CN116291334A - 控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统及其施工方法。控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统包括：止水防渗体系，包括位于盐湖内的基底人工隔水层和绕基底人工隔水层的周向设置的止水防渗墙，止水防渗墙的底端嵌入基底人工隔水层，止水防渗墙的顶端能够穿出盐湖；盐水回灌装置，包括回灌井、设置在回灌井一侧的加压泵和与加压泵连通的盐水配置箱，其中，回灌井位于止水防渗墙内，盐水配置箱内用于储存回灌盐水液，加压泵用于将回灌盐水液泵送入回灌井内。本发明的技术方案能够提高井口盐层骨架的承载力，使得盐层骨架充分回弹，解决因地下水水位持续降低导致采卤井井口塌陷的问题，从而延长采卤井的使用寿命。

Description

控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及地下卤水开采技术领域，具体而言，涉及一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统及其施工方法。

背景技术

盐湖地下水一般划分为4个含水层，含水层地层以石盐沉积为主，各盐层间有碎屑沉积层相隔，为相对隔水层。根据水文地质条件，卤水划分为潜卤水和承压卤水，潜卤水埋深10m以浅，承压卤水埋深相对深，第一隔水层以下卤水属承压卤水。卤水开采方式主要有渠采、井采。渠采针对盐湖表层潜卤水，该方法快速、简单、高效，成本低、难度小、易施工，但承压卤水埋深大，采卤渠极易塌陷，造成渠道深度不足，采卤效果差。目前承压卤水采卤主要采用井采技术，集中开采深度10m～30m的S3层承压卤水，但盐湖采矿中，由于地层结构、采卤活动、开采方法和大气降水等综合因素的影响，经常发生盐田、采卤井坍塌事故，产生人员死亡、矿卤流失，造成极大损失。

目前，在现有技术中，直接将采卤井安装在盐湖内进行采集卤水，盐湖采矿生产过程中长期过度抽卤导致地下水水位持续降低，卤水水位下降，引起含水层盐层结构释水压缩，盐岩孔隙没有饱和卤水填充支撑，地层中含盐细砂层、粉砂层不断回流井体，地层岩土结构被改造，由“岩盐层+卤水”结构变为“岩盐层+孔隙”结构，降低了地层支撑能力，增加整体塌陷风险。另外，盐湖生产中低矿化度卤水的排放、高原气候暖湿化过程中大气降水的增加、盐田淡卤水渗漏下渗、因矿化度相对低导致承压卤水上溢，溶解了地层中钠盐、钾盐等易溶盐和粉砂、砂粒间的胶结物，产生空洞溶腔，也导致盐田和采卤井规模性坍塌事故。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统及其施工方法，以解决现有技术中的因地下水水位持续降低引起的采卤井井口整体性塌陷的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，包括：止水防渗体系，包括位于盐湖内的基底人工隔水层和绕基底人工隔水层的周向设置的止水防渗墙，止水防渗墙的底端嵌入基底人工隔水层，止水防渗墙的顶端能够穿出盐湖；盐水回灌装置，包括回灌井、设置在回灌井一侧的加压泵和与加压泵连通的盐水配置箱，其中，回灌井位于止水防渗墙内，盐水配置箱内用于储存回灌盐水液，加压泵用于将回灌盐水液泵送入回灌井内。

进一步地，止水防渗墙纵截面呈梯形，并且自上至下，止水防渗墙的厚度逐渐增大。

进一步地，止水防渗墙嵌入基底人工隔水层的深度为0.5m至1m；和/或，止水防渗墙位于基底人工隔水层的外边缘向内侧2m处。

进一步地，回灌井包括：井体，开设在盐湖上；护壁钢管，设置在井体的顶端；滤水管，位于井体内，并且滤水管的一端伸入井体的底部，滤水管的另一端穿出井体；砾石层，位于滤水管和井体的内壁形成的环状间隙内；以及淡水管，设置在滤水管内。

进一步地，回灌防渗系统还包括设在止水防渗体系内的多个注浆管，注浆管的一端伸入盐湖，注浆管的另一端穿出盐湖；通过注浆管向盐湖内投放多个黏土球，以形成基底人工隔水层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种回灌防渗系统的施工方法，施工方法用于施工上述的回灌防渗体系，施工方法包括：在盐湖内构建基底人工隔水层的第一施工步骤；在盐湖内构建止水防渗墙的第二施工步骤；在止水防渗体系内设置回灌井、加压泵以及盐水配置箱的第三施工步骤；以及，向回灌井内回灌饱和盐水的回灌步骤。

