CN115419384A - 一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，包括如下步骤：对采矿区域进行地层勘察；确定所述风化基岩含水层的富水性区域；在富水性区域内，从表土层向下依次施工垂直钻孔和曲线分支钻孔；以下行注浆的方式，向曲线分支钻孔内注入第一浆液，直至第一浆液注至导水裂隙带顶部，在曲线分支钻孔内继续注浆至符合第一预设结束条件，停止注入第一浆液，待第一浆液凝固后，形成第一注浆层，第一注浆层位于风化基岩含水层内。通过对含水层富水性区域进行浆液填充，将含水层改造为隔水层或弱透水层，从水源方面阻止第四系含水层的水源补给和风化基岩含水层的水流进入采空区，保护地下水系统，减少矿井涌水量。

Description

一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法

技术领域

本申请涉及矿井控水采煤、含水层注浆改造技术领域，尤其涉及一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法。

背景技术

随着双碳政策的实行，国家的煤炭资源开发重心逐渐向西部地区转移，西部地区煤层储量大、赋存条件好，适宜进行高强度开采。同时煤炭的高强度开采形成了覆岩完全破断型，增加了导水裂隙带的发育高度，使导水裂隙带发育至风化基岩含水层，进而造成第四系萨拉乌苏强含水层(简称第四系含水层)连通风化基岩含水层和导水裂隙带，使得地下水涌入采空区，造成矿井涌水量急剧增加，同时对于生态脆弱地区，容易造成地下水流失、土地沙漠化等环境问题，

针对上述问题，一般均通过注浆堵水的方法来避免顶板突水或涌水。但是，目前国内外的专家学者对于顶板注浆堵水的研究相对较少。相关技术中，公开了地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法，该方法是针对采场顶板离层突水危害，结合工作面采动条件、上覆岩层特征及水文地质条件等，在工作面待采区域内布置地面泄水钻孔，进行对含水层的水位疏降工作，实现工作面有计划的超前疏放，降低工作面突水危险性。其主要对地下水进行提前疏放，但对于第四系萨拉乌苏强含水层来说此方法不适用，且会造成地下水破坏。还有一些公开了对于采空区顶板侧向进行帷幕堵水治理，而对于垂向涌水补给问题却无法解决。

因此，如何对采动覆岩完全破断型的含水层进行有效的注浆堵水，以减少矿井涌水量，避免地下水流失和土地沙漠化等环境问题是亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法。

基于上述目的，本申请提供了一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，包括如下步骤：

对采矿区域进行地层勘察，包括对位于表土层下方的第四系含水层、风化基岩含水层及导水裂隙带的位置、厚度、水分布情况进行勘察，确定所述导水裂隙带发育至所述风化基岩含水层内，且存在第四系含水层向风化基岩含水层的越流补给；其中，所述风化基岩含水层位于所述第四系含水层下方；

基于所述风化基岩含水层内的水分布情况，确定所述风化基岩含水层的富水性区域；

在所述富水性区域内，从所述表土层向下依次施工垂直钻孔和曲线分支钻孔；其中，所述垂直钻孔位于所述第四系含水层内且垂直钻孔的底部位于所述第四系含水层的底部；所述曲线分支钻孔与所述垂直钻孔连通，且位于所述风化基岩含水层内；

以下行注浆的方式，向所述曲线分支钻孔内注入第一浆液，直至第一浆液注至所述导水裂隙带顶部，在所述曲线分支钻孔内继续注浆至符合第一预设结束条件，停止注入第一浆液，待所述第一浆液凝固后，形成第一注浆层，所述第一注浆层位于所述风化基岩含水层内。

进一步地，，基于所述富水性区域内导水裂隙带的分布情况，将所述富水性区域分为：富水性且存在导水裂隙带区域和富水性但不存在导水裂隙带区域，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率小于位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率。

进一步地，待所述第一注浆层形成之后，还包括如下步骤：

在所述富水性且存在导水裂隙带区域，从所述曲线分支钻孔的底部继续施工水平钻孔，所述水平钻孔的底部位于所述导水裂隙带的顶部；

向所述水平钻孔内注入第二浆液，直至符合第二预设结束条件，停止注入第二浆液，待所述第二浆液凝固后，形成第二注浆层，所述第二注浆层位于所述导水裂隙带的顶部。

进一步地，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率为8～12°/m。

示例性的，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率可以为8°/m、9°/m、10°/m、11°/m、12°/m等。

