CN113294203A - 一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法，包括如下步骤：结合地面瞬变电磁法勘探和井下直流电法勘探，对井下岩巷掘进准备揭煤区域的富水异常区分布情况进行掌握，从立体角度对掘进巷道迎头低阻异常区进行超前探查；在井下岩巷掘进准备揭煤区域，采用“长钻+短钻”的方法进行超前疏放水，而后在接近煤层底板垂距5m和2m的区域，再分别施工一组超前探查孔；对目标区域开展的若干煤层水探查、疏放钻孔的终孔水量、水压观测；采集疏放水钻孔的富水煤层的出水水样，对其水化学特征进行分析；采用钻孔窥视仪对孔内煤层及出水情况进行观察研究。本发明中的经济投入相对较少，工期不长，有助于矿井加快基础设施建设的时间要求。
Description
技术领域
本发明涉及矿井施工技术领域，具体为一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法。
背景技术
井工矿井在建井过程中，巷道掘进可能面临富水含水层的影响。而在我国鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田的榆横北区内，近年来发现存在2号富水煤层，首先在煤层底板的岩石巷道中掘进，而后需上山掘进，揭露富水煤层，由此将带来富水煤层的水害威胁。由于矿井处于基建阶段，井下及地面排水设施、水处理***等尚不完备，无法解决大量掘进工作面大量出水的问题，因此，在岩巷掘进揭煤前，必须提前开展超前探查及疏放水等相关工作，确保掘进工作面安全生产。
基于此，本发明设计了一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法，以解决上述背景技术中提出的由于矿井处于基建阶段，井下及地面排水设施、水处理***等尚不完备，无法解决大量掘进工作面大量出水的问题，因此，在岩巷掘进揭煤前，必须提前开展超前探查及疏放水等相关工作，确保掘进工作面安全生产的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法，包括如下步骤：
第一步：探查工程：
(1)物探工程
结合地面瞬变电磁法勘探和井下直流电法勘探，在平面上对井下岩巷掘进准备揭煤区域的富水异常区分布情况进行掌握，同时，从立体角度对掘进巷道迎头低阻异常区进行超前探查；
(2)钻探工程
在井下岩巷掘进准备揭煤区域，采用“长钻+短钻”的方法进行超前疏放水，其目的为长距离定向拦截和短距离加快疏放，而后在接近煤层底板垂距5m和2m的区域，再分别施工一组超前探查孔，以加强局部水体疏放，力求将揭煤时可能产生的涌水尽量降至最低；
第二步：动态监测：
对目标区域开展的若干煤层水探查、疏放钻孔的终孔水量、水压观测；
第三步：水化学分析：
采集疏放水钻孔的富水煤层的出水水样，对其水化学特征进行分析，结合井田前期勘探煤层上下主要含水层水质化验结果，对富水煤层水的来源、赋存条件等信息进行判断；
第四步：钻孔窥视：
采用钻孔窥视仪对孔内煤层及出水情况进行观察研究。
本发明的有益效果为：榆横北区内矿井均为整装井田，目前大多数基本处于勘探、建设阶段，对于未生产矿井，其各项设施均不完善，矿井煤层富水则必须进行疏放，因此，采用本发明中提到的物探、钻探、水化学、钻孔窥视等手段相结合进行煤层水害防治，可解决区内基建矿井所面临的掘进揭煤的防治水安全难题，满足安全生产要求。本发明中的方法技术可应用于富水煤层底板岩巷掘进上山揭煤的防治水探查治理，传统的帷幕注浆截流法施工整体涉及面大，截流富水体难度高，且经济投入较大，本发明中的经济投入相对较少，工期不长，有助于矿井加快基础设施建设的时间要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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为本发明实施案例二中的巷道掘进方向电阻率等值线图；
图2为本发明实施案例二中的岩巷揭煤超前疏放水钻孔分布示意图；
图3为本发明实施案例二中的各疏放钻孔水量、水压变化曲线图；
图4为本发明实施案例二中的矿井各水体Piper图；
图5为本发明实施案例二中的钻孔内窥视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施案例一：
一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法，包括如下步骤：
第一步：探查工程：
(1)物探工程
结合地面瞬变电磁法勘探和井下直流电法勘探，在平面上对井下岩巷掘进准备揭煤区域的富水异常区分布情况进行掌握，同时，从立体角度对掘进巷道迎头低阻异常区进行超前探查；
(2)钻探工程
在井下岩巷掘进准备揭煤区域，采用“长钻+短钻”的方法进行超前疏放水，其目的为长距离定向拦截和短距离加快疏放。而后在接近煤层底板垂距5m和2m的区域，再分别施工一组超前探查孔，以加强局部水体疏放，力求将揭煤时可能产生的涌水尽量降至最低；
第二步：动态监测：
对目标区域开展的若干煤层水探查、疏放钻孔的终孔水量、水压观测；
第三步：水化学分析：
采集疏放水钻孔的富水煤层的出水水样，对其水化学特征进行分析，结合井田前期勘探煤层上下主要含水层水质化验结果，对富水煤层水的来源、赋存条件等信息进行判断；
第四步：钻孔窥视：