进一步地，在第一施工步骤中，基底人工隔水层采用防渗黏土制成，防渗黏土采用黏土、饱和卤水、镁基胶凝材料和黏土固化剂按照第一预设比例制成，防渗黏土的压实系数大于92％，防渗黏土压实后的平均干容重大于1.65g/cm³。

进一步地，构建止水防渗墙包括：在盐湖的第一隔水层上开设基槽；在基槽内置入墙体支撑箱体；以及在墙体支撑箱体上填筑防渗黏土并碾压夯实。

进一步地，碾压防渗黏土的速度小于或等于3km/h；和/或，压实后的黏土层的干容重大于或等于1.65g/cm³。

进一步地，回灌步骤采用回灌盐水液进行回灌，回灌盐水液采用氯化钠、钠基膨润土、抗盐共聚物增粘剂、羧甲基淀粉护胶剂和盐重结晶抑制剂按照第二预设比例制成。

进一步地，在第一施工步骤前，施工方法还包括：确定盐湖的第一隔水层的渗透系数K，判断第一隔水层的渗透系数K是否大于或等于预设渗透系数，如果是，则进行第一施工步骤，其中，预设渗透系数为10^-6cm/s。

进一步地，渗透系数K由以下公式确定：

其中，K为第一隔水层的渗透系数(cm/s)；Q为稳定的渗入水量(L/min)；F为试坑渗水面积(cm²)；Z为试坑中水层厚度(cm)；Hk为毛细压力水头(cm)；L为试验结束时的渗入深度(cm)。

应用本发明的技术方案，基底人工隔水层既能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。盐水回灌装置设置加压泵，加压泵接盐水(即回灌盐水液)配置箱，通过加压泵的增压增加回灌盐水的流速，以将回灌盐水液灌入回灌井，饱和盐水充分填充盐层孔隙，使得盐层骨架充分回弹。增压回灌技术能让高密度、高矿化度、粘稠度相对高，流动性相对慢的饱和盐水增加流速，保证饱和盐水充分填充井口周边的止水防渗体系范围内盐层的孔隙，从而增加回灌效率。一方面，构建止水防渗体系能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。另一方面，通过盐水回灌装置向回灌井内回灌饱和盐水，整体性提高井口易塌范围内盐层骨架承载力，使得盐层骨架充分回弹，根本上解决采卤井井口防塌的问题，持续延长采卤井使用寿命，提升采矿效率和提高采卤量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了应用本发明的回灌防渗系统的盐湖的地层结构示意图；

图2示出了根据本发明的回灌防渗系统的实施例的剖视图；

图3示出了图2的回灌防渗系统的俯视图；

图4示出了图2的回灌防渗系统的回灌井的结构示意图；

图5示出了根据本发明的回灌防渗系统的施工方法的部分工艺流程图；以及

图6示出了根据本发明的回灌防渗系统的施工方法的工艺流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、人工隔水层；2、止水防渗墙；3、注浆管；4、回灌井；401、镁基胶结层；402、护壁钢管；403、滤水管；404、砾石层；405、淡水管；406、井体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，如图1所示，现代盐湖(时代Q3、Q4)地层结构自下而上划分为8层，盐层代号分别为S1～S4，碎屑层代号L1～L4，卤水储存在盐层晶间孔隙中，在径向上距回灌井4的井口5m至8m范围地层的整体性塌陷是由地下水水位持续降低、盐层骨架释水压缩、低矿化度水溶解地层易溶盐引起的。

需要说明的是，采空区盐层骨架释水压缩和低矿化度水溶解地层易溶盐是地面沉降的主要原因，要彻底解决采卤井整体性塌陷，必须对采空区进行治理。目前国内外大量使用直接回灌法(地面漫灌入渗法)或管井注入法进行地下淡水采空区回灌，借助水头差，使之自然渗漏补给采空区，但盐湖各盐类矿物的易溶性决定淡水回灌明显不适合盐湖区。

