一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法及施工方法，顶板富水灰岩含水层水害快速治理方法包括：围绕待治理的目标区域布设治理边界，治理边界与目标区域的平面投影距离至少为R米，R为治理区域浆液扩散半径；沿治理边界及其延伸方向布设边界封堵孔组；治理边界所围的区域内布设内部治理孔组，内部治理孔组与所述的治理边界重合和/或交叉。本发明专利技术是利用地面定向钻在治理区域进行边界封堵与内部改造达到快速治理顶板富水灰岩含水层的目的，而顶板水疏放难以解决含水层富水性较强，补给量大的情况，传统治理技术采用的直孔注浆或者区域治理方法具有成本较高，工期长，施工难度大，工作面接替紧张等缺点。工作面接替紧张等缺点。工作面接替紧张等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法及施工方法


[0001]本专利技术属于煤田水灾害处理领域，具体涉及一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法及施工方法。特别是富水含水层是开采煤层的直接顶板时。

技术介绍

[0002]华北型煤田赋存着较稳定的太原组薄层灰岩含水层，其中黄河北煤田太原组第四、第五层灰岩水位基本一致，二者之间水力联系密切，可视为一个含水层，如邱集煤矿、赵官煤矿、济源煤矿等。
[0003]经过长期的开采，黄河北煤田浅部煤炭资源日益枯竭，为保障国民经济的稳定发展，煤炭资源的区域供给稳定，黄河北煤田采掘活动不断向深部下组煤延拓。但相较于华北型煤田其他地区，黄河北煤田除了底板高承压含水层水害威胁外，下组煤直接顶板是富水性较强的灰岩含水层，针对顶板水害如果不采取治理措施，将严重威胁巷道的安全掘进，顺利揭煤将成为极大的困难，再加上顶板灰岩含水层中存在众多导水通道，极易发生突水灾害，对煤矿安全生产危害极大。
[0004]针对直接顶板富水灰岩含水层常规采用顶板疏放、地面直孔注浆或定向孔区域治理的方法。顶板疏放是通过井下钻孔钻进至目标含水层，将含水层内的水量排出，使水位下降至安全水位标高以下。地面直孔注浆是通过水文地质试验确定含水层间补给最强烈的区域，在地面对应位置开孔，钻进至目标层位后进行注浆，将含水层改造为相对隔水层，一般在治理后进行疏放。定向孔区域治理是在地面合适位置开孔，对目标含水层进行区域全覆盖注浆治理，将含水层彻底改造为隔水层。
[0005]以上方法存在以下问题：(1)黄河北煤田顶板灰岩含水层富水性较强，补给量大，各含水层之间存在强烈的水力联系，直接疏放难以达到快速疏干的目的，效果差，疏放水量大，产生高额的排水费而且不利于水资源的保护。(2)顶板含水层区域范围很大，而地面直孔对工作面开采区域而言为点状治理，很难一次就探查到导水通道的准确位置，往往需要施工多个直孔，治理效率低，成本高，严重影响矿井生产接替。(3)地面定向钻区域治理具有探查精度高，注浆治理效果好，治理范围大的优点，但对于富水性较强，导水通道较多的治理区域，一般而言钻孔间距为50～60m，在构造复杂的区域钻孔间距还要减小。区域治理工期长，工程量较大，成本高，且不适用于工作面采掘接替紧张的条件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法及施工方法，以达到快速治理顶板富水灰岩含水层的目的，同时降低施工成本。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案包括：
[0008]一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法，包括：围绕待治理的目标区域圈定治理边界，治理边界在目标区域的平面投影外扩至少为R米，R为治理区域浆液扩散半径；沿治理边界及其延伸方向布设边界封堵孔组；治理边界所围的区域内布设内部治理孔组，内部治
理孔组与所述的治理边界重合和/或交叉。
[0009]可选的，以顶板灰岩含水层为目标层，治理边界的每个边均沿延伸方向布设1～n个边界封堵孔组；
[0010]n＝L/S；
[0011]L为治理边界的边长，m；S为封堵孔裸孔孔段长度，m，一般取600～800m；n向上取整。
[0012]可选的，每个边界封堵孔组均设置第一封堵孔和第二封堵孔，第一封堵孔和第二封堵孔间设置检验加固孔；第一封堵孔和第二封堵孔之间的距离为封堵宽度D；
[0013][0014]T为突水系数，取0.06；P为含水层水压，MPa。
[0015]可选的，选择相邻的2～3个工作面为待治理的目标区域；所述的治理边界为多边形边界，优选为矩形，治理边界的每个边对应的延伸方向至少设置一个边界封堵孔组。
[0016]可选的，所述的内部治理孔组由治理主孔和多个治理分孔组成，治理主孔与相交治理边界的夹角α为30～60
°
；位于最外侧的治理分孔的裸孔段全角变化率不超过30
°
/100m。
[0017]可选的，所述的内部治理孔组中，相邻的治理分孔的终孔间距为R的2.5～3倍，R为治理区域浆液扩散半径。
[0018]可选的，对所述的边界封堵孔组进行注浆封堵，注浆终压为注浆段含水层水压的1.5～2倍；注浆材料选择水泥单液浆。
[0019]可选的，对所述的内部治理孔组进行注浆，封堵垂向导水通道，注浆终压为注浆段含水层水压的1.5～2倍；注浆材料选择水泥和粉煤灰混合的双液浆。
[0020]一种顶板富水灰岩含水层水害治理施工方法，采用本专利技术任一所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法对待治理的采煤工作面进行水害治理，具体施工方法包括：