进一步地，位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率为13～17°/m。

示例性的，位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率可以为13°/m、14°/m、15°/m、16°/m、17°/m等。

进一步地，所述垂直钻孔和所述曲线分支钻孔均设有多个，每一所述垂直钻孔与至少一个所述曲线分支钻孔连通。

进一步地，所述第一浆液的流动性小于所述第二浆液，所述第一浆液的凝固速度小于所述第二浆液的凝固速度。

进一步地，所述第一浆液包括如下组分：细骨料、黏土、水泥和水。

进一步地，所述第二浆液包括如下组分：水泥、粉煤灰、膨润土、粒径为1～5mm的细砂和水。

进一步地，所述细骨料、黏土、水泥和水的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2：0.5～1.4；

示例性的，所述细骨料、黏土、水泥和水的质量比可以为1：1：1：0.5、1：1：1：0.6、1：1：1：0.7、1：1：1：0.8、1：1：1：0.9、1：1：1：1.0、1：1：1：1.1、1：1：1：1.2、1：1：1：1.3、1：1：1：1.4、1.2：0.8：1.2：0.5、1.2：0.8：0.5；0.8等。

进一步地，所述细骨料的粒径范围为0.16～5mm。

进一步地，所述粉煤灰和水泥的质量比为3.5～4.5；水和水泥的质量比为0.7～1.2；所述膨润土和水的质量比为0.2～0.4；所述水泥和所述细沙的质量比为0.5～0.8。

示例性的，所述粉煤灰和水泥的质量比可以为3.5、4.0、4.5等；所述水和水泥的质量比可以为0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2等；所述膨润土和水的质量比可以为0.2、0.3、0.4等；所述水泥和所述细沙的质量比可以为0.5、0.6、0.65、0.7、0.8等。

进一步地，所述曲线分支钻孔和所述水平钻孔内浆液的扩散半径为20～30m。

进一步地，所述垂直钻孔的高度大于等于20m。

进一步地，基于所述风化基岩含水层内的水分布情况，确定所述风化基岩含水层的不富水区域，对所述不富水区域不注浆或进行简单注浆即可。其中，所述不富水区域包括不富水且存在导水裂隙带区域和不富水但不存在导水裂隙带区域。

从上面所述可以看出，本申请提供的采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，基于部分矿区高强度开采覆岩完全破断条件下，基于风化基岩含水层内水分布情况，针对风化基岩含水层的富水性强弱及导水裂隙带发育情况采用不同的注浆改造方案，首先对风化基岩含水层的富水性区域造曲线分支钻孔，使用第一浆液进行注浆改性，通过对含水层富水性区域进行浆液填充，驱赶富水性区域内的地下水同时对裂隙和空隙储水空间进行填充，将富水性区域的含水层改造为隔水层或弱透水层，从水源方面阻止第四系含水层的水源补给和风化基岩含水层的水流进入采空区，保护地下水系统，减少矿井涌水量，降低生产成本，提高生产安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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他的附图。

图1为本申请实施例的采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的富水性且存在导水裂隙带区域风化基岩含水层注浆堵水示意图；

图3为本申请实施例的垂直钻孔、曲线分支钻孔和水平钻孔钻孔后的示意图；

图4为本申请实施例的富水性但不存在导水裂隙带区域风化基岩含水层注浆堵水示意图；

图5为本申请实施例的采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法的另一个流程示意图；

图6为本申请实施例的风化基岩含水层动态注浆改性截流堵水整体示意图；

图7为风化基岩含水层动态注浆改性截流堵水整体方案中垂直钻孔、曲线分支钻孔的分布示意图；

图8为本申请实施例的采用孔间无线电透视技术对注浆前后的含水层进行测试的测试结果图；

图9为本申请实施例的采用孔内测井技术对注浆前后的含水层进行测试的测试结果图；其中，A为注浆前的聚焦电阻率曲线；B为注浆后的聚焦电阻率曲线；C为注浆前的岩石密度曲线；D为注浆后的岩石密度曲线。