在发明人知道的几种现有技术中：公开号为CN103470304A的专利公开了一种氯化镁母液回灌地下埋藏可溶性固体钾盐矿采空区的方法，将地下开采钾盐矿选矿加工氯化钾副产氯化镁饱和母液与凝结剂搅拌混合成料浆，通过管道输送回灌到采空区，固化成型达到采空区回填强度，即可完成地下钾盐矿开采采空区的回填。固体钾盐矿超大规模采空区明显与盐湖卤水采空区不同，盐湖卤水采空区为盐层骨架之间的孔隙。公开号为CN112647907A的专利公开了：用钻头钻穿上隔水层，然后下套管，并用镁基胶凝材料与盐砂土混合后通过外井壁注浆的方式固结套管，在套管周围小范围内形成胶结层，防止套管下沉。公开号为CN111287703A、CN112459752A、CN111287704A的专利均为围绕采卤井井口边缘自下而上连续钻孔注浆，每个注浆钻孔组由多个一定间距的注浆钻孔组成，其延伸至第一隔水层，利用注浆泵将氧化镁、氯化镁、卤水、盐土组成的不同比例的胶凝材料注入地层中，形成分隔墙，分隔墙包括多个柱状体依次并排设置并相互连接，形成连续封闭的帷幕墙。

在上述现有技术中，围绕井口的防渗帷幕墙可截断或减少井口周边渗透水流，可一定程度上保护井口稳定，防止地层沉降。但上述现有技术还存在以下技术问题：(1)围绕采卤井井口从底部连续注浆形成封闭帷幕，注浆量极大，镁基胶凝材料价格极高，大规模注浆显著增加了开采成本；(2)连续帷幕墙是由单一灌浆体拼接形成，人工摆动灌浆过程中，会存在浆液喷射不均匀的情况，墙体会存在空洞性缺陷，尤其在两灌浆孔交接处和基岩接触面是缺陷率较高区域，存在渗透隐患，水通过这些裂缝、空洞渗漏，腐蚀墙体结构，破坏防渗墙整体性；(3)钻孔注浆受控范围一般最大为0.5m～1m，形成防渗墙厚度一般较薄(50cm～80cm)，而柴达木盆地某矿区168口采卤井陷落形式多为井口5m～8m范围地层的整体性塌陷，显然钻孔帷幕注浆技术仅适用井壁周边小范围，无法有效阻止井口地层的整体性塌陷。

以上也就是说，采用现有技术加固井口无法满足阻止井口地层塌陷的问题，因此，需要一种控制盐湖采卤井井口塌陷的方法，保护盐层骨架，避免采卤井整体塌陷，从而确保卤水开采生产。

如图2至图4所示，本发明的实施例提供了一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统。控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统包括：止水防渗体系，包括位于盐湖内的基底人工隔水层1和绕基底人工隔水层1的周向设置的止水防渗墙2，止水防渗墙2的底端嵌入基底人工隔水层1，止水防渗墙2的顶端能够穿出盐湖；盐水回灌装置，包括回灌井4、设置在回灌井4一侧的加压泵和与加压泵连通的盐水配置箱，其中，回灌井4位于止水防渗墙2内，盐水配置箱内用于储存回灌盐水液，加压泵用于将回灌盐水液泵送入回灌井4内。

在上述技术方案中，基底人工隔水层1既能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。盐水回灌装置设置加压泵，加压泵接盐水(即回灌盐水液)配置箱，通过增压增加回灌盐水的流速，以将回灌盐水液灌入回灌井，饱和盐水充分填充盐层孔隙，使得盐层骨架充分回弹。增压回灌技术能让高密度、高矿化度、粘稠度相对高，流动性相对慢的饱和盐水增加流速，保证饱和盐水充分填充井口周边的止水防渗体系范围内盐层的孔隙，从而增加回灌效率。

通过上述设置，一方面，构建止水防渗体系能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。另一方面，通过盐水回灌装置向回灌井4内回灌饱和盐水，整体性提高井口易塌范围内盐层骨架承载力，使得盐层骨架充分回弹，根本上解决采卤井井口防塌的问题，持续延长采卤井使用寿命，提升采矿效率和提高采卤量。

具体地，加压泵为变频恒压泵，盐水配置箱内的盐水为高密度超饱和盐水。

如图2所示，在本发明的实施例中，止水防渗墙2纵截面呈梯形，并且自上至下，止水防渗墙2的厚度逐渐增大。

在本发明的一个实施例中，止水防渗墙2嵌入基底人工隔水层1的深度为0.5m至1m。止水防渗墙2位于基底人工隔水层1的外边缘向内侧2m处。止水防渗墙2的厚度范围为1m至1.2m。

