RU2737618C1 - Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита - Google Patents
Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737618C1 RU2737618C1 RU2019131559A RU2019131559A RU2737618C1 RU 2737618 C1 RU2737618 C1 RU 2737618C1 RU 2019131559 A RU2019131559 A RU 2019131559A RU 2019131559 A RU2019131559 A RU 2019131559A RU 2737618 C1 RU2737618 C1 RU 2737618C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- carbonatite
- aquifer
- rock
- formation
- Prior art date
Links
- 239000010430 carbonatite Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title abstract 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 94
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 89
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 89
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 16
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 12
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 2
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 26
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 9
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 206010010214 Compression fracture Diseases 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/38—Waterproofing; Heat insulating; Soundproofing; Electric insulating
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
- E21D9/002—Injection methods characterised by the chemical composition used
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита, который подходит для технической области защиты водных ресурсов и предотвращения и сдерживания опасности рудничных вод при добыче угля. Получают информацию о диапазоне распространения водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих пластах, которая сообщается с водоносным слоем в пласте, и информацию о пласте горной породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в районе добычи; в районе добычи строят буровую скважину от поверхности земли до целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в пределах водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя в пласте, в трещины в целевом пласте горной породы через буровую скважину закачивают умягчитель для полного взаимодействия с карбонатитовым минералом в целевом пласте горной породы для размягчения карбонатита с целью принудительного постепенного смыкания трещин от растяжения в массиве горных пород под действием напряжения в разрабатываемом слое для уменьшения водопроводящей способности трещин от растяжения, и, таким образом, для искусственного ускорения самовосстановления рудничных трещин и реализации защиты подземного водоносного слоя. Технический результат заключается в создании простого и эффективного способа водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.
Description
I. Область техники
Настоящее изобретение относится к способу водоудержания, в частности, к способу водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита, который применим к технической области защиты водных ресурсов и предотвращения и сдерживания опасности рудничных вод при добыче угля.
II. Уровень техники
Подземная добыча угля может приводить к смещению и повреждению вышележащих пластов, и тем самым приводить к образованию рудничных трещин в вышележащих слоях; образовавшиеся в вышележащих пластах рудничные трещины создают каналы для локальной утечки водных ресурсов и становятся геологическими причинами загрязнения окружающей среде в районе добычи. С точки зрения общих характеристик распределения водопроводящей зоны трещиноватости, вызванной ведением горных работ, в вышележащих слоях в вертикальном разрезе в пределах «седловидной» зоны развития водопроводящей трещиноватой зоны расположены 3 зоны: зона трещиноватости от сжатия, зона трещиноватости от растяжения и центральная зона уплотнения. При этом трещины в зоне трещиноватости от сжатия и в центральной зоне уплотнения характеризуются меньшим диаметром и меньшей пропускной способностью при протекании, в то время как трещины в зоне трещиноватости от растяжения вблизи внутренней стороны границы разработки имеют развитое отверстие большего размера и более высокую пропускную способность при протекании; поэтому если водопроводящая зона трещиноватости, вызванной ведением горных работ, сообщается с водоносным слоем в пласте, то основными каналами утечки водного ресурса являются рудничные трещины с отверстиями большего размера в зоне трещиноватости от растяжения. Таким образом, ключом к реализации защиты водных ресурсов при добыче угля является разумное регулирование пропускной способности рудничных трещин в зоне трещиноватости от растяжения в водопроводящей зоне трещиноватости для уменьшения размера рудничных трещин и ускорения смыкания и самовосстановления рудничных трещин.
В породных пластах существуют породы с различной литологией и прочностью. Большая часть таких породных пластов образована из карбонатита, алюмосиликатных пород и различных глинистых минералов, и различие в составе различных минеральных компонентов обусловливает различие в прочности различных слоев. В соответствующих исследованиях показано, что минеральные компоненты в массиве горных пород часто имеют длительные и устойчивые взаимодействия вода-порода с подземными водами, и, следовательно, несущая способность структур массива горных пород ослаблена; кроме того, степень ослабления прочности в результате взаимодействия вода-порода будет различной в зависимости от значения рН подземной воды. Карбонатитовый минеральный компонент в массиве пород представляет собой вещество, которое может легко взаимодействовать с кислотными химическими веществами. Если бы можно было искусственно изменять кислотность подземных вод для ускорения размягчающего эффекта взаимодействия вода-порода в пластах горных пород, то возникал бы пластический поток в структурах разрабатываемого массива горных пород, и, таким образом, рудничные трещины в горном массиве могли бы постепенно смыкаться под уплотняющим действием напряжения в горных пластах. Это, несомненно, является эффективным подходом к снижению пропускной способности рудничных трещин и ускорению самовосстановления рудничных трещин. Таким образом, необходимо разработать особый дизайн способа водоудержания для облегчения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита на основе характеристик развития водопроводящей зоны трещиноватости, вызванной ведением горных работ, в вышележащих слоях.
