一种地面定向探查封堵的截水减排方法技术

本发明专利技术涉及一种地面定向探查封堵的截水减排方法。该方法首先在地面施工低位定向钻孔探查冒落带顶部优势导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔和主导水通道充填采空区；在地面施工高位定向钻孔探查保水目标含水层底部的优势导水通道，将激发后具备防渗能力的粉煤灰基浆液通过定向钻孔封堵主导水通道，分别沿工作面走向以及切眼、停采线方向按照一定间距分水平施工低、高位定向钻孔，探查优势导水通道，依次利用煤矸石基、激发后的粉煤灰基浆液进行注浆封堵，由此形成全工作面截水帷幕墙体，从而实现减小采煤工作面顶板涌水，实现地下水资源的保护，以及煤矸石、粉煤灰等综合利用。粉煤灰等综合利用。粉煤灰等综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种地面定向探查封堵的截水减排方法


[0001]本专利技术涉及一种截水减排方法，属于煤炭开采
，具体是涉及一种地面定向探查封堵的截水减排方法。

技术介绍

[0002]西部煤矿区(晋陕蒙宁甘)是保障我国能源安全的核心区域，煤炭储量和产量均占全国70％以上，是我国能源供应的压仓石。西部煤矿区煤层开采形成的采动裂隙发育至近地表的富水性好的松散层含水层、或者巨厚层状白垩系砂岩含水层内(大于200m)，导致含水层地下水沿采动裂隙进入采煤工作面，一般形成严重的顶板水害问题与水资源漏失问题，矿井涌水量普遍在1000m3/h以上，最大可达7000m3/h，为矿井安全开采与矿区水资源带来极大影响。同时，在煤矿开采和选煤厂作业中，会产生大量煤矸石，一般可占煤炭产量的15％，目前我国矸石累计堆放量超过60亿t，大量的煤矸石对环境造成地表下沉、水土流失、地质沙漠化和生态破坏等问题。另外，以煤炭为电力生产基本燃料的国策在长时间内不会改变，燃烧1t原煤生产粉煤灰250～300kg，目前全国粉煤灰平均综合利用率为70％，但西部地区由于粉煤灰产量大、建材行业需求低造成粉煤灰综合利用远低于全国水平。
[0003]随着西部煤矿区“生态优先、绿色发展，以水而定、量水而行”、“矿井水零排放”“煤矸石零排”“固废处理利用”等绿色发展路线进一步实施，西部矿区煤层顶板水害防治、水资源保护、煤矸石与粉煤灰处理利用需求强烈。
[0004]目前针对顶板水害防治，传统方法是采用钻探工程预先疏干、疏降含水层地下水，或通过限制煤层采高、条带开采等手段抑制导水裂隙高度，使导水裂隙不能揭露富水性好的含水层，进而达到消除或减轻矿井顶板水害的目的。利用以上方法有效减少了工作面回采过程中的涌水量，保证了工作面安全回采。然而高强度的疏排含水层地下水，不仅增加了矿井的排水费用，同时极大地浪费了地下水资源。而采用限制煤层采高、条带开采等抑制导水裂隙高度的方法，是以牺牲大量煤炭资源开采为代价的，存在高成本、低煤炭资源采出率的难题，不满足矿区高效开采需求。
[0005]大量理论研究、物理模拟测试、井下涌水观测成果显示，煤层开采引起的覆岩层不同区段的采动应力状态不同，岩层张拉、压剪、压缩破坏模式在空间差异明显，而具有导水意义一般为张拉型破坏，即在采煤工作面两侧存在以拉张破坏为主的主导水裂隙通道(图1)，这是引起煤层顶板含水层涌水失水的主要导水通道。
[0006]因此，在保障煤炭资源高效开采的同时，如何探查煤层开采形成优势导水通道，并进行封堵，对于显著减小采煤工作面涌水，实现地下水资源的原位保护，以及煤矸石、粉煤灰等固废利用具有重要意义，是本领域重大技术需求。