在本发明的一个实施例中，基底人工隔水层1的周向外侧壁与回灌井4的外壁之间的距离范围为10m至11m，基底人工隔水层1的厚度大于2m。

如图4所示，在本发明的实施例中，回灌井4包括：井体406，开设在盐湖上；护壁钢管402，设置在井体406的顶端；滤水管403，位于井体406内，并且滤水管403的一端伸入井体406的底部，滤水管403的另一端穿出井体406；砾石层404，位于滤水管403和井体406的内壁形成的环状间隙内；以及淡水管405，设置在滤水管403内。

在上述技术方案中，井体406的井口设置长度范围为1.5m～2.5m的护壁钢管402，并且护壁钢管402的一端嵌入盐岩层S4，护壁钢管402和井体406形成的环状间隙内之间设置镁基胶结层401并且镁基胶结层401的顶端伸出地面，能够加固井体406的井壁，防止坍塌。回灌井4全井段设置滤水管403，一方面能够支撑滤料，另一方面可以滤水拦砂，为防止滤水管变形、井壁坍塌，滤水管403可选择抗压强度大的圆孔过滤管，开孔率7％～10％。滤水管403内设有淡水管405，这样，饱和盐水回灌一段时间后，回灌井4的滤水管403的管壁可能有结盐堵塞孔隙，通过加压泵接淡水管405能够冲洗井壁结盐，从而疏通堵塞。在滤水管403和井体406的内壁形成的环状间隙内设置砾石层404，能够加固井体，从而实现稳定回灌，砾石层404的高度与滤水管403的高度相同，砾石层404的粒径范围为20mm～30mm；

通过上述设置，回灌井4能够防塌、防砂以及除结盐，从而能够适用于盐湖的地质条件，一方面，回灌井4的结构能够加固井壁，避免粉砂回流导致井体坍塌，能有效阻止因细碎屑夹层中粉砂和淤泥回流井体导致井体的井壁出现空腔、坍塌、淤积埋井等问题。另一方面，当卤水中一种或多种盐分达到饱和后快速结晶析出，结晶物堆积在回灌井4内，形成厚层盐垢，导致堵塞地层孔隙通道，通过设置淡水管405能够清洗井壁结盐。

如图2所示，在本发明的实施例中，回灌防渗系统还包括设在止水防渗体系内的多个注浆管3，注浆管3的一端伸入盐湖，注浆管3的另一端穿出盐湖；通过注浆管3向盐湖内投放多个黏土球，以形成基底人工隔水层1。

在上述技术方案中，将盐湖周边抗水稀释性、流变性、阻水性能高的优质黏土与饱和卤水、镁基胶凝材料、专用粘土固化剂按一定比例混合制成黏土球，在径向上距回灌井4的井口10m至11m范围内设置多个注浆管3，向注浆管3内投入黏土球并压实，形成基底人工隔水层1。

如图5所示，本发明的实施例还提供了一种回灌防渗系统的施工方法，施工方法用于施工上述的回灌防渗体系，施工方法包括：在盐湖内构建基底人工隔水层1的第一施工步骤；在盐湖内构建止水防渗墙2的第二施工步骤；在止水防渗体系内设置回灌井4、加压泵以及盐水配置箱的第三施工步骤；以及，向回灌井4内回灌饱和盐水的回灌步骤。

在上述技术方案中，在第一施工步骤内，在径向上距回灌井4的井口8m至9m范围内构建基底人工隔水层1，在第二施工步骤内，在径向上距回灌井4的井口8m至9m范围内构建止水防渗墙2，在第三施工步骤内，根据盐湖特定的地质条件设置回灌井4的井身结构。

如图6所示，在本发明的实施例中，在第一施工步骤前，施工方法还包括：确定盐湖的第一隔水层L4的渗透系数K，判断第一隔水层的渗透系数K是否大于或等于预设渗透系数，如果是，则进行第一施工步骤，其中，预设渗透系数为10^-6cm/s。

在上述技术方案中，渗透系数K由以下公式确定：

其中，K为第一隔水层的渗透系数(cm/s)；Q为稳定的渗入水量(L/min)；F为试坑渗水面积(cm²)；Z为试坑中水层厚度(cm)；Hk为毛细压力(水头)(cm)；L为试验结束时的渗入深度(cm)。