III. Описание изобретения
Задача изобретения: для преодоления недостатков известного уровня техники в настоящем изобретении предложен способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита, в котором путем определения зоны распространения водопроводящей зоны трещиноватости, вызванной ведением горных работ в вышележащих слоях, сообщающихся с водоносным слоем в пласте, установлен способ искусственного введения химического умягчителя для стимулирования пластического потока целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатита, и ускорения самовосстановления рудничных трещин, тем самым уменьшая потерю водных ресурсов из водоносного слоя, смягчая угрозу опасности подземных вод и обеспечивая экологически чистое, безопасное и эффективное производство в шахте.
Техническая схема: для достижения вышеупомянутой задачи предложен способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита в соответствии с настоящим изобретением, который включает: в соответствии с характеристиками развития водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих пластах горных выработок в конкретных условиях добычи - получение информации о диапазоне распространения водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих толщах, которая сообщается с водоносным слоем в пласте в зоне ведения горных работ, и одновременное получение информации о горном пласте с высоким содержанием карбонатитового минерала; в зоне добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте - сооружение буровой скважины от поверхности земли до целевого пласта с высоким содержанием карбонатитового минерала, который находится в водопроводящей трещиноватой зоне и ниже водоносного слоя в пласте; благодаря распространению большого количества трещин в целевом пласте породы с высоким содержанием карбонатитового минерала - закачивание химического умягчителя в трещины в целевом слое породы через буровое отверстие и обеспечение возможности полного взаимодействия химического умягчителя с карбонатитовым минералом в целевых пластах горных пород для размягчения структуры массива горных пород карбонатита и постепенного смыкания трещин от растяжения в массиве горных пород под действием напряжения в разрабатываемом пласте, с целью уменьшения его водопроводящей способности и, таким образом, реализации искусственно ускоренного самовосстановления рудничных трещин и защиты подземного водоносного слоя.
Ниже описаны конкретные стадии:
а. оценка положения водоносного слоя в пласте в соответствии с геологическим столбом скважины над зоной добычи и одновременная оценка зоны добычи угля, где водоносный слой в пласте поврежден в результате ведения горных работ, в соответствии с высотой водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих слоях; если водоносный слой находится в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны, - определение того, что водопроводящая трещиноватая зона в соответствующей области сообщается с водоносным слоем, и требуется удержание воды; если в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны отсутствует водоносный слой, то нет необходимости в восстановлении водоудержания;
b. проведение строительства в районе, где необходимо восстановление водоудержания: в зоне добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем - отбор проб пластов породы в пределах диапазона соответствующей водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя, испытание минеральных компонентов в пластах породы и определение целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатитового минерала;
c. строительство скважины для закачки умягчителя вниз от поверхности земли, соответствующей области разработки, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, причем тип скважины определяют в соответствии с условиями строительства на поверхности земли: если на земной поверхности, соответствующей области разработки, имеются условия строительства для организации бурового поля - выбор вертикальной буровой скважины на поверхности земли; в противном случае - сооружение горизонтальной буровой скважины на буровом поле, расположенном в соответствующем месте на поверхности земли за пределами района добычи;
d. закачивание химического умягчителя, который может легко взаимодействовать с карбонатитовым минералом, в скважину для закачки умягчителя и обеспечение возможности полного взаимодействия химического умягчителя с карбонатитовым минералом в целевом пласте породы для стимулирования пластического потока структур карбонатитового горного массива, так что карбонатитовый пласт породы подвергается двойному воздействию выдавливания, оказываемого горизонтальным напряжением в разрабатываемых пластах, и уплотнения, оказываемого вертикальным напряжением в разрабатываемых пластах, и трещины от сжатия и трещины от растяжения в целевом горном пласте постепенно смыкаются, эффективно уменьшая водопроводящую способность пластов горной породы в зоне трещиноватости от растяжения, искусственно способствуя самовосстановлению рудничных трещин и реализации защиты подземного водоносного слоя.
