一种急倾斜含水层的大降深疏放方法及疏放系统技术方案

本发明专利技术公开了一种急倾斜含水层的大降深疏放方法及疏放系统，步骤一：计算煤层回采安全水头；步骤二：设置泄水巷；泄水巷的巷道底板标高为煤层回采安全水头下10～20m，对于富水性中等以下的含水层，泄水巷设计为单独巷道的泄水巷；对于富水性中等及以上的含水层，设计为带水仓的泄水巷；步骤三：连通含水层和泄水巷，设置集疏孔。用地面长距离集疏孔代替泄水巷(即“以孔代巷”)，将远端和高处的含水层水导通至现有巷道附近形成汇、集水廊道，减少泄水巷的施工长度，降低施工周期和费用。通过在含水层中布置多个标高的分支孔，增加揭露含水层的高度范围，将浅部和深部灰岩含水层联通，满足疏降降深的需求。足疏降降深的需求。足疏降降深的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种急倾斜含水层的大降深疏放方法及疏放系统


[0001]本专利技术属于煤矿顶板水防治
，涉及一种急倾斜含水层的大降深疏放方法及疏放系统。

技术介绍

[0002]疏放水是煤矿顶板水防治的重要手段。煤层底板的灰岩含水层在逆冲推覆构造作用下被推移并覆盖在煤层之上或侧上方，形成急倾斜含水层覆盖在煤层之上的地质结构。例如在我国淮南煤田新集一矿、二矿和张集矿、淮北煤田钱营子煤矿和邹庄煤矿均发育逆冲断层，造成石炭系太原组或寒武系灰岩含水层覆盖在二叠系煤层之上，且灰岩出露于基岩面与松散层接触，煤层之上灰岩高度可达数百米，煤层承受的灰岩水压可达8MPa。大倾角灰岩含水层下采煤时，灰岩水可通过顶板采动裂隙、断层带等导水通道进入矿井采掘空间，威胁矿井生产安全，因此，必须将顶板灰岩水疏降至安全水头。
[0003]现有技术采用井下“泄水巷+放水钻孔”的方法进行疏降水，即先施工泄水巷道，然后在巷道中向灰岩含水层施工钻孔进行放水来降低灰岩水压。现有技术存在的问题和缺点是：
[0004](1)井下放水钻孔长度短，只能对顶板100m左右高度范围内的含水层疏放，这一高度往上的水只能通过原生的裂隙等通道进入放水孔，由于灰岩岩溶裂隙发育的不均一性，可能存在遗留富水孤岛区的隐患；
[0005](2)灰岩含水层岩溶发育具有垂向分带特征，侵蚀基准面以上富水性较强，井下放水钻孔高度有限，大埋深情况下仅靠最低标高的放水孔不能实现疏降目标，若施工多个标高的泄水巷道和疏放孔则会大大增加成本和放水时间；
[0006](3)若采用井下直孔放水，钻孔与含水层大角度斜交，揭露溶隙裂隙等储水、导水空间的概率低，若采用井下定向顺层孔，钻孔最大长度500m，要实现大面积覆盖，需要将泄水巷道延长，这增加了掘进工程量，费用和时间都将大幅增加，疏降水工程将制约矿井的生产接替。
[0007](4)高水压条件下井下钻孔不能成孔，一旦揭露涌水点，高压水涌出不仅影响钻进成孔，而且有可能造成安全事故。
[0008]为此，本专利技术针对上述问题和缺点，通过潜心研究和设计，综合多年从事相关专业的经验和成果，研究设计出一种急倾斜含水层的大降深疏放方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种急倾斜含水层的大降深疏放方法及疏放系统，要解决现有技术中存在的问题：(1)井下放水钻孔长度短，放水高度有限，无法满足疏降降深的要求；(2)施工多个标高的泄水巷和疏放孔，成本高周期长；(3)放水孔大面积覆盖含水层需要的巷道掘进工程量大；(4)高水压条件下井下钻孔无法钻进，不能成孔且不安全。
[0010]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0011]一种急倾斜含水层的大降深疏放方法，包括：
[0012]步骤一：计算煤层回采安全水头；
[0013][0014]式中：H—煤层回采安全水头，m；Ts—临界突水系数，MPa/m；L—煤柱宽度，m；θ—含水层倾角，
°
；δ—岩层塌陷角，
°
；λ—裂采比；M—单层煤采高，m；
[0015]步骤二：设置泄水巷；
[0016]泄水巷的巷道底板标高为煤层回采安全水头下10～20m，泄水巷与含水层的水平距离按如下方式计算：
[0017](1)设计泄水巷在含水层上方时；
[0018][0019]式中：L
上
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m；K—安全系数，取2～5；h—泄水巷的巷道高度，m；p—实际水头压力，MPa；Kp—隔水岩层的抗拉强度，MPa；
[0020](2)设计泄水巷在含水层下方时；
[0021][0022]式中：L
下
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m；
[0023]对于富水性中等以下的含水层，泄水巷设计为单独巷道的泄水巷；对于富水性中等及以上的含水层，设计为带水仓的泄水巷；
[0024]步骤三：连通含水层和泄水巷，设置集疏孔；
[0025]所述的集疏孔为三开结构，一开钻进至表土层底部并下入套管隔离，二开定向钻进进入含水层并下入套管隔离，三开包括1个主孔和多个分支孔，均为裸孔；主孔的终孔最低点设置为安全水头标高，侵蚀基准线以上的含水层设计1～2个分支孔，侵蚀基准面以下含水层设计3～5个分支孔。