[0021]步骤一：划定治理边界，沿治理边界及其延伸方向施工边界封堵孔组，先施工第一封堵孔和第二封堵孔，后进行检验加固孔的施工；
[0022]钻进过程中若遇到钻井液漏失量超过5m/h3后起钻注浆，若钻井液漏失量小于5m/h3则钻进至终孔位置再注浆；浆液经地面注浆泵注入钻孔内逐步提高注浆比重，降低注浆流量，控制注浆，浆液比重范围1.3～1.5，直至注浆压力达到设计终压时停止注浆，若非终孔位置不需候凝，继续钻进；单孔最后一次注浆停止后候凝，所述终压为注浆段含水层水压的1.5～2倍；注浆材料选择水泥单液浆；检查加固孔钻进过程中漏失则注浆，无漏失则钻进至终孔孔深封孔；
[0023]步骤二：治理边界所围的区域内施工内部治理孔组，内部治理孔组与划定的治理边界重合和/或交叉；
[0024]钻孔采用三开结构，二开套管底口位于目标层顶板，三开裸孔段顺目标层钻进；钻进过程中若遇到钻井液漏失量超过10m/h3后起钻注浆，若钻井液漏失量小于10m/h3则钻进至终孔位置再注浆；浆液经地面注浆泵注入钻孔内逐步提高注浆比重，降低注浆流量，控制注浆，比重范围1.2～1.5，直至注浆压力达到设计终压时停止注浆，若非终孔位置不需候凝，继续钻进；单孔最后一次注浆停止后候凝，所述终压为注浆段含水层水压的1.5～2倍；
注浆材料选择水泥和粉煤灰混合液浆；
[0025]步骤三：对待治理的采煤工作面进行疏放水。
[0026]可选的，选择相邻的2～3个工作面为目标区域；所述的治理边界为矩形边界，治理边界的每个边对应的延伸方向设置一个边界封堵孔组；覆盖治理边界所围的区域布设四组内部治理孔组；内部治理孔组的治理主孔与相交治理边界的夹角α为30～60
°
；每个内部治理孔组由治理主孔和6个治理分孔组成，位于最外侧的治理分孔的裸孔段全角变化率不超过30
°
/100m。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0028]1、本专利技术是利用地面定向钻在治理区域进行边界封堵与内部改造达到快速治理顶板富水灰岩含水层的目的，而顶板水疏放难以解决含水层富水性较强，补给量大的情况，传统治理技术采用的直孔注浆或者区域治理方法具有成本较高，工期长，施工难度大，工作面接替紧张等缺点；
[0029]2、针对顶板富水含水层本专利技术给出的方法是在治理边界布置封堵孔，阻隔侧向补给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，包括：围绕待治理的目标区域(1)圈定治理边界(2)，治理边界(2)在目标区域(1)的平面投影外扩至少为R米，R为治理区域浆液扩散半径；沿治理边界(2)及其延伸方向布设边界封堵孔组(3)；治理边界(2)所围的区域内布设内部治理孔组(4)，内部治理孔组(4)与所述的治理边界(2)重合和/或交叉。2.根据权利要求1所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，以顶板灰岩含水层为目标层，治理边界(2)的每个边均沿延伸方向布设1～n个边界封堵孔组(3)；n＝L/S；L为治理边界的边长，m；S为封堵孔裸孔孔段长度，m，一般取600～800m；n向上取整。3.根据权利要求1或2所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，每个边界封堵孔组(3)均设置第一封堵孔(31)和第二封堵孔(32)，第一封堵孔(31)和第二封堵孔(32)间设置检验加固孔(34)；第一封堵孔(31)和第二封堵孔(32)之间的距离为封堵宽度D；T为突水系数，取0.06；P为含水层水压，MPa。4.根据权利要求1或2所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，选择相邻的2～3个工作面为待治理的目标区域(1)；所述的治理边界(2)为多边形边界，优选为矩形，治理边界(2)的每个边对应的延伸方向至少设置一个边界封堵孔组(3)。5.根据权利要求1或2所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，所述的内部治理孔组(4)由治理主孔(41)和多个治理分孔(42)组成，治理主孔(41)与相交治理边界(2)的夹角α为30～60
°
；位于最外侧的治理分孔(42)的裸孔段全角变化率不超过30
°
/100m。6.根据权利要求5所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，所述的内部治理孔组(4)中，相邻的治理分孔(42)的终孔间距为R的2.5～3倍，R为治理区域浆液扩散半径。7.根据权利要求1或2所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，对所述的边界封堵孔组(3)进行注浆封堵，注浆终压为注浆段含水层水压的1.5～2倍；注浆材料选择水泥单液浆。8.根据权利要求1或2所述的顶板富水灰岩含水层水害治理方法，其特征在于，对所述的内部治理孔组(4)进行注浆，封堵垂向导水通道，注浆终压为注浆段含水层水压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑士田，王威，李智，李文江，王宇航，奚方喆，杜博涛，邢茂林，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：