Ниже описан порядок установки для различных типов буровых скважин:
если скважина для закачки умягчителя представляет собой вертикальную скважину, сооруженную в поверхности земли, то горизонтальное положение скважины должно быть рядом с внешней стороной границы района добычи, на горизонтальном расстоянии от границы добычи, которое равно расстоянию между линией контура водопроводящей трещиноватой зоны, соответствующей положению целевого пласта горной породы, и границей добычи, а положение концевого отверстия должно быть в средней части целевого пласта горной породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в вертикальном направлении; если размер зоны добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, превышает 200-300 метров в направлении простирания или в направлении падения, то вертикальные скважины располагают с интервалом 200-300 метров вдоль направления простирания или направления падения;
если на поверхности земли построена горизонтально-направленная буровая скважина, то траектория горизонтального участка буровой скважины должна быть вдоль положения целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в положении, отклоненном в поперечном направлении от линии контура водопроводящей трещиноватой зоны.
обсадная колонна для защиты вертикальной буровой скважины должна быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до уровня на 10 м ниже нижней границы водоносного слоя, и обсадную колонну изготавливают из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала, такого как ПВХ; обсадная колонна для защиты горизонтально-направленной скважины должна быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до водопроводящей трещиноватой зоны, и обсадная колонна должна быть изготовлена из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала, такого как ПВХ.
Высоту водопроводящей трещиноватой зоны определяют методом измерения в полевых условиях, т.е. методом определения потерь бурового раствора, или оценивают с помощью метода теоретического расчета, т.е. «метода прогнозирования высоты водопроводящей трещиноватой зоны на основе положение ключевого слоя».
Минеральные компоненты в пластах породы ниже водоносного слоя тестируют с помощью рентгеновского дифрактометра, а слой породы с самым высоким содержанием карбонатитового минерального компонента определяют как целевой слой породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в который закачивают химический умягчитель.
Химический умягчитель представляет собой кислотный химический раствор, содержащий соляную кислоту или серную кислоту, или плавиковую кислоту с массовой долей 15-20%.
Полезный эффект: в настоящем изобретении, основываясь на правиле разработки и характеристиках распределения водопроводящих трещин в вышележащих пластах горных выработок, всецело использованы реакции растворения и коррозии минералов с высоким содержанием карбонатита под действием кислотных химических веществ для эффективного ослабления прочности несущих структур целевых пластов горных пород для стимулирования пластического потока в пластах горных пород под уплотняющим действием напряжения в горных пластах, и принудительного смыкания рудничных трещин в пластах горных пород для искусственного ускорения самовосстановления рудничных трещин и, в конечном итоге, достижения цели снижения водопроводящей способности каналов трещин и защиты подземного водоносного слоя. Настоящее изобретение адаптировано для определения способа водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита в различных условиях добычи и может гарантировать защиту водных ресурсов и предотвращение и сдерживание опасности рудничных вод при добыче угля в зонах ведения горных работ. Способ, предложенный в настоящем изобретении, является надежным и весьма практичным.
Способ согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:
(1) к водопроводящим трещинам в вышележащих слоях, которые сообщаются с водоносным слоем в пласте, адаптирован способ «уяснения главного противоречия», использованы искусственные меры для ускорения смыкания и самовосстановления трещин большего размера и с более высокой пропускной способностью в вышележащих слоях на границе ведения горных работ. Такой способ не только научен и надежен, характеризуется меньшей рабочей нагрузкой и не нарушает нормальную добычу угля на фронте забоя, но также может быть реализован в обычном процессе добычи угля или после закрытия фронта забоя.
(2) Полностью использованы химические реакции вода-порода в вышележащих пластах, и химический умягчитель искусственно закачивают для облегчения размягчения целевого пласта горной породы и смыкания. Такой метод следует объективным природным законам и также не оказывает серьезного влияния на подземную водную среду.
(3) Настоящее изобретение адаптировано для определения способа водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита в различных условиях добычи и может обеспечить гарантию защиты водных ресурсов и предотвращения и сдерживания опасности рудничных вод при добыче угля в зонах ведения горных работ с большим содержанием воды и хрупкой поверхностной экологической средой в Китае. Кроме того, предложенный способ является простым и весьма практичным.
IV. Описание графических материалов
На фиг. 1 представлен вид сверху расположения вертикальных буровых скважин на поверхности земли в способе водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита согласно настоящему изобретению;
На фиг. 2 представлен вид в разрезе А-А расположения вертикальных буровых скважин на поверхности земли в способе водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита согласно настоящему изобретению;
На фиг. 3 представлено схематическое изображение смыкания и самовосстановления рудничных трещин до/после размягчения целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатита согласно настоящему изобретению;
На фиг. 4 представлен вид сверху расположения горизонтально-направленных буровых скважин на поверхности земли в способе водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита согласно настоящему изобретению;
На фиг. 5 представлен вид в разрезе В-В расположения горизонтально-направленных буровых скважин на поверхности земли в способе водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита согласно настоящему изобретению;
На фиг. 6 представлен вид сверху расположения буровых скважин для закачки химического умягчителя на поверхности земли на фронте забоя 12301 в угольной шахте в процессе реального применения способа, предложенного в настоящем изобретении.
