【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井顶板水害治理方法，涉及矿井顶板水害区域超前探查治理方法。
技术介绍
1、煤层顶板水害较为普遍，在长期采煤工作中已形成了较为有效的水害防治措施，第一类是含水层预疏放，即回采前将含水层内静储量超前疏放，防止回采期间水量过大，实现矿井涌水量的“削峰平谷”；第二类是在工作面回采后对导水裂隙带进行封堵，切断含水层向采空区的动态补给，降低采空区水量；第三类是采用限高开采、充填开采等，通过降低导水裂隙带高度避免导水裂隙带波及顶板含水层。
2、现有的技术存在以下缺陷：
3、(一)含水层超前疏放，在回采前就要开始排水，疏放水量费用较大，严重影响矿井生产效益，特别是具有供水意义或者疏放后可能会引发地表沉降的含水层，此种方法不适用；
4、(二)采后导水裂隙带封堵施工难度大，施工技术尚不成熟，封堵效果无法保障，且无法避免回采过程中出水；
5、(三)限高、充填开采防治顶板水害的方法仅适用于煤层顶板岩层完整的条件，对于导水裂隙带与顶板含水层之间存在垂向导水通道的区域，仅通过降低导水裂隙带高度无法避免顶板水害的发生。
6、因此，目前的技术无法避免采煤对含水层的扰动，有必要通过其他方法从源头出发，从根本上避免顶板水害事故、减少采煤对地下水的破坏。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了矿井顶板水害区域超前探查治理方法，在工作面回采前探查并封堵顶板含水层与导水裂隙带之间的导水通道，对含水层的侧向补给进行截流，防止顶板水害事故的发生，减
2、本专利技术所采用的技术方案是，矿井顶板水害区域超前探查治理方法，具体按照如下步骤实施：
3、步骤1，确定顶板水害区域超前探查治理模式；
4、步骤2，确定顶板探查治理钻孔与侧向截流钻孔的布置层位；
5、步骤3，确定顶板探查治理钻孔与侧向截流钻孔注浆材料；
6、步骤4，进行注浆试验确定顶板探查治理钻孔间距；
7、步骤5，确定顶板探查治理孔及侧向截流孔注浆结束压力；
8、步骤6，顶板导水通道综合探查；
9、步骤7，进行探查治理效果验证。
10、本专利技术的特征还在于，
11、步骤1中顶板水害区域超前探查治理模式具体为：模式1：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层，则进行含水层侧向截流治理；模式2：若导水裂隙带上方发育有含水层，则进行顶板探查治理；模式3：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层且导水裂隙带上方发育有含水层，则同时进行含水层侧向截流治理和顶板探查治理。
12、步骤1中，模式1-模式3均在煤层回采之前，即就是煤层顶板导水裂隙带未形成之前进行，含水层侧向截流治理和顶板探查治理均为利用地面定向水平分支钻孔，形成顶板探查治理钻孔和侧向截流钻孔，然后分别通过对钻孔注浆实现对导水探查处的导水通道进行封堵。
13、步骤2中确定的顶板探查治理钻孔布置层位在预计导水裂隙带之上、顶板含水层之下的层位内，且顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带的间距c不小于3倍采高；顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带边界间距i应满足式1要求；若顶板含水层为松散层孔隙含水层，则还需保证顶板探查治理钻孔与松散层底界的垂直距离m大于45m；
14、i＝10*p’ (式1)
15、i为顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带边界间距，m，p’为顶板探查治理孔位置含水层近三年最大水压，mpa。
16、步骤2中确定的侧向截流钻孔布置层位在含水层内，且侧向截流钻孔平面位置与预计导水裂隙带间距h为浆液扩散范围，并根据侧向截流钻孔的有效宽度l确定侧向截流孔排数：
17、l＝10*p’ (式2)
18、其中，l为侧向截流孔有效宽度，单位为m，p’为侧向截流位置含水层近三年最大水压，单位mpa。
19、步骤3中侧向截流钻孔注浆材料采用水泥单液浆，水泥标号不低于32.5，水固比3:1～1:1；顶板探查治理钻孔注浆材料采用粘土水泥浆。
20、步骤4具体为：注浆试验之前钻孔按照经验值60m间距进行布置钻孔，进行注浆试验后，根据钻进时返出岩屑中结石情况或者示踪剂情况判断浆液扩散范围，浆液扩散范围若大于30m，则均按照间距60m布孔，浆液扩散范围若小于30m，则需要将钻孔间距缩小至实际浆液扩散范围的两倍。
21、步骤5具体为：注浆结束时受注层有效压力p大于设防含水层静水压力的1.5倍，其中，顶板探查治理时顶板探查治理钻孔的设防含水层为顶板导水裂隙带之上含水层，含水层侧向截流治理时侧向截流钻孔的设防含水层为导水裂隙带内含水层；其中，受注层有效压力p计算方法如下：
22、p＝pk+pj-pg (式3)
23、式中，p为受注层有效压力，mpa；pk为孔口压力，mpa；pj为浆液有效压力，mpa；pg为管路及孔内阻力，mpa；
24、其中，浆液有效压力pj计算方法如下：
25、
26、式中，γ为浆液比重；hs为孔口至稳定水位的垂直距离；hj为提钻孔后稳定水位与侧向截流钻孔或者顶板探查治理钻孔轨迹最深处的垂直距离。
27、步骤6具体为：综合钻进期间泥浆消耗量、注浆过程中压力变化、注浆过程中顶板含水层水位变化情况确定顶板导水通道，判断导水通道存在的特征：包括泥浆消耗量大于3m3/h、注浆过程中压力突然下降、注浆过程中顶板含水层水位上升。
28、步骤7具体为：需要施工顶板探查治理钻孔的区域，自井下施工顶板仰斜钻孔，终孔位置不超过顶板探查治理层位，或者自地面施工垂直孔，顶板探查治理层位及上覆地层用套管封闭，终孔为层位在顶板探查治理层位之下；需要进行侧向截流的区域，终孔层位布置在需要侧向截流的含水层内；之后采用井下放水或者地面抽水的方式进行验证，若钻孔无水或者有水后但很快衰减至无水，说明顶板封堵或者侧向截流达到了预期目标。
29、本专利技术的有益效果是：本专利技术在工作面回采前，采用地面定向水平分支钻孔在导水裂隙带之上，对顶板含水层与导水裂隙带之间存在的顶板导水通道进行探查，并通过注浆进行封堵，对导水裂隙带影响范围内的顶板含水层进行侧向注浆截流，工作面回采前不再需要进行超前疏放地下水，回采过程中工作面涌水量会大大降低。采用本专利技术的方法可以防止顶板水害事故的发生、大大降低矿井排水量与排水费用，避免采煤对地下水的破坏，实现保水采煤的目的。