[0026]可选的，所述步骤三种，分支孔的水平位移为300～500m。
[0027]可选的，所述含水层的延展距离大于500m时，设置多个集疏孔，且相邻集疏孔于分支孔处联通汇集至同一泄水巷。
[0028]可选的，所述的泄水巷的施工方法包括：
[0029]泄水巷道断面宽4.0～5.0m，高3.0～3.5m，迎头停止于距离含水层L
上
或L
下
处；
[0030]泄水巷设置为单独巷道的，在巷道迎头位置施工一组钻至含水层放水孔，终孔标高为安全水头处的标高，安装孔口放水装置；
[0031]若采用带水仓的泄水巷则在平巷出口处设置挡水墙，挡水墙上设置放水管并安装放水装置。
[0032]可选的，所述的集疏孔的施工方法包括：
[0033]先完成一二开的施工并下入套管隔离，三开先施工主孔，然后根据侧钻点深度由深到浅依次侧钻施工分支孔，分支孔利用斜向器侧向开窗完成侧出；
[0034]泄水巷设置为单独巷道的，集疏孔终孔最低点与井下施工的放水孔联通；泄水巷设置为带水仓的，集疏孔终孔透巷至水仓最低点实现联通。
[0035]可选的，所述的步骤二中具体包括；对于含水层富水性中等及以下的含水层，即单
位涌水量q≤1.0L/(s
·
m)，泄水巷为单独巷道；对于含水层富水性中等以上的，即单位涌水量q＞1.0L/(s
·
m)，设计为带水仓的泄水巷。
[0036]一种急倾斜含水层的大降深疏放系统，所述的系统采用本专利技术任一所述的急倾斜含水层的大降深疏放方法实现。
[0037]可选的，包括：
[0038]设置于煤层回采安全水头下10～20m的泄水巷，连通含水层与泄水巷设置的集疏孔；
[0039]所述泄水巷与含水层的水平距离按如下方式计算：
[0040](1)设计泄水巷在含水层上方时；
[0041][0042]式中：L
上
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m；K—安全系数，取2～5；h—泄水巷的巷道高度，m；p—实际水头压力，MPa；Kp—隔水岩层的抗拉强度，MPa；
[0043](2)设计泄水巷在含水层下方时；
[0044][0045]式中：L
下
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m。
[0046]可选的，所述的煤层回采安全水头采用下式计算：
[0047][0048]式中：H—煤层回采安全水头，m；Ts—临界突水系数，MPa/m；L—煤柱宽度，m；θ—含水层倾角，
°
；δ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种急倾斜含水层的大降深疏放方法，其特征在于，包括：步骤一：计算煤层回采安全水头；式中：H—煤层回采安全水头，m；Ts—临界突水系数，MPa/m；L—煤柱宽度，m；θ—含水层倾角，
°
；δ—岩层塌陷角，
°
；λ—裂采比；M—单层煤采高，m；步骤二：设置泄水巷；泄水巷的巷道底板标高为煤层回采安全水头下10～20m，泄水巷与含水层的水平距离按如下方式计算：(1)设计泄水巷在含水层上方时；式中：L
上
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m；K—安全系数，取2～5；h—泄水巷的巷道高度，m；p—实际水头压力，MPa；Kp—隔水岩层的抗拉强度，MPa；(2)设计泄水巷在含水层下方时；式中：L
下
—泄水巷位于含水层上方时的水平安全隔水距离，m；对于富水性中等以下的含水层，泄水巷设计为单独巷道的泄水巷；对于富水性中等及以上的含水层，设计为带水仓的泄水巷；步骤三：连通含水层和泄水巷，设置集疏孔；所述的集疏孔为三开结构，一开钻进至表土层底部并下入套管隔离，二开定向钻进进入含水层并下入套管隔离，三开包括1个主孔和多个分支孔，均为裸孔；主孔的终孔最低点设置为安全水头标高，侵蚀基准线以上的含水层设计1～2个分支孔，侵蚀基准面以下含水层设计3～5个分支孔。2.根据权利要求1所述的急倾斜含水层的大降深疏放方法，其特征在于，所述步骤三种，分支孔的水平位移为300～500m。3.根据权利要求1或2所述的急倾斜含水层的大降深疏放方法，其特征在于，所述含水层的延展距离大于500m时，设置多个集疏孔，且相邻集疏孔于分支孔处联通汇集至同一泄水巷。4.根据权利要求1或2所述的急倾斜含水层的大降深疏放方法，其特征在于，所述的泄水巷的施工方法包括：泄水巷道断面宽4.0～5.0m，高3.0～3.5m，迎头停止于距离含水层L
上
或L
下
处；泄水巷设置为单独巷道的，在巷道迎头位置施工一组钻至含水层放水孔，终孔标高为安全水头处的标高，安装孔口放水装置；若采用带水仓的泄水巷则在平巷出口处设置挡水墙，挡水墙上设置放水管并安装放水装置。5.根据权利要求1或2所述的急倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑士田，石志远，崔思源，邢茂林，郑硕，吴佩，吴燕军，王琦，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：