На чертежах: 1 - водоносный слой; 2 - целевой пласт породы с высоким содержанием карбонатитового минерала; 3 - вертикальная буровая скважина; 4 - линия контура водопроводящей трещиноватой зоны; 5 - зона трещиноватости от сжатия; 6 - зона трещиноватости от растяжения; 7 - центральная зона уплотнения; 8 - горизонтально-направленная скважина; 9 - горизонтальное напряжение в разрабатываемых пластах; 10 - вертикальное напряжение в разрабатываемых пластах.
V. Варианты реализации изобретения
Далее настоящее изобретение дополнительно подробно описано со ссылкой на графические материалы и конкретные примеры. Следует понимать, что приведенные примеры представлены лишь для описания настоящего изобретения, и их не следует толковать как какое-либо ограничение объема настоящего изобретения. Различные эквивалентные модификации настоящего изобретения, которые могут быть сделаны специалистами в данной области техники после прочтения настоящего изобретения, считаются входящими в объем, определенный прилагаемой формулой изобретения.
Как показано на фиг. 1-5, в способе водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством размягчения карбонатита согласно настоящему изобретению, в соответствии с характеристиками развития водопроводящей трещиноватой зоны в верхних слоях горных выработок при определенных условиях добычи, диапазон распространения водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащей толще, которая сообщается с водоносным слоем 1 в пласте, определяют в зоне ведения горных работ, причем края водопроводящей трещиноватой зоны определяют линией 4 контура водопроводящей трещиноватой зоны, и водопроводящая трещиноватая зона содержит зону 5 трещиноватости от сжатия и зону 6 трещиноватости от растяжения, а центральная зона 7 уплотнения находится в водопроводящей трещиноватой зоне, и центральная зона 7 уплотнения закрыта между зоной 5 трещиноватости от сжатия и зоной 6 трещиноватости от растяжения;
В области ведения горных работ, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем 1 в пласте 1, буровые скважины строят от поверхности земли до целевого пласта 2 с высоким содержанием карбонатитового минерала, который находится в водопроводящей трещиноватой зоне и ниже водоносного слоя 1 в пласте, закачивают умягчитель (например, кислотный химический агент) для полного взаимодействия с карбонатитовым минералом в целевом пласте породы, чтобы ускорить пластическое течение структур массива породы и вызывать постепенное смыкание трещин от растяжения в массиве горных пород под действием напряжения в пластах горных пород и тем самым уменьшить их водопроводящую способность, с целью искусственного ускорения самовосстановления рудничных трещин и реализации защиты подземного водоносного слоя.
В частности, предложенный способ включает следующие стадии:
a. оценивают зону добычи угля, где водоносный слой 1 в пласте поврежден в результате ведения горных работ, в соответствии с высотой водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих слоях и колонне геологической скважины; если водоносный слой 1 существует в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны, делают вывод о том, что водопроводящая трещиноватая зона в соответствующей области сообщается с водоносным слоем 1, и что необходимо организовать соответствующие буровые скважины для закачки химического умягчителя; если в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны нет водоносного слоя 1, делают вывод о том, что буровая скважина не требуется.
Высоту водопроводящей трещиноватой зоны определяют методом измерения в полевых условиях, т.е. методом определения потерь бурового раствора, или ее можно оценить с помощью метода теоретического расчета, т.е. «метода прогнозирования высоты водопроводящей трещиноватой зоны на основе положение ключевого слоя».
b. берут пробы и тестируют минеральные компоненты в пластах горной породы в пределах диапазона соответствующей водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя 1 в зоне добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, и определяют целевую горную породу 2 с высоким содержанием карбонатитового минерала.
Минеральные компоненты в пластах породы ниже водоносного слоя 1 тестируют с помощью рентгеновского дифрактометра, а слой породы с самым высоким содержанием карбонатитового минерального компонента определяют как целевой слой 2 породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в который закачивают химический умягчитель.