技术实现思路

[0007]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非
试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0008]本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种地面定向探查封堵的截水减排方法。该方法首先在地面施工低位定向钻孔探查冒落带顶部优势导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔和主导水通道充填采空区；在地面施工高位定向钻孔探查保水目标含水层底部的优势导水通道，将激发后具备防渗能力的粉煤灰基浆液通过定向钻孔封堵主导水通道，分别沿工作面走向以及切眼、停采线方向按照一定间距分水平施工低、高位定向钻孔，探查优势导水通道，依次利用煤矸石基、激发后的粉煤灰基浆液进行注浆封堵，由此形成全工作面截水帷幕墙体，从而实现减小采煤工作面顶板涌水，实现地下水资源的保护，以及煤矸石、粉煤灰等综合利用。
[0009]为解决上述问题，本专利技术的方案是：
[0010]一种地面定向探查封堵的截水减排方法，包括：
[0011]步骤1，充分收集采煤工作面各类地质与水文地质资料，分析煤层顶板覆岩结构；
[0012]步骤2，基于煤层开采形成的冒落带与裂缝带高度计算采动导水裂隙带高度；
[0013]步骤3，基于采动导水裂隙带揭露覆岩层位，将导水裂隙带高度已穿越含水层底板的相对隔水层的含义水层和/或已被导水裂隙带直接揭露的含水层，确定为需要治理保护的含水层；
[0014]步骤4，以冒落带顶部预定的第一距离为第一设计层位，在地面施工通向第一设计层位的低位定向钻孔探查主导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔充填入采空区以封堵对钻井液全漏失段两侧主导水通道；
[0015]步骤5，以导水裂隙带最大高度底部预定的第二距离为第二设计层位，在地面施工通向所述第二设计层位的高位定向钻孔探查主导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔充填入采空区以封堵对钻井液全漏失段两侧主导水通道；
[0016]步骤6，确定出采煤工作面走向上的同一主孔同水平分支孔孔数，以及各主孔之间的间距，在采煤工作面走向上，重复实施步骤4
‑
5；形成工作面走向上的注浆帷幕墙体。
[0017]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，还包括：
[0018]步骤7，确定出煤工作面切眼与停采线位置同一主孔同水平分支孔孔数，以及主孔之间的间距，重复实施步骤4
‑
5，形成煤工作面切眼与停采线方向上的注浆帷幕墙体。
[0019]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，所述步骤3中，将相对隔水层不能被采动导水裂缝高度穿越的含水层作为不须进行治理的含水层。
[0020]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，所述步骤4中，所述第一距离的取值为5
‑
10m。
[0021]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，所述步骤4中，在地面施工低位定向钻孔探查主导水通道，将钻井液全漏失段识别为一侧主导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔，沿着低位主导水通道充填入采空区，待注浆压力持续上升，且注浆压力＞1MPa时停止注入煤矸石基浆液；停注后继续沿该孔水平段继续钻进，一直钻进至工作面宽度L加上预定距离处停钻，将钻井液全漏失段识别为另一侧主导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔，沿着低位主导水通道充填入采空区，当注浆压力＞1MPa时停止注入煤矸石基浆液。
[0022]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，所述步骤5中，所述第二距离的取值为5
‑
10m。
[0023]优选的，上述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，所述步骤5中，地面施工高位定向钻孔探查主导水通道，将钻井液全漏失段识别为一侧主导水通道，将激发后具备防渗性能的粉煤灰基浆液通过定向钻孔，封堵该侧高位主导水通道，待注浆压力持续上升，且注浆压力＞1MPa时停止注入浆液；停注后继续沿该孔水平段继续钻进，一直钻进至工作面宽度L加预定距离处停钻，将钻井液全漏失段识别为另一侧主导水通道，将激发后具备防渗性能的粉煤灰基浆液通过定向钻孔，封堵另一侧高位主导水通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面定向探查封堵的截水减排方法，其特征在于，包括：步骤1，充分收集采煤工作面各类地质与水文地质资料，分析煤层顶板覆岩结构；步骤2，基于煤层开采形成的冒落带与裂缝带高度计算采动导水裂隙带高度；步骤3，基于采动导水裂隙带揭露覆岩层位，将导水裂隙带高度已穿越含水层底板的相对隔水层的含水层和/或已被导水裂隙带直接揭露的含水层，确定为需要治理和保护的含水层；步骤4，以冒落带顶部预定的第一距离为第一设计层位，在地面施工通向第一设计层位的低位定向钻孔探查主导水通道，将煤矸石基浆液通过定向钻孔充填入采空区以封堵对钻井液全漏失段两侧主导水通道；步骤5，以导水裂隙带最大高度底部预定的第二距离为第二设计层位，在地面施工通向所述第二设计层位的高位定向钻孔探查主导水通道，将激发后具有防渗透性能的粉煤灰基浆液通过定向钻孔充填入两侧钻井液全漏失段主导水通道；步骤6，确定出采煤工作面走向上的同一主孔同水平分支孔孔数，以及各主孔之间的间距，在采煤工作面走向上，重复实施步骤4
‑
5；形成工作面走向上的注浆帷幕墙体。2.根据权利要求1所述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，其特征在于，还包括：步骤7，确定出煤工作面切眼与停采线位置同一主孔同水平分支孔孔数，以及主孔之间的间距，重复实施步骤4
‑
5，形成煤工作面切眼与停采线方向上的注浆帷幕墙体。3.根据权利要求1所述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，其特征在于，所述步骤3中，将相对隔水层不能被采动导水裂缝高度穿越的含水层作为不须进行治理的含水层。4.根据权利要求1所述的一种地面定向探查封堵的截水减排方法，其特征在于，所述步骤4中，所述第一距离的取值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春虎，虎维岳，王世东，王海，武博强，王强民，周振方，孙洁，
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：