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1.矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤1中顶板水害区域超前探查治理模式具体为：模式1：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层，则进行含水层侧向截流治理；模式2：若导水裂隙带上方发育有含水层，则进行顶板探查治理；模式3：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层且导水裂隙带上方发育有含水层，则同时进行含水层侧向截流治理和顶板探查治理。
3.根据权利要求2所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤1中，模式1-模式3均在煤层回采之前，即就是煤层顶板导水裂隙带未形成之前进行，所述含水层侧向截流治理和顶板探查治理均为利用地面定向水平分支钻孔，形成顶板探查治理钻孔和侧向截流钻孔，然后分别通过对钻孔注浆实现对导水探查处的导水通道进行封堵。
4.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤2中确定的顶板探查治理钻孔布置层位在预计导水裂隙带之上、顶板含水层之下的层位内，且顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带的间距c不
5.根据权利要求4所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤2中确定的侧向截流钻孔布置层位在含水层内，且侧向截流钻孔平面位置与预计导水裂隙带间距h为浆液扩散范围，并根据侧向截流钻孔的有效宽度L确定侧向截流孔排数：
6.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤3中侧向截流钻孔注浆材料采用水泥单液浆，水泥标号不低于32.5，水固比3:1～1:1；顶板探查治理钻孔注浆材料采用粘土水泥浆。
7.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤4具体为：注浆试验之前钻孔按照经验值60m间距进行布置钻孔，进行注浆试验后，根据钻进时返出岩屑中结石情况或者示踪剂情况判断浆液扩散范围，浆液扩散范围若大于30m，则均按照间距60m布孔，浆液扩散范围若小于30m，则需要将钻孔间距缩小至实际浆液扩散范围的两倍。
8.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤5具体为：注浆结束时受注层有效压力P大于设防含水层静水压力的1.5倍，其中，顶板探查治理时顶板探查治理钻孔的设防含水层为顶板导水裂隙带之上含水层，含水层侧向截流治理时侧向截流钻孔的设防含水层为导水裂隙带内含水层；其中，受注层有效压力P计算方法如下：
9.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤6具体为：综合钻进期间泥浆消耗量、注浆过程中压力变化、注浆过程中顶板含水层水位变化情况确定顶板导水通道，判断导水通道存在的特征：包括泥浆消耗量大于3m3/h、注浆过程中压力突然下降、注浆过程中顶板含水层水位上升。
10.根据权利要求7所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤7具体为：需要施工顶板探查治理钻孔的区域，自井下施工顶板仰斜钻孔，终孔位置不超过顶板探查治理层位，或者自地面施工垂直孔，顶板探查治理层位及上覆地层用套管封闭，终孔为层位在顶板探查治理层位之下；需要进行侧向截流的区域，终孔层位布置在需要侧向截流的含水层内；
...【技术特征摘要】
1.矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤1中顶板水害区域超前探查治理模式具体为：模式1：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层，则进行含水层侧向截流治理；模式2：若导水裂隙带上方发育有含水层，则进行顶板探查治理；模式3：若预计导水裂隙带范围内发育有含水层且导水裂隙带上方发育有含水层，则同时进行含水层侧向截流治理和顶板探查治理。
3.根据权利要求2所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤1中，模式1-模式3均在煤层回采之前，即就是煤层顶板导水裂隙带未形成之前进行，所述含水层侧向截流治理和顶板探查治理均为利用地面定向水平分支钻孔，形成顶板探查治理钻孔和侧向截流钻孔，然后分别通过对钻孔注浆实现对导水探查处的导水通道进行封堵。
4.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤2中确定的顶板探查治理钻孔布置层位在预计导水裂隙带之上、顶板含水层之下的层位内，且顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带的间距c不小于3倍采高；顶板探查治理钻孔与预计导水裂隙带边界间距i应满足式1要求；若顶板含水层为松散层孔隙含水层，则还需保证顶板探查治理钻孔与松散层底界的垂直距离m大于45m；
5.根据权利要求4所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征在于，所述步骤2中确定的侧向截流钻孔布置层位在含水层内，且侧向截流钻孔平面位置与预计导水裂隙带间距h为浆液扩散范围，并根据侧向截流钻孔的有效宽度l确定侧向截流孔排数：
6.根据权利要求1所述的矿井顶板水害区域超前探查治理方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁湘，蒲治国，李哲，张坤，黄海鱼，闫鑫，刘凯祥，贺晓浪，谢朋，庞龙，纪卓辰，段东伟，刘溪，樊江伟，秦伟，张齐，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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