c. осуществляют строительство скважины для закачки химического умягчителя с поверхности земли, соответствующей области разработки, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, причем тип скважины можно определить в соответствии с условиями строительства на поверхности земли: если на земной поверхности, соответствующей области разработки, имеются условия строительства для организации бурового поля - выбор вертикальной буровой скважины 3 на поверхности земли; в противном случае - сооружение горизонтально-направленной буровой скважины 8 на буровом поле, расположенном в соответствующем месте на поверхности земли за пределами района добычи. Ниже описан порядок установки для различных типов буровых скважин:
если на поверхности земли сооружена вертикальная буровая скважина 3, то горизонтальное положение скважины должно быть рядом с внешней стороной границы района добычи, на горизонтальном расстоянии от границы добычи, которое равно расстоянию между линией 4 контура водопроводящей трещиноватой зоны, соответствующей положению целевого пласта 2 горной породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, и границей добычи, а положение концевого отверстия должно быть в средней части целевого пласта 2 горной породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в вертикальном направлении; если размер зоны добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, превышает 200-300 метров в направлении простирания или в направлении падения, то вертикальные скважины 43 располагают с интервалом 200-300 метров вдоль направления простирания или направления падения;
если на поверхности земли построена горизонтально-направленная буровая скважина 8, то траектория горизонтального участка буровой скважины должна быть вдоль положения целевого пласта 2 породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в положении, отклоненном в поперечном направлении от линии 4 контура водопроводящей трещиноватой зоны.
Обсадная колонна для защиты вертикальной буровой скважины 3 должна быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до уровня на 10 м ниже нижней границы водоносного слоя 1, и обсадная колонна должна быть изготовлена из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала, такого как ПВХ.
Обсадная колонна для защиты горизонтально-направленной скважины 8 должна быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до водопроводящей трещиноватой зоны, и обсадная колонна должна быть изготовлена из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала, такого как ПВХ.
d. закачивание химического умягчителя, который может легко взаимодействовать с карбонатитовым минералом, в скважину для закачки умягчителя и обеспечение возможности полного взаимодействия химического умягчителя с карбонатитовым минералом в целевом пласте породы для стимулирования пластического потока структур карбонатитового горного массива, так что карбонатитовый пласт породы подвергается двойному воздействию выдавливания, оказываемого горизонтальным напряжением 9 в разрабатываемых пластах, и уплотнения, оказываемого вертикальным напряжением 10 в разрабатываемых пластах, и трещины от сжатия и трещины от растяжения в целевом горном пласте постепенно смыкаются, эффективно уменьшая водопроводящую способность пластов горной породы в зоне трещиноватости от растяжения, искусственно способствуя самовосстановлению рудничных трещин и реализации защиты подземного водоносного слоя.
Массовая концентрация кислотного химического раствора составляет 15-20%.
В следующих таблицах 1 и 2 представлены результаты оценки колонн скважин и высоты водопроводящей трещиноватой зоны в различных зонах добычи на фронте забоя 12301 во время реального применения данного способа в угольной шахте. В таблицах показано, что высота водопроводящей трещиноватой зоны и условия сообщения со слоем водоносного слоя, очевидно, является различной в зонах двух скважин на фронте забоя 12301. Водопроводящая трещиноватая зона в вышележащих пластах в зоне скважины Т1 не сообщается с водоносным слоем в пласте, в то время как водопроводящие трещины в вышележащих слоях в зоне скважины Т2 развились до верхней границы коренной породы и непосредственно сообщаются с водоносным слоем в пласте. Таким образом, целевой пласт породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в пределах диапазона водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя в зоне скважины Т2 должен быть химически размягчен для ускорения пластического течения в массиве породы и смыкания и самовосстановления рудничных трещин. 
Как показано на фиг. 6, поверхность земли на фронте забоя является относительно гладкой и плоской и подходит для размещения бурового поля для строительства вертикальных буровых скважин, таким образом, вертикальные буровые скважины строят на поверхности земли, соответствующей зоне скважины Т2. Путем отбора проб и тестирования минеральных компонентов в пластах горной породы в пределах водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя в зоне скважины Т2 было обнаружено, что пласт породы №8 имеет высокое содержание карбонатитового минерала с наибольшим содержанием до 83%. Следовательно, положение концевого отверстия буровой скважины на поверхности земли находится в средней части пласта известняка в вертикальном направлении, а соответствующая вертикальная глубина составляет 139 м. Поскольку протяженность зоны добычи в направлении простирания в зоне скважины Т2 составляет 560 м, то буровые скважины располагают с горизонтальным интервалом 300 м. Согласно результатам соответствующих измерений и расчетов, расстояние между отклоняющейся в боковом направлении линией контура водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих пластах в зоне скважины Т2 и границей добычи в пласте известняка №8 составляет 35 м. Следовательно, горизонтальные положения буровых скважин обеспечены на основе этого расстояния..