通过上述设置，通过渗透试验能够测定隔水层的渗透系数K，从而评价第一隔水层L4的防渗漏性能，以确定是否需要防渗加固。

在本发明的一个实施例中，如果第一隔水层的渗透系数K小于预设渗透系数，则无需进行第一施工步骤，直接进行第二施工步骤。

一般情况下，防渗性能达标的标准如下：隔水层黏性土层厚度大于2m，渗透系数小于10^-6cm/s，土层总含盐量小于8％。当第一隔水层的任一指标不满足上述条件时，进行第一施工步骤，以对第一隔水层进行防渗加固。

在本发明的实施例中，在第一施工步骤中，基底人工隔水层1采用黏土制成。在本发明的一个实施例中，黏土的压实系数大于92％，黏土压实后的平均干容重大于1.65g/cm³。

通过上述设置，将黏土的压实系数设为大于92％，可以提高基底人工隔水层1的隔水效果，避免基底人工隔水层1透水。将黏土压实后的平均干容重设为大于1.65g/cm³，可以避免基底人工隔水层1因水分太多导致不成型的问题，从而确保基底人工隔水层1的稳固。

在本发明的一个实施例中，基底人工隔水层1还包括饱和卤水、镁基胶凝材料和黏土固化剂，其中，第一预设比例为：黏土70％～75％，饱和卤水2％～7％，镁基胶凝材料4％～10％，黏土固化剂2％～9％，且上述第一预设比例均为重量比。

在本发明的一个实施例中，黏土、饱和卤水、镁基胶凝材料、黏土固化剂的重量比例为70％：2％：4％：2％。

在本发明的另一个实施例中，黏土、饱和卤水、镁基胶凝材料、黏土固化剂的重量比例为75％：7％：10％：9％。

采用上述第一预设比例制成的基底人工隔水层1的渗透系数能够小于10^-6cm/s，从而确保基底人工隔水层1具有较好的防渗效果。

在上述技术方案中，黏土选择盐湖周边易获取、成本低、抗水稀释性、流变性、阻水性能高的优质黏土，选用标准：击实试验“达到最优含量时”，土层水平渗透降为击实前的3.5％～16％、渗透系数达到n×10^-7～10^-6cm/s、垂直渗透降为天然状态的30％左右，土层力学性质强度增大，由中压缩性变为低压缩性，但稳定性降低，湿化崩解速度加快5倍。优选后的优质黏土与饱和卤水、镁基胶凝材料、专用粘土固化剂按一定比例混合制成防渗黏土。混合形成的防渗黏土的压实系数大于92％，且压实后的平均干容重大于1.65g/cm³。

在本发明的实施例中，将防渗黏土搓成直径为2cm至3cm的黏土球并阴干。在注浆管内投入黏土球，达到预定厚度后，用带木塞的钻具将黏土球挤向四周压实，形成柱状体。根据柱状体面积大小，确定下一个注浆孔距离，依次类推，形成在径向方向上距回灌井4的井口10m～11m的基底人工隔水层1。

在本发明的一个实施例中，防渗黏土的含水量大于或等于击实试验的最优含水量的50％，并且小于或等于击实试验的最优含水量的120％。也就是说，当最优含水量为10％时，防渗黏土的含水量范围为5％至12％。

在本发明的实施例中，构建止水防渗墙2包括：在盐湖的第一隔水层上开设基槽；在基槽内置入墙体支撑箱体；以及在墙体支撑箱体上填筑防渗黏土并碾压夯实。

在本发明的实施例中，碾压黏土的速度小于或等于3km/h。

在上述技术方案中，止水防渗墙2布置在基底人工隔水层1的四周边缘向内2m处，即止水防渗墙2的外侧壁面与基底人工隔水层1的外周侧面之间的距离为2m；止水防渗墙2的厚度范围为1m至1.2m，止水防渗墙2嵌入第一隔水层0.5～1m，但不可钻穿隔水层。采用开槽机开挖基槽，基槽内置入墙体支撑箱体，墙体支撑箱体包括多个侧板，多个侧板首尾相连围成上下两端均开口的箱体，任意相邻两个侧板之间设置有三角支撑架，相对的两个侧板之间设置有水平支撑架。墙体支撑箱体搭建完毕后，将防渗黏土分层填筑压实。黏土碾压夯实速度宜慢，以不超过3km/h为宜，碾压夯实时由两边向中间、纵向进退式进行，碾压夯实横向接缝和纵向接缝重叠宽度宜1/3～1/4带宽，确保无漏压、无死角、碾压均匀。每填一层，经过锤击夯实符合压实度检验标准之后，再填上一层。压实度检验标准：采用环刀法测压实后土层的平均干容重，盐湖地区压实后土层干容重不得低于1.65g/cm³，检测点至少2点。

