茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)—堵—疏相結(jié)合的防治水方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦中防治水的方法，尤其是涉及一種茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國南方煤田屬于華南晚二疊世煤田，煤層底板大多為茅口灰?guī)r含水層,其水文地質(zhì)條件往往介于極復(fù)雜-中等類型之間。2001年-2012年全國煤礦發(fā)生突水事故179起，死亡人數(shù)1598人，其中南方煤礦發(fā)生96起，死亡917人，分別占53.6%和57.4%。突水事故造成重大人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和嚴(yán)重社會(huì)環(huán)境問題。目前南方煤礦茅口灰?guī)r礦井水害防治一般采取地面堵漏，井下強(qiáng)排，以排為主的治理措施。由于茅口灰?guī)r礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受采掘破壞或影響的巖溶含水層、老空水、地表水，其補(bǔ)給條件很好，補(bǔ)給來源極其充沛，礦井突水頻繁，防治水工程量大，而且效果較差。
[0003]在長期工作實(shí)踐的基礎(chǔ)上，防治水工作者先后探索出了一些水害治理的途徑和方法在煤礦治水方面，“疏水降壓”和“注漿堵水”是礦井水防治的兩大工程措施。水害治理的技術(shù)方法的選擇依賴于對水文地質(zhì)條件的充分認(rèn)識，同時(shí)參考突水前兆的監(jiān)測信息。對于一些災(zāi)害性的突水事故，為了搶險(xiǎn)救災(zāi)，大多采取注漿堵水的方法。但事后往往造成工程再修復(fù)或水資源的浪費(fèi)和污染。目前很少有煤礦能從礦井整體防治水角度，通過含水層注漿改性成隔水層，實(shí)現(xiàn)礦井地下水的進(jìn)行合理截流，對全礦地下水的排放進(jìn)行整體規(guī)劃?，F(xiàn)有的井下注漿堵水截流技術(shù)主要是針對北方礦區(qū)的奧陶系灰?guī)r，都是以堵水為目的，沒有考慮地下水截流后的疏干。
[0004]對于南方煤礦，茅口灰?guī)r含水層的巖溶發(fā)育大多呈垂直分帶域特性，礦井向深部開拓的過程中，許多礦井涌水量隨不同水文地質(zhì)單元變化較為明顯。煤礦底板受多次強(qiáng)烈構(gòu)造作用，大多形成了復(fù)雜的復(fù)式向斜構(gòu)造。復(fù)式向斜是由若干次級背斜、向斜組合而成的一個(gè)大型向斜構(gòu)造，其中同一個(gè)褶曲的脊部為次級背斜隆起的最高部位、槽部為次級向斜凹陷的最低部位。這種復(fù)雜構(gòu)造的地層為中二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r，巖溶一般較發(fā)育，地下水非常豐富。如何充分利用南方煤礦茅口灰?guī)r含水層的巖溶發(fā)育垂直分帶域特性和復(fù)式向斜地質(zhì)構(gòu)造，改過去一味的強(qiáng)排疏干為關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防排水方式，以提升礦井防排水安全保井能力，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益，是一個(gè)值得研究與開發(fā)的重大課題。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，它能防范突水事故；降低發(fā)生巖溶地表塌陷的可能性，并且能夠節(jié)約大量電費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案，包括如下步驟:
(O關(guān)閉井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)； (2)確定茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育垂直分帶域的標(biāo)高范圍；
(3)在已關(guān)閉的井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)下伏的茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板內(nèi)，選取距地下水補(bǔ)給區(qū)最近的次級背斜隆起部位作為井下注漿設(shè)計(jì)靶區(qū)；
(4)確定茅口灰?guī)r井下注漿孔的深度和方位；
(5 )截流井下茅口灰?guī)r地下水；
(6)電價(jià)低谷時(shí)段排水。
[0008]上述的茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(I)的具體操作過程如下:通過對礦區(qū)內(nèi)各采區(qū)的采煤量、排水量和涌水量的多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)，將其永久關(guān)閉，并撤出關(guān)閉采區(qū)的所有設(shè)備。
