高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法技术

本发明专利技术公开了一种高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法，根据采动覆岩导水裂隙的发育特征和分布范围，分别在采区边界和中部对应地表施工含氧水或弱碱水回灌钻孔，利用含水层中铁质成分与含氧水或弱碱水氧化反应生成的Fe(OH)3絮凝沉淀物，对采动裂隙进行封堵，阻隔含水层的水漏失通道。生成的Fe(OH)3絮凝物能在回灌钻孔终孔附近一定范围内逐步沉淀形成铁质活性滤膜，对铁(或亚铁)离子的氧化反应起到催化剂作用，有效保证裂隙的封堵效果和除铁净水作用，能促进含水层逐步修复至原始状态。同时，在井下采空区地势低洼处对排出的除铁清水资源进行管路输排，供井下其它采掘工作面生产或地面生产生活复用。

【技术实现步骤摘要】
高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法
本专利技术涉及一种地下含水层保护与修复方法，尤其是一种适用于煤矿区地层含水层修复与水资源保护领域中的高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法。
技术介绍
煤炭地下开采将引起上覆岩层的移动与破坏，从而在覆岩中形成采动裂隙；覆岩采动裂隙产生既为区域水资源流失提供了通道，同时也成为矿区生态环境损伤的地质根源。因此，如何控制采动覆岩导水裂隙的发育、封闭地下含水层水资源的漏失通道，从而改善和保护煤矿区的生态环境，是目前大多数煤矿区面临的重大技术难题。在我国东北三省的松花江流域，其地层含水层普遍具有含铁量高的典型特征。受煤炭开采影响，区域地下水会漏失至井下采空区。由于地下水中超标的铁质成分，井下排水无法直接用于采掘工作面；疏排至地表后，也必须经过除铁工艺才能供生产生活使用。这些高含铁地下含水层不仅受到了采煤的直接破坏，而且其水资源也难以实现高效循环利用。考虑到现有除铁工艺会产生Fe(OH)3絮凝沉淀物，若能将这些沉淀物充分利用到采动裂隙的封堵上，则将能达到保水与净水的“一举两得”的作用。因此，有必要基于采动覆岩导水裂隙的发育范围和分布特征，开展高含铁地下含水层受采煤破坏后的人工促进修复方法的专门设计。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种高含铁地下含水层受采煤破坏后的人工促进修复方法，通过地面钻孔将含氧水或弱碱水回灌至采煤破坏的地层高含铁含水层中，利用含水层中铁质成分与氧气或碱性离子的氧化反应生成Fe(OH)3絮凝沉淀物，从而对采动裂隙进行有效封堵，达到隔绝高含铁含水层水漏失通道、促进高含铁含水层修复的目的。通过除铁后的地下水也可重新利用至井下采掘工作面或地表生产生活中，最终实现煤矿区地下水资源保护与高效净化利用。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高含铁地下含水层受采煤破坏后的人工促进修复方法，根据采动覆岩导水裂隙的发育特征和分布范围，分别在采区边界和中部对应地表向高含铁含水层中施工含氧水或弱碱水回灌钻孔，利用含水层中铁质成分与含氧水或弱碱水氧化反应生成的Fe(OH)3絮凝沉淀物，对采动裂隙进行有效封堵，阻隔高含铁含水层的水漏失通道，促进高含铁含水层逐步修复至原始状态。生成的Fe(OH)3絮凝物能在回灌钻孔终孔附近一定范围内逐步沉淀形成铁质活性滤膜，对铁(或亚铁)离子的氧化反应起到催化剂作用，有效保证除铁效果。同时，在井下采空区地势低洼处对排出的除铁清水资源进行管路输排，供井下其它采掘工作面生产或地面生产生活复用。具体包括以下步骤：a.根据覆岩导水裂隙带高度和地质钻孔柱状判断地层高含铁含水层受采动破坏的采煤区域。若导水裂隙带高度范围内存在高含铁含水层，则对应区域导水裂隙带已沟通高含铁含水层，需要布置相应的回灌钻孔；若导水裂隙带高度范围内不存在高含铁含水层，则无需施工回灌钻孔。优选的：所述导水裂隙带高度可根据钻孔冲洗液漏失量法等现场实测方法进行工程探测，也可利用“基于关键层位置的导水裂隙带高度的预计方法”等理论计算方法进行判断。b.在导水裂隙带沟通地层高含铁含水层的开采区域对应地表进行含氧水或弱碱水回灌钻孔的施工。优选的：所述含氧水或弱碱水回灌钻孔布置于采区边界内侧附近和采区中部，其中采区边界处的回灌钻孔距离开采边界10-20m。优选的：所述导水裂隙带沟通地层高含铁含水层的开采区域的走向和倾向尺寸超过1000m时，可沿走向或倾向间隔1000m布置回灌钻孔。优选的：所述地表含氧水或弱碱水回灌钻孔的施工方法为：钻孔施工时以120-140mm的直径开孔，需钻进至受导水裂隙带沟通的高含铁含水层顶界面以下一定深度，钻孔终孔与导水裂隙带沟通的高含铁含水层顶界面之间的距离应不低于导水裂隙带沟通的高含铁含水层的厚度的0.3-0.5倍。地表至导水裂隙带沟通的高含铁含水层顶界面以下10m范围内采用套管护孔，导水裂隙带沟通的高含铁含水层内的钻孔采用花管护孔。钻孔施工后，在孔口上覆盖封闭盖板，所述封闭盖板上连接有输水管路。c.在井下采空区对应地势低洼处布置排水管路，将采空区排出的除铁清水输送至井下其它采掘工作面或地面复用。本专利技术基于采动覆岩导水裂隙的发育规律和分布特征，充分利用受采煤破坏的高含铁含水层中铁质成分的氧化反应，将其生成的Fe(OH)3絮凝沉淀物对导水裂隙进行封堵，既隔绝了地层高含铁含水层的水漏失通道、促进了高含铁含水层的自然修复，又有效削减了含铁地下水的铁质成分，实现了煤矿区地层高含铁含水层的原位保护与含铁地下水的除铁净化作用，可为矿区煤炭开采水资源保护与高效利用等提供保障，其使用方法可靠，实用性强。与现有技术相比于，本专利技术具有以下优点：(1)采用含铁地下水净化除铁过程中的沉淀物对覆岩导水裂隙进行封堵，其方法科学可靠、工程量低；(2)将含铁地下水的除铁过程和位置转移至采动破坏的地层中，既能促进地下含水层的自然修复，又能对含铁地下水有效除铁并高效利用，可为我国东北三省等高含铁地下水地区的煤炭资源开发与水资源保护的协调发展提供保障，其实施方法简单，实用性强。附图说明图1是本专利技术高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法的回灌钻孔布置平面图；图2是本专利技术高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法的回灌钻孔布置A-A剖面图；图3是本专利技术高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法的回灌钻孔布置剖面图；图4是本专利技术实际应用过程中某煤矿32301工作面X1钻孔柱状及导水裂隙带发育高度示意图；图5是本专利技术实际应用过程中某煤矿32301工作面X2钻孔柱状及导水裂隙带发育高度示意图；图6是本专利技术实际应用过程中某煤矿32301工作面回灌钻孔布置平面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1～图3所示，本专利技术的一种高含铁地下含水层受采煤破坏后的人工促进修复方法，根据采动覆岩导水裂隙的发育特征和分布范围，分别在采区边界和中部对应地表向受导水裂隙带沟通的高含铁含水层中施工含氧水或弱碱水回灌钻孔，利用含水层中铁质成分与含氧水或弱碱水氧化反应生成的Fe(OH)3絮凝沉淀物，对采动裂隙进行有效封堵，阻隔高含铁含水层的水漏失通道，促进高含铁含水层逐步修复至原始状态。生成的Fe(OH)3絮凝物能在回灌钻孔终孔附近一定范围内逐步沉淀形成铁质活性滤膜，对铁(或亚铁)离子的氧化反应起到催化剂作用，有效保证除铁效果。同时，在井下采空区地势低洼处对排出的除铁清水资源进行管路输排，供井下其它采掘工作面生产或地面生产生活复用。具体包括以下步骤：a.根据覆岩导水裂隙带高度和地质钻孔柱状判断地层高含铁含水层受采动破坏的采煤区域。若导水裂隙带高度范围内存在高含铁含水层，则对应区域导水裂隙带已沟通高含铁含水层，需要布置相应的回灌钻孔；若导水裂隙带高度范围内不存在高含铁含水层，则无需施工回灌钻孔。所述导水裂隙带高度可根据钻孔冲洗液漏失量法等现场实测方法进行工程探测，也可利用“基于关键层位置的导水裂隙带高度的预计方法”等理论计算方法进行判断。b.在导水裂隙带沟通地层高含铁含水层的开采区域对应地表进行含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法，其特征在于：具体包括以下步骤：a.根据覆岩导水裂隙带高度和地质钻孔柱状判断地层高含铁含水层受采动破坏的采煤区域；b.在导水裂隙带沟通地层高含铁含水层的开采区域对应地表进行含氧水或弱碱水回灌钻孔的施工，将含氧水或弱碱水回灌至受导水裂隙带沟通的地层高含铁含水层中，含水层中的铁质成分与含氧水或弱碱水氧化反应生成Fe(OH)3絮凝沉淀物，封堵采动裂隙，阻隔高含铁含水层的水漏失通道，促进高含铁含水层逐步修复至原始状态；c.在井下采空区对应地势低洼处布置排水管路，将采空区排出的除铁清水输送至井下其它采掘工作面或地面复用。