图中，1、注浆站；2、垂直钻孔；3、曲线分支钻孔；4、第四系含水层与风化基岩含水层交界面；5、钻孔扩散注浆体；6、导水裂隙带；7、注浆体胶圈；8、第四系含水层；9、风化基岩含水层；10、导水裂隙带顶部；11、采空区；12、煤层；13、水平钻孔；14、富水性且存在导水裂隙带区域；15、富水性且存在导水裂隙带区域注浆体；16、不富水区域；17、富水性但不存在导水裂隙带区域；18、富水性但不存在导水裂隙带区域注浆体。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

参考图1，本申请提出了一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，具体包括如下步骤。

步骤S101、对采矿区域进行地层勘察，包括对位于表土层下方的第四系含水层8、风化基岩含水层9及导水裂隙带6的位置、厚度、水分布情况进行勘察，确定所述导水裂隙带6发育至所述风化基岩含水层9内，且存在第四系含水层8向风化基岩含水层9的越流补给；其中，所述风化基岩含水层9位于所述第四系含水层8下方。

具体地，参考图2和图4，一般来说，采矿区从上至下依次为表土层、第四系含水层8、风化基岩含水层9，风化基岩含水层9的下方有煤层12和采空区11。在开采过程中，由于对煤炭的高强度开采形成了覆岩完全破断型，增加了导水裂隙带6的发育高度，使导水裂隙带6发育至风化基岩含水层9，进而造成第四系含水层8连通风化基岩含水层9和导水裂隙带6，使得地下水涌入采空区11，造成矿井涌水量急剧增加，同时对于生态脆弱地区，容易造成地下水流失、土地沙漠化等环境问题。本申请专门针对采动覆岩完全破断型的风化基岩含水层9进行改造。

首先，对采矿区域进行地层勘察。对实际煤层12顶板进行水文地质勘察，通过地质钻孔、水文及岩芯数据得到第四系含水层8的厚度、风化基岩含水层9的厚度；通过测定导水裂隙带6的位置，确定导水裂隙带6已经发育至风化基岩含水层9内，成为主要的导水通道。

其次，基于地层勘探的数据，结合风化基岩含水层9内水流的流速和流向，通过地质建模、水动力场及水化学水源判识等手段，确定存在第四系含水层8向风化基岩含水层9的越流补给，进而使得第四系含水层8内的水沿风化基岩含水层9内的导水裂隙带6进入采空区11。

将风化基岩含水层9中符合上述两个条件(即导水裂隙带6发育至风化基岩含水层9内，且存在第四系含水层8向风化基岩含水层9的越流补给)的区域作为注浆改性截流堵水区域。

步骤S102、基于所述风化基岩含水层9内的水分布情况，确定所述风化基岩含水层9的富水性区域。

具体地，利用GIS(即地理信息系统，Geographic Information System)将钻孔抽水试验、孔隙度、岩层渗透性等因素多元素叠加，采用富水性指数法对风化基岩含水层9内各区域的富水性进行分级，同时确定不同区域内导水裂隙带6在风化基岩内的发育高度。

其中，采用富水性指数法对风化基岩含水层9内各区域的富水性进行分级，将各个区域分为强富水性区域、中富水性区域、弱富水性区域或不富水区域四个等级。本申请所述的富水性区域包括强富水性区域、中富水性区域和弱富水性区域。

具体实施时，通过地质钻探及室内渗透实验，发现在风化基岩含水层9内存在大量的红砂岩，红砂岩区域富水性强，部分破碎区渗透系数达到1.0m/d，且赋存形态不稳定存在大量的裂隙，因此红砂岩区域属于强富水性区域，通过钻孔电透视及两带探查发现，该区域内部分导水裂隙带6冲洗液漏失量达到3～4L/s.m，亟需要通过注浆来进行封堵，避免地下水从该区域涌入采空区11；还发现风化基岩含水层9内存在大量的泥岩，其隔水性较强、渗透率低，因此泥岩区域属于不富水区域16，注浆的需求不大，地下水很难从该区域涌入采空区11。

