專利名稱：地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，尤其適用于礦山建設(shè)工程中立井井筒的治理與預(yù)防，防治深厚表土層中由于開采活動引起井壁的破裂。
背景技術(shù)：
近年來，華東地區(qū)相繼發(fā)生了厚表土層中豎井井壁發(fā)生破裂災(zāi)害，嚴(yán)重威脅到礦井工作的正常進行。多年來，通過國內(nèi)有關(guān)研究機構(gòu)的大力工作，對立井井筒井壁破裂原因和防治工作的研究取得了一定的成績。為防止立井井壁發(fā)生破裂，可采用的技術(shù)路線有①“抗”，即通過提高井壁材料的強度，加大井壁厚度來增強井壁承載能力，承受水平和豎直荷載的共同作用；②“讓”，改變井壁結(jié)構(gòu)使其豎向可縮，以適應(yīng)土層下沉變化；③“減”，對含水層進行充填加固，減少以至消除土層壓縮，從而減小豎直附加力，達到井壁安全的目的。根據(jù)這一技術(shù)路線，目前采用的比較普遍和成熟的方法是井壁破壁注漿、地面注漿加固含水層等，但根據(jù)實際治理情況發(fā)現(xiàn)，上述辦法雖然在注漿帷幕內(nèi)含水層在開采活動中產(chǎn)生的壓縮量大大減少，但注漿帷幕外的土層由于含水層失水還會發(fā)生沉降，對井壁還是產(chǎn)生了很大的豎直附加力。所以治標(biāo)不治本，采礦活動仍然存在隱患。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的鑒于已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，通過對含水層回注水，對井壁產(chǎn)生反向附加力，以此減少井壁所受豎直附加力，保證井壁受力在安全的設(shè)計范圍內(nèi)，確保井下工作安全和礦井穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。
技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是對礦井進行實地勘測，得出主要疏排水層分布情況，在礦井井筒周圍至少布置一個注水井，注水井鉆進方向與礦井井壁方向一致，鉆進深度穿過厚表土層、隔水層，進入關(guān)鍵含水層，然后以水作為媒介，從地面對含水層進行注水，以此減少并恢復(fù)含水層的水壓降，降低甚至消除井壁受到的豎直附加力，保證井壁受力在安全設(shè)計范圍內(nèi)，注水過程配合井壁附加應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)同時進行，以附加應(yīng)變變化作為動態(tài)調(diào)整注水井壓力和注水量的標(biāo)準(zhǔn)。注水井的個數(shù)和布置方式、總注水量、距井筒的距離及注水井深度，根據(jù)對井筒地質(zhì)、水位地質(zhì)和工程實際以及井壁破損情況和井壁附加力大小確定，初始注水壓力根據(jù)含水層實際水壓降確定。
有益效果本發(fā)明地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，當(dāng)井壁在豎直附加力作用下產(chǎn)生變形或破壞前，在地面進行布置注水井，對關(guān)鍵含水層進行回注水，減少含水層水壓降至恢復(fù)含水層的水壓，將豎直附加力對井壁的影響降到最低，解決了由于開采引起的井壁破裂問題。經(jīng)物理試驗效果良好，對土層進行疏水和注水模擬的結(jié)果表明，疏水導(dǎo)致土體壓縮，井筒受豎直附加力的作用，并發(fā)生沉降；注水后，土體變形部分恢復(fù)，且井筒所受附加力減少，甚至消除，可保礦井的正常生產(chǎn)。施工時可以利用采煤活動中排出的水進行回注，屬“綠色”施工方法，不污染地下水，造價低，有良好的發(fā)展前景，并具有廣泛的實用性。


圖1是本發(fā)明地層動態(tài)回注水井布置示意圖。
圖2是本發(fā)明地層動態(tài)回注水井俯視示意圖。