在本发明的一个实施例中，压实后的黏土层的干容重大于或等于1.65g/cm³。

在本发明的实施例中，第三施工步骤包括：按设计要求布设井位，反循环钻进，井孔应圆正、垂直；井体406的直径范围为500mm～600mm，护壁钢管402和滤水管403的壁厚大于8mm；滤水管403为圆孔滤水管，孔隙率7％～10％，下管时用水准仪找直，保证滤水管403垂直；全孔填入直径范围为20mm～30mm的硬质圆砾；成井后，活塞洗井，清洗砾石层404和滤水管403的孔隙，水清砂净、孔隙连通后停止洗井。

在本发明的实施例中，回灌步骤采用回灌盐水液进行回灌，回灌盐水液采用氯化钠、钠基膨润土、抗盐共聚物增粘剂、羧甲基淀粉护胶剂和盐重结晶抑制剂按照第二预设比例制成。

需要说明的是，盐溶地层属湖相机械化学沉积，盐层与碎屑层频繁交替互层，与地层不配伍的外来流体进入储层后，会引起储层中的盐类矿物的溶解、粘土矿物水化膨胀和分散运移，导致盐层骨架溶蚀塌塌。为有效抑制盐类矿物水溶盐侵、粘土矿物水敏膨胀造浆，盐溶地层回灌“水源”必须呈现极高的矿化度、良好的流动性、较强的剪切稀释作用、有效地悬浮加重能力等特点。

在本发明的一个实施例中，第二预设比例为：30％～35％氯化钠、4％～5％钠基膨润土、1％～2％抗盐共聚物(GTQ)增粘剂、1％～1.5％羧甲基淀粉(CMS)护胶剂、0.2～0.4％盐重结晶抑制剂(NTA)。

需要说明的是，上述第二预设比例中各个成分的比例均为体积百分比。通过上述设置，本发明提供了一种适宜盐湖潜水采空区回灌的高密度超饱和盐水液，能有效抑制盐溶地层盐类矿物、粘土矿物的溶解、造浆。回灌盐水液能够有效抑制盐类矿物水溶盐侵、粘土矿物水敏膨胀造浆等问题，具有较高的矿化度、良好的流动相、较强的剪切稀释作用以及有效的悬浮加重能力等特点。

在本发明的实施例中，在止水防渗体系施工的步骤前，施工方法还包括工程地质勘查的地质勘查步骤。

在上述技术方案中，在采卤井待建区施工岩心勘探孔通过岩芯钻探，对盐壳层、盐岩层、粉质粘土或淤泥质粘土层(第一隔水层)的地层界线、厚度、岩性、密度、含水率、孔隙率、含盐量等物理参数进行精确测定，调查溶洞、溶孔发育程度，评价采区地层溶陷性及对采卤工程稳定性的不利影响。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：基底人工隔水层既能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。盐水回灌装置设置变频恒压加压泵，变频恒压加压泵接高密度超饱和盐水(即回灌盐水液)配置箱，通过增压增加回灌盐水的流速，以将回灌盐水液灌入回灌井，饱和盐水充分填充盐层孔隙，使得盐层骨架充分回弹。增压回灌技术能让高密度、高矿化度、粘稠度相对高，流动性相对慢的饱和盐水增加流速，保证饱和盐水充分填充井口周边的止水防渗体系范围内盐层的孔隙，从而增加回灌效率。一方面，构建止水防渗体系能有效阻止承压卤水上溢对采卤井桩基和盐层骨架地层结构的侵蚀，又能阻止回灌盐水渗漏。另一方面，通过盐水回灌装置向回灌井内回灌饱和盐水，整体性提高井口易塌范围内盐层骨架承载力，使得盐层骨架充分回弹，根本上解决采卤井井口防塌的问题，持续延长采卤井使用寿命，提升采矿效率和提高采卤量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，其特征在于，包括：