步骤S103、在所述富水性区域内，从所述表土层向下依次施工垂直钻孔2和曲线分支钻孔3；其中，所述垂直钻孔2位于所述第四系含水层8内且垂直钻孔2的底部位于所述第四系含水层8的底部；所述曲线分支钻孔3与所述垂直钻孔2连通，且位于所述风化基岩含水层9内。

具体地，参考图2和图3，从所述表土层向下依次施工垂直钻孔2和曲线分支钻孔3。

所述垂直钻孔2和所述曲线分支钻孔3均设有多个，每一所述垂直钻孔2与至少一个所述曲线分支钻孔3连通。进一步地，每一所述垂直钻孔2可以与多个所述曲线分支钻孔3连通，多个所述曲线分支钻孔3以该垂直钻孔2的中心轴线为中心均匀分布。所述垂直钻孔2均匀布设在所述富水性区域，所述垂直钻孔2之间的间隔依据实际施工情况进行选择，在此不做限定。

参考图7，本实施例中，每一所述垂直钻孔2可以与四个所述曲线分支钻孔3连通，四个所述曲线分支钻孔3以对应的垂直钻孔2的中心轴线为中心均匀分布。

步骤S104、以下行注浆的方式，向所述曲线分支钻孔3内注入第一浆液，直至第一浆液注至所述导水裂隙带6顶部，在所述曲线分支钻孔3内继续注浆至符合第一预设结束条件，停止注入第一浆液，待所述第一浆液凝固后，形成第一注浆层，所述第一注浆层位于所述风化基岩含水层9内。

具体地，可以同时向多个所述曲线分支钻孔3内注入第一浆液，也可以分批次注入，具体注入的顺序依据实际工程确定，在此不做限定。

其中，判断第一浆液是否注至导水裂隙带6顶部的原则为：在所述曲线分支钻孔3内以下行注浆的方式进行注浆，当某部分钻进过程中出现第一浆液的漏量增大的情况，说明第一浆液注至了导水裂隙带6顶部。此时暂时不继续向下注浆，在该部分继续注浆至符合第一预设结束条件，停止注入第一浆液。

所述第一预设条件依据矿井控水采煤、含水层注浆改造技术领域内的通用标准，结合实际矿区情况进行设定。本实施例中，所述第一预设条件为：注浆压力稳定在3MPa左右30min以上。当注浆至符合第一预设结束条件时，表明第一浆液充满风化基岩含水层9的裂隙。

当注浆至符合第一预设结束条件后，停止注入第一浆液，待所述第一浆液凝固后，形成第一注浆层。所述第一注浆层的存在，使得富水性区域被改造成了隔水层或弱透水层，避免了地下水从该区域涌入采空区11，实现了对风化基岩含水层9的富水性区域的改造。

参考图6，,对于风化基岩含水层9的不富水区域16(包括不富水且存在导水裂隙带6区域和不富水但不存在导水裂隙带6区域)，由于其不富水，所以地下水几乎不会从该区域涌入采空区11，因此，对不富水区域16可以不注浆或进行简单的垂直注浆即可，当然，也可以采用本申请步骤S104所述的注浆方式进行注浆。

从上面所述可以看出，本申请提供的采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，基于部分矿区高强度开采覆岩完全破断条件下，基于风化基岩含水层9内水分布情况，针对风化基岩含水层9的富水性强弱及导水裂隙带6发育情况采用不同的注浆改造方案，首先对风化基岩含水层9的富水性区域造曲线分支钻孔3，使用第一浆液进行注浆改性，通过对含水层富水性区域进行浆液填充，驱赶富水性区域内的地下水同时对裂隙和空隙储水空间进行填充，将富水性区域的含水层改造为隔水层或弱透水层，从水源方面阻止第四系含水层8的水源补给和风化基岩含水层9的水流进入采空区11，保护地下水系统，减少矿井涌水量，降低生产成本，提高生产安全性。