[0009]上述的茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(2)的具體操作過程如下:通過對礦區(qū)茅口灰?guī)r進(jìn)行鉆孔，分析溶洞率沿地層的變化規(guī)律，得到茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育程度在垂直方向的三個(gè)帶域:溶洞發(fā)育帶、裂隙發(fā)育帶和巖溶不發(fā)育帶；根據(jù)茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育規(guī)律，確定礦井水文地質(zhì)條件分界線為裂隙發(fā)育帶和巖溶不發(fā)育帶的分界面。
[0010]上述的茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(3)的具體操作過程如下:查明礦區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)、徑流帶、地層層序和地質(zhì)構(gòu)造，在已關(guān)閉的井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)下伏的茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板內(nèi)，選取距地下水補(bǔ)給區(qū)最近的次級背斜隆起部位作為井下注漿設(shè)計(jì)靶區(qū)，上述次級背斜隆起部位和地下水補(bǔ)給區(qū)之間至少存在一個(gè)次級向斜凹陷部位。
[0011]上述的茅口灰?guī)r井下的漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(4)的具體操作過程如下:利用巖溶發(fā)育垂直分帶性，確定各個(gè)注漿孔的深度和方位，按“先勘查孔、后注漿孔、一孔多用”的原理在平面上采用雙排錯(cuò)位方式布置注漿鉆孔，注漿孔的深度應(yīng)超越礦井水文地質(zhì)條件分界線，注漿孔的方位角控制在65°?85 °之間，注漿孔的間距要小于漿體擴(kuò)散半徑的2倍。
[0012]上述的茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(5)的具體操作過程如下:在所述茅口灰?guī)r復(fù)式向斜的次級背斜隆起部位注漿，將所述茅口灰?guī)r復(fù)式向斜的次級背斜軸部附近區(qū)域改造成隔水帶，地下水封閉在所述次級背斜隆起部位和地下水補(bǔ)給區(qū)之間，且距次級背斜隆起部位最近的一個(gè)次級向斜凹陷部位內(nèi)，地下水并通過突水點(diǎn)涌入已關(guān)閉的井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)；地下水截流在注漿巷道水平，阻止淺部一步地下水向深部滲透。
[0013]上述的茅口灰?guī)r井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法，步驟(6)的具體操作過程如下:由于隔水帶的存在，次級向斜凹陷部位上伏已關(guān)閉的高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)實(shí)質(zhì)上成為礦區(qū)的巨形水倉，晚班時(shí)，將地下水蓄存巨形水倉內(nèi)，早班電價(jià)低谷時(shí)段，將蓄存于巨形水倉的地下水排至地表。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明針對南方煤礦茅口灰?guī)r底板巖溶發(fā)育垂直分帶域特性和具有復(fù)式向斜的地質(zhì)構(gòu)造提出，關(guān)閉井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)(即關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法中的“關(guān)”)，在茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板的次級背斜隆起部位實(shí)施井下注漿，將地下水截流在次級背斜隆起部位和地下水補(bǔ)給區(qū)之間的次級向斜凹陷部位，并通過突水點(diǎn)涌入已關(guān)閉的井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)(即關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法中的“堵”)；本發(fā)明將地下水截流在注漿巷道水平，阻止淺部地下水向深部滲透，使得下水平開采的涌水量大大減少，礦井地下水抬升至注漿巷道水平，減小了礦區(qū)茅口灰?guī)r疏干漏斗面積，大大降低了發(fā)生巖溶地表塌陷的可能性；本發(fā)明，在晚班時(shí)段地下水蓄存于次級向斜凹陷部位上伏已關(guān)閉采區(qū)內(nèi)(實(shí)質(zhì)上成為了礦區(qū)的巨形水倉)，早班電價(jià)低谷時(shí)段，將蓄存于巨形水倉的地下水排至地表(即關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水方法中的“疏”)。由于巖溶地下水截流在注漿巷道水平，大大減少了排水揚(yáng)程，節(jié)省了大量電費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0015]圖1茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板構(gòu)造和巖溶發(fā)育垂直分帶域示意圖。
