状、注浆效果不理想的缺点，可从根源上对老突水点进行封堵。

附图说明

图1为本发明的定向钻孔和突水点位置沿断裂带的倾向剖面图。

图2为本发明的定向钻孔和突水点位置沿断裂带的走向剖面图。

图3为本发明的定向钻孔和突水点位置俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1-3，本发明提供了一种矿井老突水点封堵方法，包括如下步骤：

步骤A)，老突水点位于封闭工作面或巷道中，基于老突水点附近区域的地质条件和水文地质条件，确定所述老突水点下伏岩层中具有薄层含水层；，且下伏岩层中下部为强含水层；

步骤B)，通过水质化验分析突水水源，并根据老突水点附近区域地质构造特征查找薄层含水层突水受补给的通道；

步骤C)，在所述薄层含水层与导水通道相交位置附近上方地表布置定向钻孔开孔点，由地表向薄层含水层施工定向钻孔；

步骤D)，通过边钻边探的方式，利用定向钻孔垂直段在破碎带投注骨料，水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，封堵导水通道；

步骤E)，通过强含水层的水位、突水点水量及矿井排水量进行封堵效果评价。

在所述步骤A)中，所述老突水点发生突水后无法通过地面或井下直孔进行注浆有效封堵，使工作面或巷道封闭，所述老突水点是由于工作面回采或巷道掘进导致薄层含水层突水，所述老突水点突水量大于等于5m³/min。

在所述步骤A)中，所述薄层含水层厚度小于等于10m，所述薄层含水层与突水点所在煤层的间距小于等于10P₀,所述薄层含水层下部为强含水层，其中P₀为导通后的薄层含水层水压，单位为MPa。

在所述步骤B)中，所述水质化验为通过对强含水层的地面观测孔中投放无污染的化学物，每12个小时采取老突水点水样一次，测定水化学成分来源于所述的强含水层中，确定薄层含水层与下部强含水层导通。

在所述步骤B)中，根据老突水点附近区域地质构造特征，判定所述薄层含水层受强含水层补给的导水通道为断裂构造，并确定所述导水通道所在的位置，为定向钻孔布置提供依据。

在所述步骤C)中，地表定向钻孔开孔点与老突水点位于断裂带的同一侧，所述定向钻孔的水平段与断裂面间距在20m至40m之间，所述水平段位于薄层含水层中间位置贯穿薄层含水层，与断裂构造走向平行，确保对断裂构造进行大面积封堵。

在所述步骤C)中，地表定向钻孔终孔位置位于断裂带端点外部30m至50m之间。优选的，地表定向钻孔终孔位置位于断裂带端点外部40m，充分发挥浆液扩散治理范围。

在所述步骤D)中，定向钻孔边钻边探，利用定向钻孔垂直段在过断裂构造带边缘破碎区时进行压水试验，当单孔吸水量大于15～20L/(min·m·m)时开始注入粒径范围为1～40mm的骨料，水固比为6：1～10：1，单位注入量范围为4m³/h～16m³/h，投注时间不少于2小时，使骨料充分注入到破碎岩块中。

在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆前，向孔内试注水10～20min，检查注浆设备和管路的运行状态及密封性能，并确定单位吸水量和起始注浆参数。

在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，当单位吸水量小于16L/(min·m·m)时开始试注浆，根据单位吸水量要求的水灰比降一级进行试注，试注入1～2小时不升压时再增大一级水灰比，进行正式注浆，确保合理的注浆参数，使导水通道有效封堵。

在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆结束标准为，孔口压力达到4～10MPa，且保持孔口压力不变吸浆量小于30～50L/min或单位吸水量小于0.001L/(min·m·m)，同时压水冲刷管路10～15min，防止管路因发生封堵造成孔口压力升高。

在所述步骤E)中，通过对强含水层的水位进行观测，水位恢复至与突水前水位差小于等于5m,突水点水量减小至0，矿井排水量降至为突水前的水量，则确定导水通道进行了有效封堵，达到老突水点封堵的目的。

本发明采用定向水平井对突水点进行薄层灰岩小帷幕注浆封堵，克服了现有封堵技术揭露构造和注浆段成点状、注浆效果不理想的缺点，可从根源上对老突水点进行封堵。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A)，老突水点位于封闭工作面或巷道中，基于老突水点附近区域的地质条件和水文地质条件，确定所述老突水点下伏岩层中具有薄层含水层；

步骤B)，通过水质化验分析突水水源，并根据老突水点附近区域地质构造特征查找薄层含水层突水受补给的通道；

步骤C)，在所述薄层含水层与导水通道相交位置附近上方地表布置定向钻孔开孔点，由地表向薄层含水层施工定向钻孔；

步骤D)，通过边钻边探的方式，利用定向钻孔垂直段在破碎带投注骨料，水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，封堵导水通道；

步骤E)，通过强含水层的水位、突水点水量及矿井排水量进行封堵效果评价。

2.根据权利要求1所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤B)中，所述水质化验为通过对强含水层的地面观测孔中投放无污染的化学物，每12个小时采取老突水点水样一次，测定水化学成分来源于所述的强含水层中，确定薄层含水层与下部强含水层导通。

3.根据权利要求2所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤B)中，根据老突水点附近区域地质构造特征，判定所述薄层含水层受强含水层补给的导水通道为断裂构造，并确定所述导水通道所在的位置。

4.根据权利要求1所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤C)中，地表定向钻孔开孔点与老突水点位于断裂带的同一侧，所述定向钻孔的水平段与断裂面间距在20m至40m之间，所述水平段位于薄层含水层中间位置贯穿薄层含水层，与断裂构造走向平行。

5.根据权利要求4所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤C)中，地表定向钻孔终孔位置位于断裂带端点外部30m至50m之间。

6.根据权利要求4所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤D)中，定向钻孔边钻边探，利用定向钻孔垂直段在过断裂构造带边缘破碎区时进行压水试验，当单孔吸水量大于15～20L/(min·m·m)时开始注入粒径范围为1～40mm的骨料，水固比为6：1～10：1，单位注入量范围为4m³/h～16m³/h，投注时间不少于2小时。

7.根据权利要求6所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆前，向孔内试注水10～20min，检查注浆设备和管路的运行状态及密封性能，并确定单位吸水量和起始注浆参数。

8.根据权利要求7所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆，当单位吸水量小于16L/(min·m·m)时开始试注浆，根据单位吸水量要求的水灰比降一级进行试注，试注入1～2小时不升压时再增大一级水灰比，进行正式注浆。

9.根据权利要求8所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤D)中，所述水平段在薄层含水层进行小帷幕注浆结束标准为，孔口压力达到4～10MPa，且保持孔口压力不变吸浆量小于30～50L/min或单位吸水量小于0.001L/(min·m·m)，同时压水冲刷管路10～15min。

10.根据权利要求1所述的一种矿井老突水点封堵方法，其特征在于，在所述步骤E)中，通过对强含水层的水位进行观测，水位恢复至与突水前水位差小于等于5m,突水点水量减小至0，矿井排水量降至为突水前的水量，则确定导水通道进行了有效封堵，达到老突水点封堵的目的。

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