В настоящем изобретении, основываясь на правиле разработки и характеристиках распределения водопроводящих трещин в вышележащих пластах, вызванных ведением горных работ, всецело использованы химические реакции (растворения и коррозии) минералов с высоким содержанием карбонатита под действием кислотных химических веществ для эффективного ослабления прочности несущих структур целевых пластов горных пород для стимулирования пластического потока в пластах горных пород под уплотняющим действием напряжения в горных пластах, и принудительного смыкания рудничных трещин в пластах горных пород для искусственного ускорения самовосстановления рудничных трещин и, в конечном итоге, реализации цели снижения водопроводящей способности каналов трещин и защиты подземного водоносного слоя. Настоящее изобретение адаптировано для определения способа водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита в различных условиях добычи и может гарантировать защиту водных ресурсов и предотвращение и сдерживание опасности рудничных вод при добыче угля в зонах ведения горных работ. Способ, предложенный в настоящем изобретении, является надежным и весьма практичным.
Claims (12)
1. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита, характеризующийся тем, что: в соответствии с характеристиками развития водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих пластах горных выработок в конкретных условиях добычи – получают информацию о диапазоне распространения водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих толщах, которая сообщается с водоносным слоем в пласте в зоне ведения горных работ, и одновременно получают информацию о горном пласте с высоким содержанием карбонатитового минерала; в зоне добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте - сооружают буровую скважину от поверхности земли до целевого пласта с высоким содержанием карбонатитового минерала, который находится в водопроводящей трещиноватой зоне и ниже водоносного слоя в пласте; благодаря распространению большого количества трещин в целевом пласте породы с высоким содержанием карбонатитового минерала – закачивают химический умягчитель в трещины в целевом слое породы через буровое отверстие и обеспечивают возможность полного взаимодействия химического умягчителя с карбонатитовым минералом в целевом пласте горных пород для ускорения размягчения структуры массива горных пород карбонатита и постепенного смыкания трещин от растяжения в массиве горных пород под действием напряжения в разрабатываемом пласте, с целью уменьшения его водопроводящей способности и, таким образом, реализации искусственно ускоренного самовосстановления рудничных трещин и защиты подземного водоносного слоя; где указанный способ включает следующие стадии:
а. оценка положения водоносного слоя в пласте в соответствии с геологическим столбом скважины над зоной добычи и одновременная оценка зоны добычи угля, где водоносный слой в пласте поврежден в результате ведения горных работ, в соответствии с высотой водопроводящей трещиноватой зоны в вышележащих слоях; если водоносный слой находится в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны, - определение того, что водопроводящая трещиноватая зона в соответствующей области сообщается с водоносным слоем, и требуется удержание воды; если в пределах диапазона высоты водопроводящей трещиноватой зоны отсутствует водоносный слой, то нет необходимости в восстановлении водоудержания;
b. проведение строительства в районе, где необходимо восстановление водоудержания: в зоне добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем - отбор проб пластов породы в пределах диапазона соответствующей водопроводящей трещиноватой зоны и ниже водоносного слоя, испытание минеральных компонентов в пластах породы и определение целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатитового минерала;
c. строительство скважины для закачки умягчителя вниз от поверхности земли, соответствующей области разработки, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, причем тип скважины определяют в соответствии с условиями строительства на поверхности земли: если на земной поверхности, соответствующей области разработки, имеются условия строительства для организации бурового поля - выбор вертикальной буровой скважины на поверхности земли; в противном случае - сооружение горизонтальной буровой скважины на буровом поле, расположенном в соответствующем месте на поверхности земли за пределами района добычи;
d. введение химического умягчителя, который может легко взаимодействовать с карбонатитовым минералом, в скважину для закачки умягчителя и обеспечение возможности полного взаимодействия химического умягчителя с карбонатитовым минералом в целевом пласте породы для стимулирования пластического потока структур карбонатитового горного массива, так что карбонатитовый пласт породы подвергается двойному воздействию выдавливания, оказываемого горизонтальным напряжением в разрабатываемых пластах, и уплотнения, оказываемого вертикальным напряжением в разрабатываемых пластах, и трещины от сжатия и трещины от растяжения в целевом горном пласте постепенно смыкаются, эффективно уменьшая водопроводящую способность пластов горной породы в зоне трещиноватости от растяжения, искусственно способствуя самовосстановлению рудничных трещин и реализации защиты подземного водоносного слоя.
2. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита по п. 1, отличающийся тем, что порядок установки для различных буровых скважин является следующим:
если скважина для закачки умягчителя представляет собой вертикальную скважину, сооруженную в поверхности земли, то горизонтальное положение скважины должно быть рядом с внешней стороной границы района добычи, на горизонтальном расстоянии от границы добычи, которое равно расстоянию между линией контура водопроводящей трещиноватой зоны, соответствующей положению целевого пласта горной породы, и границей добычи, и положение концевого отверстия должно быть в средней части целевого пласта горной породы с высоким содержанием карбонатитового минерала в вертикальном направлении; если размер зоны добычи, где водопроводящая трещиноватая зона сообщается с водоносным слоем в пласте, превышает 300 метров в направлении простирания или в направлении падения, то вертикальные скважины располагают с интервалом 300 метров вдоль направления простирания или направления падения;
если на поверхности земли построена горизонтально направленная буровая скважина, то траектория горизонтального участка буровой скважины должна быть вдоль положения целевого пласта породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в положении, отклоненном в поперечном направлении от линии контура водопроводящей трещиноватой зоны.
3. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита по п. 2, отличающийся тем, что обсадная колонна для защиты вертикальной буровой скважины должная быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до уровня на 10 м ниже нижней границы водоносного слоя, и обсадную колонну изготавливают из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала; обсадная колонна для защиты горизонтально направленной скважины должна быть обеспечена в диапазоне от поверхности земли до водопроводящей трещиноватой зоны, и обсадная колонна должна быть изготовлена из кислотостойкого и высокопрочного полимерного материала, где указанный кислотостойкий и высокопрочный полимерный материал представляет собой ПВХ.
4. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита по п. 1, отличающийся тем, что высоту водопроводящей трещиноватой зоны определяют методом измерения в полевых условиях, т.е. методом определения потерь бурового раствора, или оценивают с помощью метода теоретического расчета, т.е. «метода прогнозирования высоты водопроводящей трещиноватой зоны на основе положения ключевого слоя».
5. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита по п. 1, отличающийся тем, что минеральные компоненты в пластах породы ниже водоносного слоя тестируют с помощью рентгеновского дифрактометра, и слой породы с самым высоким содержанием карбонатитового минерального компонента определяют как целевой слой породы с высоким содержанием карбонатитового минерала, в который вводят химический умягчитель.
6. Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита по п. 1, отличающийся тем, что химический умягчитель представляет собой кислотный химический раствор, содержащий соляную кислоту или серную кислоту, или плавиковую кислоту с массовой концентрацией 15-20%.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810444777.5 | 2018-05-10 | ||
| CN201810444777.5A CN108590717B (zh) | 2018-05-10 | 2018-05-10 | 化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法 |
| PCT/CN2018/094416 WO2019214031A1 (zh) | 2018-05-10 | 2018-07-04 | 化学软化碳酸盐岩促进采动裂隙自修复的保水方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2737618C1 true RU2737618C1 (ru) | 2020-12-01 |
Family
ID=63636511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019131559A RU2737618C1 (ru) | 2018-05-10 | 2018-07-04 | Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108590717B (ru) |
| AU (1) | AU2018418035B2 (ru) |
| CA (1) | CA3052021A1 (ru) |
| RU (1) | RU2737618C1 (ru) |
| WO (1) | WO2019214031A1 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109209291B (zh) * | 2018-11-08 | 2020-03-27 | 中国矿业大学 | 地下水化学特征人工改性促进含水层修复的保水方法 |
| CN111812020A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-23 | 重庆大学 | 一种复杂地质构造采动岩层移动模拟方法 |
| CN111932128B (zh) * | 2020-08-11 | 2024-03-01 | 中煤科工开采研究院有限公司 | 一种煤层底板承压含水层定向钻注浆层位确定方法 |
| CN113404484B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-06-07 | 中国矿业大学 | 一种富含水地层采动岩层内部移动的地面双裸孔联合监测方法 |
| CN115126475B (zh) * | 2022-07-13 | 2024-06-18 | 北京天地华泰矿业管理股份有限公司 | 煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5824912A (en) * | 1995-06-08 | 1998-10-20 | Jennmar Corporation | Method of roof control in an underground mine |
| CN1756892B (zh) * | 2003-01-28 | 2011-11-09 | 索菲泰克公司 | 具有较高有效表面积的加撑裂缝 |
| CN104879113A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种碳酸盐岩储层复合酸压方法 |
| CN107227959A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-10-03 | 中国矿业大学 | 一种爆破松动边界煤柱/体促进裂隙闭合的水害防治方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100467829C (zh) * | 2006-11-17 | 2009-03-11 | 中国矿业大学 | 利用结构关键层作为隔水层的保水采煤方法 |
| CN102453480B (zh) * | 2010-10-22 | 2013-05-01 | 中国石油天然气集团公司 | 一种碳酸盐岩油藏酸压用清洁稠化酸 |
| US9920606B2 (en) * | 2013-07-31 | 2018-03-20 | Schlumberger Technology Corporation | Preparation method, formulation and application of chemically retarded mineral acid for oilfield use |
| WO2015088471A1 (en) * | 2013-12-09 | 2015-06-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Acidizing with silane treatment to control fines migration in a well |