采用钻孔窥视仪对孔内煤层及出水情况进行观察研究。
实施案例二：
本实施例为对鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田榆横北区内的2号富水煤层的实际实施例，包括如下步骤：
第一步：探查工程：
(1)物探工程
请参阅图1，结合地面瞬变电磁法勘探和井下直流电法勘探，在平面上对井下岩巷掘进准备揭煤区域的富水异常区分布情况进行掌握，同时，从立体角度对掘进巷道迎头低阻异常区进行超前探查；
(2)钻探工程
请参阅图2，在井下岩巷掘进准备揭煤区域，采用“长钻+短钻”的方法进行超前疏放水，其目的为长距离定向拦截和短距离加快疏放，而后在接近煤层底板垂距5m和2m的区域，再分别施工一组超前探查孔，以加强局部水体疏放，力求将揭煤时可能产生的涌水尽量降至最低；
第二步：动态监测：
请参阅图3，通过对目标区域开展的若干煤层水探查、疏放钻孔的终孔水量、水压观测发现，各钻孔终孔水量在25～198m3/h之间，水压在1.5～3.8MPa之间，各钻孔自成孔后即接通管路进行放水，经近2个月的疏放，各钻孔水量、水压均有大幅下降。
由此可知，经过一定时段的钻孔疏放水，煤仓上口区域的各钻孔之间具有较好的沟通性，总体水量大幅下降，分析区内局部赋存的富水煤层水体的整体补给条件有限，现有水体以静储量为主。
第三步：水化学分析：
请参阅图4，通过采集疏放水钻孔的2号富水煤层的出水水样，对其水化学特征进行分析，结合井田前期勘探煤层上下主要含水层水质化验结果，有助于对2号煤层水的来源、赋存条件等信息进行判断。由各水体检测结果可知，2号煤层水的水质类型基本为SO4-Na·(Ca)型水，pH值在7.26～8.37之间，总矿化度在5672.01～6359.86mg/L之间；而直罗组含水层的水质类型基本为SO4-Na·(Ca)型水；2号煤层顶板延安组含水层的水质类型基本为SO4-Na型水；2号煤层与3号煤层之间延安组含水层的水质类型基本为HCO3·SO4-Ca·Na型水。
通过分析，2号煤层水与其上下相邻含水层之间水质类型较为接近但不相同，说明其形成条件相似，但在赋存过程中相互联系不甚密切，从其矿化度、阴阳离子含量分析，与其顶底板含水层水条件类似，2号煤层水的整体径流、***条件较差，基本长期处于封闭状态，同时，经过地质历史时期中水体与相邻接触煤岩的交互溶滤作用，使得煤层水体的总矿化度较高，地下水循环交替条件较差，最终表现为Na+、Ca2+和SO42-的累积和富集。根据探查疏放水钻孔水量、水压衰减变化情况亦可验证，2号富水煤层水主要为静储量，其动态补给、***条件较差，由此有利于矿井疏放水工作的开展。
第四步：钻孔窥视：
请参阅图4，通过现场施工的探疏放水钻孔、锚索孔等，发现在进入2号煤层后孔内存在不同程度的出水情况，为更为深入的了解2号煤层内部情况，采用钻孔窥视仪对孔内煤层及出水情况进行观察研究。
从多个钻孔的孔内窥视情况可知，2号煤层底板为1～1.7m厚的细粉砂岩与煤线互层，进入煤层后，其内部存在不规则的较多裂隙，交错发育，有矿物充填，各裂隙处存在不同程度的流水，煤层厚度相对稳定。由此可知，2号煤层水体主要赋存于煤层内部的大量裂隙中，而各裂隙之间存在较好的沟通关联，使得水体在其内部运移流畅。
本实施例应用于我国陕北侏罗纪煤田榆横北区巴拉素煤矿矿井疏放水工程中，取得良好的应用效果。通过本发明中相关物探、钻探、钻孔窥视、水化学方法的结合应用，首次成功实现区内岩巷上山掘进安全揭煤工程。该矿井在施工本次施工的24个钻孔中，单孔最大水量已衰减至18m3/h以下，各孔水压也降低至0.4MPa以下，钻孔总水量衰减率约78.6％，水压下降率约88.9％，总体疏放水量约41.7万m3。同时，在掘进工作面接近煤层底板垂距5m和2m的区域，分别施工的钻孔来看，其单孔终孔水量在5～40m3/h之间，水压约0.3MPa，基本从孔内自流而出，自成孔放水后，经观测，各钻孔水量衰减明显，单孔水量减小在4～13m3/h之间，衰减率约67.5％。该情况同样印证了上述观点分析。从矿井防治水角度出发，可保证岩巷掘进揭煤的安全生产。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (1)
1.一种富水煤层岩巷安全掘进揭煤防治水保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：探查工程：
(1)物探工程
结合地面瞬变电磁法勘探和井下直流电法勘探，在平面上对井下岩巷掘进准备揭煤区域的富水异常区分布情况进行掌握，同时，从立体角度对掘进巷道迎头低阻异常区进行超前探查；
(2)钻探工程
在井下岩巷掘进准备揭煤区域，采用“长钻+短钻”的方法进行超前疏放水，其目的为长距离定向拦截和短距离加快疏放，而后在接近煤层底板垂距5m和2m的区域，再分别施工一组超前探查孔，以加强局部水体疏放，力求将揭煤时可能产生的涌水尽量降至最低；
第二步：动态监测：
对目标区域开展的若干煤层水探查、疏放钻孔的终孔水量、水压观测；
第三步：水化学分析：
采集疏放水钻孔的富水煤层的出水水样，对其水化学特征进行分析，结合井田前期勘探煤层上下主要含水层水质化验结果，对富水煤层水的来源、赋存条件等信息进行判断；
第四步：钻孔窥视：
采用钻孔窥视仪对孔内煤层及出水情况进行观察研究。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210824 |