【技术特征摘要】
1.一种高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法，其特征在于：具体包括以下步骤：a.根据覆岩导水裂隙带高度和地质钻孔柱状判断地层高含铁含水层受采动破坏的采煤区域；b.在导水裂隙带沟通地层高含铁含水层的开采区域对应地表进行含氧水或弱碱水回灌钻孔的施工，将含氧水或弱碱水回灌至受导水裂隙带沟通的地层高含铁含水层中，含水层中的铁质成分与含氧水或弱碱水氧化反应生成Fe(OH)3絮凝沉淀物，封堵采动裂隙，阻隔高含铁含水层的水漏失通道，促进高含铁含水层逐步修复至原始状态；c.在井下采空区对应地势低洼处布置排水管路，将采空区排出的除铁清水输送至井下其它采掘工作面或地面复用。2.根据权利要求1所述的高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法，其特征在于：步骤a中，若导水裂隙带高度范围内存在高含铁含水层，则对应区域导水裂隙带已沟通高含铁含水层，需要布置相应的含氧水或弱碱水回灌钻孔；若导水裂隙带高度范围内不存在高含铁含水层，则无需施工回灌钻孔；所述导水裂隙带高度通过包括钻孔冲洗液漏失量法在内的现场实测方法进行工程探测，或利用包括基于关键层位置的导水裂隙带高度的预计方法在内的理论计算方法进行判断。3.根据权利要求1所述的高含铁地下含水层受采煤破坏的人工促进修复方法，其特征在于：步骤b中，所述含氧水或弱碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠金峰，李全生，许家林，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32