| CN104481560B (zh) * | 2014-12-09 | 2017-08-22 | 中煤第一建设有限公司 | 巷道顶板含水层治理方法 |
| CN105089600B (zh) * | 2015-07-13 | 2018-02-09 | 中国石油大学(北京) | 暂堵转向材料辅助水平井进行拖动式水力喷射改造的方法 |
| CN106837353A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 中南大学 | 填充性岩溶隧道施工处理方法 |
| CN107044289B (zh) * | 2017-06-22 | 2019-09-03 | 中国矿业大学 | 一种钻孔注浆封堵覆岩导水裂隙主通道的水害防治方法 |
-
2018
- 2018-05-10 CN CN201810444777.5A patent/CN108590717B/zh active Active
- 2018-07-04 AU AU2018418035A patent/AU2018418035B2/en active Active
- 2018-07-04 CA CA3052021A patent/CA3052021A1/en active Pending
- 2018-07-04 WO PCT/CN2018/094416 patent/WO2019214031A1/zh active Application Filing
- 2018-07-04 RU RU2019131559A patent/RU2737618C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5824912A (en) * | 1995-06-08 | 1998-10-20 | Jennmar Corporation | Method of roof control in an underground mine |
| CN1756892B (zh) * | 2003-01-28 | 2011-11-09 | 索菲泰克公司 | 具有较高有效表面积的加撑裂缝 |
| CN104879113A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种碳酸盐岩储层复合酸压方法 |
| CN107227959A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-10-03 | 中国矿业大学 | 一种爆破松动边界煤柱/体促进裂隙闭合的水害防治方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2018418035A1 (en) | 2019-11-28 |
| AU2018418035B2 (en) | 2021-08-05 |
| WO2019214031A1 (zh) | 2019-11-14 |
| CN108590717A (zh) | 2018-09-28 |
| CA3052021A1 (en) | 2019-11-10 |
| CN108590717B (zh) | 2019-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2737618C1 (ru) | Способ водоудержания для ускорения самовосстановления рудничных трещин посредством химического размягчения карбонатита | |
| CN108894727B (zh) | 地面水平定向钻孔注浆封堵覆岩导水裂隙主通道的保水方法 | |
| Li et al. | Impact of karst water on coal mining in North China | |
| CN104763428B (zh) | 分级分区注浆加固陷落柱使综采面直过软陷落柱的方法 | |
| Wang et al. | Damage and failure evolution mechanism for coal pillar dams affected by water immersion in underground reservoirs | |
| CN112392431A (zh) | 通过采动裂隙带内水平长钻孔动态保压注浆封堵裂隙防治煤层顶板水害技术 | |
| CN105736022B (zh) | 基于深部软弱复合顶板的矩形煤巷的分层支护方法 | |
| CN104386409B (zh) | 一种煤矿区地面钻孔引导水源蓄存采空区的保水方法 | |
| CN109162731A (zh) | 铁矿区深部开采突水注浆治理方法 | |
| Liu et al. | Numerical modelling of mining-induced inrushes from subjacent water conducting karst collapse columns in northern China | |
| Zhang et al. | Control technology of direct passing karstic collapse pillar in longwall top-coal caving mining | |
| Xie et al. | Formation Mechanism and the Height of the Water‐Conducting Fractured Zone Induced by Middle Deep Coal Seam Mining in a Sandy Region: A Case Study from the Xiaobaodang Coal Mine | |
| Shi et al. | Research on key technologies of floor heave control in soft rock roadway | |
| Zhang et al. | A simple and efficient way to detect the mining induced water-conducting fractured zone in overlying strata | |
| Zhang et al. | Directional drainage grouting technology of coal mine water damage treatment | |
| RU2513962C1 (ru) | Способ разработки нефтяной залежи | |
| Zhou et al. | Geological barrier–a natural rock stratum for preventing confined karst water from flowing into mines in North China | |
| Ju et al. | Experimental Study on the Flow Behavior of Grout Used in Horizontal Directional Drilling Borehole Grouting to Seal Mining‐Induced Overburden Fractures | |
| RU2544938C1 (ru) | Способ проводки горизонтальной скважины в пласте малой толщины | |
| Li et al. | Karst paleo-collapses and their impacts on mining and the environment in Northern China | |
| CN116122815B (zh) | 一种工作面缩短断层防水煤柱的安全回采评价方法和系统 | |
| Chang et al. | Control of water inrush from longwall floor aquifers using a division paste backfilling method | |
| Qi et al. | Study of the height of water flowing fracture zone based on strain energy failure criterion | |
| RU2669967C1 (ru) | Способ разработки залежи битуминозной нефти из горизонтальной скважины | |
| Fangtian et al. | Damage Mechanism of Coal Pillar Dams Effected by Dynamic-Static Load and Water Immersion in Shallow Groundwater Reservoirs |