在一些实施例中，基于所述富水性区域内导水裂隙带6的分布情况，将所述富水性区域分为：富水性且存在导水裂隙带区域14和富水性但不存在导水裂隙带区域17。

具体地，将所述富水性区域依据是否存在导水裂隙带6而将其划分为富水性且存在导水裂隙带区域14和富水性但不存在导水裂隙带区域17，如此便可针对不同的区域继续进行注浆封堵。

参考图6、图4，针对富水性但不存在导水裂隙带区域17，经过上述步骤S101至S104即完成了对其风化基岩含水层9的改性，将其改性为隔水层，避免地下水从该区域涌入采空区11。

参考图6、图2，针对富水性且存在导水裂隙带区域14，在经过上述S101至S104中对风化基岩含水层9的改性后，还需对导水裂隙带6进行封堵，以避免地下水从导水裂隙带6中流下，涌入采空区11。

参考图5和图3，在一些实施例中，待所述第一注浆层形成之后，还包括对导水裂隙带6进行封堵，具体包括如下步骤：

步骤S105、在所述富水性且存在导水裂隙带区域14，从所述曲线分支钻孔3的底部继续施工水平钻孔13，所述水平钻孔13的底部位于所述导水裂隙带6的顶部。

步骤S106、向所述水平钻孔13内注入第二浆液，直至符合第二预设结束条件，停止注入第二浆液，待所述第二浆液凝固后，形成第二注浆层，所述第二注浆层位于所述导水裂隙带6的顶部。

具体地，所述水平钻孔13的底部位于所述导水裂隙带6的顶部，向所述水平钻孔13内注入第二浆液，待所述第二浆液凝固后，形成第二注浆层，所述第二注浆层位于所述导水裂隙带6的顶部，用于对所述导水裂隙带6进行封堵，以避免地下水从导水裂隙带6中流下，涌入采空区11。

所述第二预设条件依据矿井控水采煤、含水层注浆改造技术领域内的通用标准，结合实际矿区情况进行设定。本实施例中，所述第二预设条件为：注浆压力稳定在4.5MPa左右20min以上。当注浆至符合第二预设结束条件时，表明导水裂隙带6完成注浆封堵。

本申请中，不仅通过上述步骤S101至S104对风化基岩含水层9进行改性，将富水性区域的风化基岩含水层9改造为隔水层或弱透水层，从水源方面阻止第四系含水层8的水源补给和风化基岩含水层9的水流进入采空区11；还进一步通过上述步骤S105至S106对风化基岩含水层9内的导水裂隙带6进行封堵，使用第二浆液对导水裂隙带6进行封堵截流，从通道方面阻止第四系含水层8的水源补给和风化基岩含水层9的水流进入采空区11。通过对水源和通道两方面的封堵，保护地下水系统，减少矿井涌水量，降低生产成本，提高生产安全性。

本申请中，针对风化基岩含水层9的不同区域，采用了不同的注浆方式，既确保了注浆的效果，又节约了注浆的成本。

在一些实施例中，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域14的曲线分支钻孔3的平均造斜率小于位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域17的曲线分支钻孔3的平均造斜率。

具体地，所述造斜率，又称造斜强度，是单位造斜钻进进尺中形成的钻孔全弯曲角度。

其中，对曲线分支钻孔3注浆主要用于对风化基岩含水层9进行注浆改性，以将风化基岩含水层9内的缝隙封堵，将其改造为隔水层；对水平钻孔13进行注浆，主要是为了将其下方的导水裂隙带6进行全面封堵。

对于富水性但不存在导水裂隙带区域17，不需要进行水平钻孔13，仅需通过平均造斜率较大的曲线分支钻孔3对其富水性区域进行注浆改性即可。平均造斜率较大可以提高注浆的效率，节约注浆时间。

对于富水性且存在导水裂隙带区域14，由于还需要进行水平钻孔13以对导水裂隙带6进行封堵，因此先通过平均造斜率较小的曲线分支钻孔3对其富水性区域进行注浆改性，再继续通过水平钻孔13进行注浆。采用平均造斜率较小的曲线分支钻孔3既可以实现对其富水性区域进行注浆改性，又可以为水平钻孔13预留位置，以后续对导水裂隙带6进行封堵。