止水防渗体系，包括位于盐湖内的基底人工隔水层(1)和绕所述基底人工隔水层(1)的周向设置的止水防渗墙(2)，所述止水防渗墙(2)的底端嵌入所述基底人工隔水层(1)，所述止水防渗墙(2)的顶端能够穿出所述盐湖；

盐水回灌装置，包括回灌井(4)、设置在所述回灌井(4)一侧的加压泵和与所述加压泵连通的盐水配置箱，其中，所述回灌井(4)位于所述止水防渗墙(2)内，所述盐水配置箱内用于储存回灌盐水液，所述加压泵用于将所述回灌盐水液泵送入所述回灌井(4)内。

2.根据权利要求1所述的控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，其特征在于，所述止水防渗墙(2)纵截面呈梯形，并且自上至下，所述止水防渗墙(2)的厚度逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，其特征在于，所述止水防渗墙(2)嵌入所述基底人工隔水层(1)的深度为0.5m至1m；和/或，所述止水防渗墙(2)位于所述基底人工隔水层(1)的外边缘向内侧2m处。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，其特征在于，所述回灌井(4)包括：

井体(406)，开设在所述盐湖上；

护壁钢管(402)，设置在所述井体(406)的顶端；

滤水管(403)，位于所述井体(406)内，并且所述滤水管(403)的一端伸入所述井体(406)的底部，所述滤水管(403)的另一端穿出所述井体(406)；

砾石层(404)，位于所述滤水管(403)和所述井体(406)的内壁形成的环状间隙内；以及

淡水管(405)，设置在所述滤水管(403)内。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制盐湖采卤井井口塌陷的回灌防渗系统，其特征在于，所述回灌防渗系统还包括设在所述止水防渗体系内的多个注浆管(3)，所述注浆管(3)的一端伸入盐湖，所述注浆管(3)的另一端穿出所述盐湖；通过所述注浆管(3)向所述盐湖内投放多个黏土球，以形成所述基底人工隔水层(1)。

6.一种回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，所述施工方法用于施工权利要求1至5中任一项所述的回灌防渗体系，所述施工方法包括：

在所述盐湖内构建所述基底人工隔水层(1)的第一施工步骤；

在所述盐湖内构建所述止水防渗墙(2)的第二施工步骤；

在所述止水防渗体系内设置所述回灌井(4)、所述加压泵以及所述盐水配置箱的第三施工步骤；以及，

向所述回灌井(4)内回灌饱和盐水的回灌步骤。

7.根据权利要求6所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，在所述第一施工步骤中，所述基底人工隔水层(1)采用防渗黏土制成，所述防渗黏土采用黏土、饱和卤水、镁基胶凝材料和黏土固化剂按照第一预设比例制成，所述防渗黏土的压实系数大于92％，所述防渗黏土压实后的平均干容重大于1.65g/cm³。

8.根据权利要求6所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，构建所述止水防渗墙(2)包括：

在盐湖的第一隔水层上开设基槽；

在所述基槽内置入墙体支撑箱体；以及

在所述墙体支撑箱体上填筑防渗黏土并碾压夯实。

9.根据权利要求8所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，碾压所述防渗黏土的速度小于或等于3km/h；和/或，压实后的黏土层的干容重大于或等于1.65g/cm³。

10.根据权利要求6所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，所述回灌步骤采用回灌盐水液进行回灌，所述回灌盐水液采用氯化钠、钠基膨润土、抗盐共聚物增粘剂、羧甲基淀粉护胶剂和盐重结晶抑制剂按照第二预设比例制成。

11.根据权利要求6所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，在所述第一施工步骤前，所述施工方法还包括：确定盐湖的第一隔水层的渗透系数K，判断所述第一隔水层的渗透系数K是否大于或等于预设渗透系数，如果是，则进行所述第一施工步骤，其中，所述预设渗透系数为10^-6cm/s。

12.根据权利要求11所述的回灌防渗系统的施工方法，其特征在于，所述渗透系数K由以下公式确定：

其中，K为第一隔水层的渗透系数(cm/s)；Q为稳定的渗入水量(L/min)；F为试坑渗水面积(cm²)；Z为试坑中水层厚度(cm)；H_k为毛细压力水头(cm)；L为试验结束时的渗入深度(cm)。

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