圖中1-注水井 2-厚表土層 3-隔水層 4-含水層 5-隔水層 6-井壁 7-井筒具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述本發(fā)明地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，首先對井筒7進行實地勘測，得出主要地層分布情況依次為厚表土層2、隔水層3、含水層4、巖石隔水層5，對井壁破損情況和井壁附加力進行分析后，設(shè)計出總的注水量、注水井1布置的個數(shù)和方式、注水井1距井筒7的距離及注水井1鉆進的深度，初始注水醫(yī)力根據(jù)含水層4的實際水壓降確定，實際水壓降是由于開采引起的含水層水壓力差，可采用孔隙水壓力傳感器測量。注水過程中采用井壁附加應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)儀器，同時進行監(jiān)測，以附加應(yīng)變變化作為動態(tài)調(diào)整各注水井壓力和注水量的標(biāo)準(zhǔn)。該監(jiān)測系統(tǒng)主要由應(yīng)變傳感器、通訊電纜、數(shù)據(jù)采集儀組成，所測量的附加應(yīng)變是一個相對值，即以埋入傳感器后一段時間為初始條件，以后所測應(yīng)變減去這個初始值，得到附加應(yīng)變。傳感器按設(shè)計埋設(shè)于井壁6內(nèi)，當(dāng)某處附加應(yīng)變發(fā)生突變，說明該處受附加應(yīng)力過大，可能導(dǎo)致井壁受力超過設(shè)計范圍，致使井壁破裂，那么采用回注水的方法，消除這部分增大的附加應(yīng)力，確保井筒受力在安全設(shè)計范圍。附圖所示確定需要在礦井井筒7周圍設(shè)置四個注水井1，呈前后左右布置，注水井1距井筒7的距離約為3倍井筒半徑，注水井1鉆進方向與礦井井壁6方向一致，鉆進深度穿過厚表土層2、隔水層3，進入關(guān)鍵含水層4，深度約為120米，含水層4下是隔水層5，隔水層5下是巖層，在地面設(shè)置配套注水設(shè)備和應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，對含水層4進行回注水，總注水量根據(jù)含水層4實際水壓降確定，通過注水減少含水層水壓降，恢復(fù)含水層的水壓，降低甚至消除井壁受到的豎直附加力，從而保證井壁受力在安全設(shè)計范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，其特征在于對礦井進行實地勘測，得出主要疏排水層分布情況，在井筒(7)周圍至少布置一個注水井(1)，注水井(1)鉆進方向與井壁(6)方向一致，鉆進深度穿過厚表土層(2)、隔水層(3)，進入關(guān)鍵含水層(4)，然后以水作為媒介，從地面對含水層(4)進行回注，注水過程中配合井壁附加應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)同時進行，以附加應(yīng)變變化作為動態(tài)調(diào)整注水井壓力和注水量的標(biāo)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，其特征在于注水井(1)的個數(shù)和布置方式、總注水量、距井筒(7)的距離及注水井深度確定，根據(jù)對井筒地質(zhì)、水位地質(zhì)和工程實際以及井壁破損情況和井壁附加力大小確定，初始注水壓力根據(jù)含水層(4)實際水壓降確定。
全文摘要
本發(fā)明地層動態(tài)回注水防治井壁破裂的方法，當(dāng)井壁在豎直附加力作用下產(chǎn)生變形或破壞前，在地面進行布置注水井，對關(guān)鍵含水層進行回注水，減少至恢復(fù)含水層的水壓降，可恢復(fù)疏水導(dǎo)致土體的壓縮，將井壁豎直附加力降到最低，解決由于開采引起的井壁破裂問題，從而保證礦井的正常生產(chǎn)。經(jīng)試驗效果良好，施工時可以利用采煤活動中排出的地下水進行回注，屬“綠色”施工方法，不污染地下水，造價低，具有廣泛的實用性。
文檔編號E21D1/00GK1644877SQ20051003814
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者周國慶, 徐江, 劉志強, 趙光思, 周金生, 居憲博 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)