其中，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域14的曲线分支钻孔3的平均造斜率为8～12°/m。

其中，位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域17的曲线分支钻孔3的平均造斜率为13～17°/m。

在一些实施例中，所述第一浆液的流动速度小于所述第二浆液，所述第一浆液的凝固速度小于所述第二浆液的凝固速度。

具体地，本申请采用第一浆液对风化基岩含水层9进行改性，而采用第二浆液对导水裂隙带6进行封堵。

由于所述第一浆液的流动性较差且凝固速度较小，凝固较慢，因此其可以缓慢的以浆态流动，可以更好的驱赶风化基岩含水层9的裂隙内的裂隙水，以保证注浆封堵的效果。

由于第二浆液的流动性较好且凝固速度较大，凝固较快，因此其可以快速的流经水平钻孔13且可以快速凝固，减少水流冲刷对第二浆液的驱散作用，提高封堵效率。

其中，所述第一浆液包括如下组分：细骨料、黏土、水泥和水，所述细骨料、黏土、水泥和水的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2：0.5～1.4。

其中，所述第二浆液包括如下组分：水泥、粉煤灰、膨润土、粒径为1～5mm的细砂和水。所述粉煤灰和水泥的质量比为3.5～4.5；水和水泥的质量比为0.7～1.2；所述膨润土和水的质量比为0.2～0.4；所述水泥和所述细沙的质量比为0.5～0.8。

本申请中，针对风化基岩含水层9的不同区域，不仅采用了不同的注浆方式，还使用了不用的浆液，每种浆液匹配特定的注浆区域，既确保了注浆的效果，又节约了注浆的成本。

在一些实施例中，参考图2、图4和图6，提出了一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，具体包括如下步骤。

(1)地层勘察：对实际煤层12顶板进行水文地质勘察，通过地质钻孔水文及岩芯数据得到第四系含水层8厚度、风化基岩含水层9的厚度，确定第四系含水层8对风化基岩含水层9之间存在很强的水力补给关系，并且导水裂隙带6已经发育至风化基岩内，成为主要的导水通道。

(2)注浆区域确定：基于地层勘探的数据，结合风化基岩含含水层内水流的流速和流向，通过地质建模、水动力场及水化学水源判识等手段，确定存在第四系含水层8向风化基岩含水层9的越流补给，进而沿导水裂隙带6进入采空区11，因此将该区域风化基岩含水层9作为注浆改性截流堵水区域。

(3)含水层富水性探查分析：利用GIS将钻孔抽水试验、孔隙度、岩层渗透性等因素多元素叠加，采用富水性指数法对风化基岩含水层9各区域的富水性进行分级，同时确定不同富水性区域导水裂隙带6在风化基岩内的发育高度。

(4)含水层注浆改性截流：通过地质钻探及室内渗透实验，发现在风化基岩含水层9内存在大量的红砂岩，红砂岩区域富水性强，部分破碎区渗透系数达到1.0m/d，且赋存形态不稳定存在大量的裂隙，因此具有极强的注浆空间，为富水性区域；通过钻孔电透视及两带探查发现部分导水裂隙带6冲洗液漏失量达到3～4L/s.m；同时风化基岩含水层9内还存在大量的泥岩，其隔水性较强、渗透率低，构成风化基岩中的不富水区域16。

(5)钻孔注浆：

由地面(即表土层)向风化基岩含水层9施工垂直钻孔2，垂直钻孔2钻进至风化基岩与第四系含水层8的交接面时，开始进行曲线分支钻孔3及水平钻孔13，水平钻孔13位于导水裂隙带6顶部。

采用下行式注浆，在下行过程中分为对风化基岩含水层9的改造段及导水裂隙带6封堵段。在风化基岩含水层9钻进过程中分段注浆，当在某部分钻进过程中出现浆液漏量增大的情况，说明进入了导水裂隙范围内，则改用第二浆液进行注浆，以进行导水裂隙带6的封堵。