[0016]圖2茅口灰?guī)r復(fù)式向斜隆起部位井下注漿截流的關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防治水示意圖。
[0017]圖3井下注漿孔分布示意圖。
[0018]圖4是圖2中的A-A剖視圖。
[0019]圖5是圖3中的B-B剖視圖。
[0020]1、高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū) 2、溶洞發(fā)育帶3、裂隙發(fā)育帶4、巖溶不發(fā)育帶5、礦井水文地質(zhì)條件分界線6、次級背斜隆起部位7、注漿孔深度 8、隔水帶 9、突水點(diǎn)10、注漿巷道 11、下水平12、巨形水倉13、排水揚(yáng)程14、注漿孔15、漿體擴(kuò)散半徑 16、頂板17、水流線18、注漿孔方位角19、次級背斜20、次級向斜21、脊部22、槽部23、地下水補(bǔ)給區(qū)24、茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板25、次級向斜凹陷部位26、煤系地層。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0022]南方煤礦茅口灰?guī)r底板含水層受多次強(qiáng)烈構(gòu)造作用，大多形成了復(fù)雜的復(fù)式向斜構(gòu)造，所述復(fù)式向斜構(gòu)造是指是由若干次級背斜19、次級向斜20組合而成的一個(gè)大型向斜構(gòu)造，其中同一個(gè)褶曲的脊部21為次級背斜隆起的最高部位、槽部22為次級向斜凹陷的最低部位。本發(fā)明充分利用南方煤礦茅口灰?guī)r含水層的巖溶發(fā)育垂直分帶域特性和復(fù)式向斜地質(zhì)構(gòu)造，改過去一味的強(qiáng)排疏干為關(guān)一堵一疏相結(jié)合的防排水方式，大大提升礦井防排水安全保井能力，特大提高礦山經(jīng)濟(jì)效益。具體實(shí)施方法如下:
(I)關(guān)閉井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)。通過對礦區(qū)內(nèi)各采區(qū)的采煤量、排水量和涌水量的多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)1，將其永久關(guān)閉，并撤出關(guān)閉采區(qū)的所有設(shè)備。
[0023](2)確定茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育垂直分帶域的標(biāo)高范圍。通過對礦區(qū)茅口灰?guī)r進(jìn)行鉆孔，分析溶洞率沿地層的變化規(guī)律，得到茅口灰?guī)r巖溶發(fā)育程度在垂直方向的三個(gè)帶域:溶洞發(fā)育帶2、裂隙發(fā)育帶3和巖溶不發(fā)育帶4，根據(jù)茅口灰?guī)r越往深部發(fā)展，溶洞裂隙發(fā)育率越低的變化規(guī)律，確定礦井水文地質(zhì)條件分界線5為裂隙發(fā)育帶和巖溶不發(fā)育帶的分界面。
[0024](3)在已關(guān)閉的井下高能耗、安全供電排水條件差的采區(qū)I下伏的茅口灰?guī)r復(fù)式向斜底板24內(nèi)，選取離地下水補(bǔ)給區(qū)23最近的次級背斜隆起部位6作為井下注漿設(shè)計(jì)靶區(qū)，進(jìn)一步，在上述次級背斜隆起部位6和地下水補(bǔ)給區(qū)23之間至少存在一個(gè)次級向斜凹陷部位25。
[0025](4)確定茅口灰?guī)r井下注漿孔的深度和方位。根據(jù)巖溶發(fā)育垂直分帶性和漿體擴(kuò)散半徑15，確定各個(gè)注漿孔14的注漿孔深度7、注漿孔方位角18和注漿孔的間距，按“先勘查孔、后注漿孔、一孔多用”的原理，在平面上采用雙排錯(cuò)位方式布置注漿孔，注漿孔深度7應(yīng)超越水文地質(zhì)條件分界線5，注漿孔方位角18控制在65°?85 °之間，注漿孔的間距要小于漿體擴(kuò)散半徑15的2倍。
[0026](5)截流井下茅口灰?guī)r地下水。在上述茅口灰?guī)r復(fù)式向斜的次級背斜隆起部位6上選取合適的注漿巷道10，對次級背斜軸部區(qū)域進(jìn)行注漿，將次級背斜軸部附近區(qū)域改造成隔水帶8，地下水封閉在離次級背斜隆起部位6最近的一個(gè)次級向斜凹陷部