整体采用边探边注边调整的注浆原则。基于不同富水性及导水裂隙带6发育高度提出以下方案：

a、富水性且存在导水裂隙带区域14：

对该区域进行采用第一浆液进行分段注浆，当注浆压力稳定在3MPa左右30min以上，表明第一浆液充满该区域的风化基岩含水层9裂隙，完成风化基岩含水层9改性为隔水层；之后继续向下，采用第二浆液对导水裂隙待进行注浆封堵，当注浆压力稳定在4.5MPa左右20min以上，表明倒水裂隙带完成注浆封堵，切断裂隙内的水流通道。

b、富水性但不存在导水裂隙带区域17：对该区域进行分段注浆，当注浆压力稳定在3MPa左右30min以上，表明第一浆液充满该区域的风化基岩含水层9裂隙，完成风化基岩含水层9改性为隔水层切断第四系含税层对风化基岩含水层9的水利补给。

c、不富水但存在/不存在导水裂隙带6区域：不进行注浆处理或进行简单注浆封堵试验。

其中，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域14的曲线分支钻孔3的平均造斜率小于位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域17的曲线分支钻孔3的平均造斜率。

参考图7，曲线分支钻孔3针对不同的含水层条件其钻进方案不同，其对富水性且存在导水裂隙带区域14进行注浆改造时，曲线分支钻孔3的平均造斜率相对较小(本实施例中，该平均造斜率为10°/m)，造斜段完成对风化基岩含水层9的改性，水平段在导水裂隙带6上方对导水裂隙进行注浆封堵。

对富水性但不存在导水裂隙区域进行注浆改造时，曲线分支钻孔3的平均造斜率增加至15°/m，主要依靠造斜段对含水层进行完全注浆改性。

其中，所述第一浆液包括如下组分：细骨料、黏土、水泥和水，所述细骨料、黏土、水泥和水的质量比为1：1：1：0.5，且第一浆液的凝固时间为30min以上。如此配料，使得第一浆液的流动性较差且凝固速度较慢，其可以缓慢的以浆态流动，可以更好的驱赶风化基岩含水层9的裂隙内的裂隙水，以保证注浆封堵的效果。

所述第二浆液为粒径为1～5mm的速凝浆液，所述第二浆液包括如下组分：水泥、粉煤灰、膨润土、粒径为1～5mm的细砂和水。所述粉煤灰和水泥的质量比为4.0；水和水泥的质量比为0.9；所述膨润土和水的质量比为0.3；所述水泥和所述细沙的质量比为0.65，且第二浆液的凝固时间不大于20min。如此配料，使得第二浆液的流动性较好且凝固速度较快，其可以快速的流经水平钻孔13且可以快速凝固，减少水流冲刷对第二浆液的驱散作用，提高封堵效率。

注浆孔浆液扩散范围为口半径30m左右，垂向上方不少于20m，浆液扩散范围相对较大，可以有效地完成含水层和倒水裂隙大改造、封堵。

(6)质量检验和检测：

通过物探、钻探及水化学场等手段对风化基岩含水层9改造质量进行检验和后续监测。

通过钻孔取芯检查，浆液充填在了岩石裂隙中且已经凝固，充填的凝固浆液厚度在0.5～6mm；对质检孔进行压水试验，全孔段试验单位吸水率均低于注浆前的吸水率，说明注浆效果较好；

参考图8，采用孔间无线电透视技术进行测试，得到钻孔剖面注浆前后的透视结果示意图，通过钻孔剖面注浆前后对比可以看出，注浆后吸收系数明显变小，而且注浆前吸收系数变化范围为3.3～11.5，注浆后为0.6～5.4，说明注浆后吸收系数更加均匀，存在异常的地方(即存在裂隙区域)注浆后异常也明显减弱或消失，表明注浆效果较为良好均匀。

参考图9，采用孔内测井技术进行测试，测试结果表明注浆前后的两条测井曲线(岩石密度曲线和聚焦电阻率曲线)都有出现大小不等的锯齿状。这是由于岩石破碎有裂缝存在，使得测井的岩石密度和聚焦电阻率有明显的响应。注浆后的测井曲线(参见图9中的B和D)的锯齿状反映依然能够显现出来，这是因为凝固后浆料层的密度和电阻率仍然小于岩石的密度和电阻值，但曲线的平均波动幅度较未注浆前(参见图9中的A和C)更为平缓，曲线相对平滑，说明导水裂隙带6被浆液充填，呈闭合状态。

综上所述，本申请解决了采空区11顶板水垂向补给量大且稳定的难题，基于部分矿区高强度开采覆岩完全破断条件下，即导水裂隙带6发育至风化基岩含税层，造成第四系含水层8连通风化基岩含水层9及导水裂隙带6，使地下水涌入采空区11。针对风化基岩含水层9富水性强弱及导水裂隙带6发育情况采用不同的注浆改造方案。通过对风化基岩含水层9富水性区域进行浆液填充，驱赶富水区域内的地下水，同时对风化基岩含水层9裂隙和空隙储水空间进行填充，将该区域风化基岩含水层9改造为隔水层或弱透水层。同时，结合导水裂隙带6导水通道封堵施工，彻底阻断第四系含水层8与风化基岩含水层9及导水裂隙带6的连通，避免第四系含水层8内的水涌入采空区11，减少矿井涌水量，保证井下安全作业的同时降低浅表水的流失，减少水资源流失对生态脆弱区的破坏，实现煤矿的控水开采。

同时本方法既可以用于煤层12开采后的顶板涌水治理，也可用于煤层12开采前对富水区域进行提前注浆改造，减少煤层12开采过程中的涌水量。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采动覆岩完全破断型的含水层动态注浆截流堵水方法，其特征在于，包括如下步骤：

对采矿区域进行地层勘察，包括对位于表土层下方的第四系含水层、风化基岩含水层及导水裂隙带的位置、厚度、水分布情况进行勘察，确定所述导水裂隙带发育至所述风化基岩含水层内，且存在第四系含水层向风化基岩含水层的越流补给；其中，所述风化基岩含水层位于所述第四系含水层下方；

基于所述风化基岩含水层内的水分布情况，确定所述风化基岩含水层的富水性区域；

在所述富水性区域内，从所述表土层向下依次施工垂直钻孔和曲线分支钻孔；其中，所述垂直钻孔位于所述第四系含水层内且垂直钻孔的底部位于所述第四系含水层的底部；所述曲线分支钻孔与所述垂直钻孔连通，且位于所述风化基岩含水层内；

以下行注浆的方式，向所述曲线分支钻孔内注入第一浆液，直至第一浆液注至所述导水裂隙带顶部，在所述曲线分支钻孔内继续注浆至符合第一预设结束条件，停止注入第一浆液，待所述第一浆液凝固后，形成第一注浆层，所述第一注浆层位于所述风化基岩含水层内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述富水性区域内导水裂隙带的分布情况，将所述富水性区域分为：富水性且存在导水裂隙带区域和富水性但不存在导水裂隙带区域，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率小于位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，待所述第一注浆层形成之后，还包括如下步骤：

在所述富水性且存在导水裂隙带区域，从所述曲线分支钻孔的底部继续施工水平钻孔，所述水平钻孔的底部位于所述导水裂隙带的顶部；

向所述水平钻孔内注入第二浆液，直至符合第二预设结束条件，停止注入第二浆液，待所述第二浆液凝固后，形成第二注浆层，所述第二注浆层位于所述导水裂隙带的顶部。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，位于所述富水性且存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率为8～12°/m。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，位于所述富水性但不存在导水裂隙带区域的曲线分支钻孔的平均造斜率为13～17°/m。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直钻孔和所述曲线分支钻孔均设有多个，每一所述垂直钻孔与至少一个所述曲线分支钻孔连通。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一浆液的流动性小于所述第二浆液，所述第一浆液的凝固速度小于所述第二浆液的凝固速度。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一浆液包括如下组分：细骨料、黏土、水泥和水。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二浆液包括如下组分：水泥、粉煤灰、膨润土、粒径为1～5mm的细砂和水。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述细骨料、黏土、水泥和水的质量比为0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2：0.5～1.4；和/或，

所述粉煤灰和水泥的质量比为3.5～4.5；水和水泥的质量比为0.7～1.2；所述膨润土和水的质量比为0.2～0.4；所述水泥和所述细沙的质量比为0.5～0.8。

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