一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法技术

本发明专利技术属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，包括如下步骤：预测采煤工作面导水裂隙带高度；确定最大充水含水层；计算推进距离；记录采空区实际总的涌水量，涌水的矿化度，来压步距；判定煤炭采空区地下水通道的优势矿山来压段；实施地面封堵钻孔组，测定最大充水含水层的流向和流速；对封堵钻孔进行射孔；对射孔后的钻孔进行既定的注浆封堵。本发明专利技术相比较钻探探查，采用采煤工作面涌水量反演通道发育程度，钻探数量大幅度减少，工程更少，简单易实施；流速流向测定和射孔技术的实施，一个钻孔可以大面积封堵通道，封堵效率更高，工程量减小，通道探查的精度更高。通道探查的精度更高。通道探查的精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采
，具体涉及一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法。

技术介绍

[0002]我国煤炭开采形成大量的采空区，采空区与地下水联系密切，地下水系统中的水进入采空区后被污染，对地下水环境影响较大。因此，需要对采空区地下水污染通道进行探查，对探查到的通道进行封堵来控制对地下水环境的污染。
[0003]对采空区地下水污染通道的探查及封堵方法较多，主要包括：电法、地质雷达等物探手段，钻探勘探手段及水文地质调查等探查方法，并对准确探查到的通道进行注浆封堵，但是这些方法均存在一些不足之处，具体不足为：1)物探有多解性，无法准确圈定涌水通道；2)钻探可以准确找到某一个点上的通道，但周边的信息无法获取，探查范围有限，且封堵范围有限；3)采用物探和钻探探查和封堵通道，由于没有初步圈定的靶区，因此需要密集的物探和钻探工程，造成工程费用较高；4)水文地质调查主要通过有限的地面信息开展，只能宏观的推演，对后续的封堵的意义不大，适用范围有限且精度低。
[0004]有鉴于此，有必要提供一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，能够克服上述不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，包括如下步骤：
[0008]S1、预测采煤工作面导水裂隙带高度；
[0009]S2、确定导水裂隙带高度范围内的最大充水含水层；
[0010]S3、计算导水裂隙带进入确定的最大充水含水层时需要采煤工作面推进的推进距离D；
[0011]S4、将采煤工作面推进距离D后，记录T0时间内无降水条件下的采煤工作面涌水量Q0；
[0012]S5、获取涌水量为Q0时的涌出水样，并测定水质矿化度a0；
[0013]S6、取大气降水的水样，并测定大气降水的水样矿化度a
j
；
[0014]S7、继续开采工作面的煤炭，直至完成采煤工作面内煤炭回采，在这一过程中逐渐形成采空区；采空区形成后，记录每次矿山来压时形成的采空区实际总的涌水量Q
n
，并取样测得来压时涌水的矿化度a
n
，同时记录矿山来压时的来压步距L
n
；其中，Q
n
、a
n
以及L
n
中的n指代推进距离D后矿山来压的序号数；
[0015]S8、计算T0时间内无降水量条件下，每次矿山来压形成的采空区地下总涌水量D
n
；
若记录Q
n
前T0时间无大气降水，则D
n
＝Q
n
；若记录Q
n
前T0时间有大气降水，则采用公式(I)计算：
[0016][0017]S9、计算每个矿山来压段的不考虑降水的涌水量C
n
，采用公式(II)计算：
[0018]C
n
＝D
n
‑
D
n
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(II)
[0019]式中，n为≥1的整数，且当n＝1时，D
n
‑1＝Q0；
[0020]S10、判定煤炭采空区地下水通道的优势矿山来压段；当C
n
≥C
p
时，则判定该煤炭采空区地下水通道的矿山来压段为优势矿山来压段；其中，C
p
是所有C
n
的平均值；
[0021]S11、对确定的煤炭采空区地下水通道的优势矿山来压段外推5～15m范围内实施地面封堵钻孔组；钻孔组实施的终孔层位为确定的最大充水含水层的底板；
[0022]S12、在封堵钻孔组中，测定最大充水含水层的流向和流速V1；
[0023]S13、对封堵钻孔进行射孔，射孔的层位是确定的最大充水含水层；
[0024]S14、对射孔后的钻孔进行既定的注浆封堵；
[0025]S15、在采空区的开切眼及收作线外推一段距离实施钻孔，并重复步骤S12至步骤S14，进行既定的注浆封堵。
[0026]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S1中，采用常规的导水裂隙带高度计算方法，计算出采煤工作面的导水裂隙带高度。
[0027]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S2中，最大充水含水层是指渗透系数和厚度乘积最大的含水层，其中，渗透系数通过抽水实验获得，厚度通过钻孔柱状图获得。
[0028]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S3中，推进距离D的计算基于常规的物理相似模拟技术。
[0029]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S4中，T0值依据降水与采煤工作面涌水量动态曲线确定，即最少T0时间不降水时，采煤工作面的涌水量≤降水前的涌水量。
[0030]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S13中，射孔的方向为步骤S12确定的地下水流向的上游来水方向、下游去水方向。
[0031]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S13中，射孔结束的标准是射孔口测定流速V，当V达到V1的k倍时停止；其中，k值采用公式(III)计算：
[0032][0033]式中，x为封堵率取0.8～1.0，C
n
取钻孔组所在矿山压力段值，L
n
取钻孔组所在矿山压力段值，m为最大充水含水层的厚度，由钻孔柱状图获得。
[0034]进一步地，如上所述煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，步骤S15中，在采空区的开切眼及收作线外推10～20m处实施钻孔。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术相比较钻探探查，采用采煤工作面涌水量反演通道发育程度，钻探数量
大幅度减少，工程更少，简单易实施。
[0037]2、本专利技术中流速流向测定和射孔技术的实施，一个钻孔可以大面积封堵通道，封堵效率更高，工程量减少，因此经济合理；
[0038]3、本专利技术不采用电法等多解性物探手段，通道探查的精度更高。
[0039]4、本专利技术采煤工作面涌水量的观测信息更全面，比地面水文地质调查适用范围更广，尤其适用于地面水文补给条件隐蔽的情况。
[0040]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区顶板地下水污染通道探查及封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、预测采煤工作面导水裂隙带高度；S2、确定导水裂隙带高度范围内的最大充水含水层；S3、计算导水裂隙带进入确定的最大充水含水层时需要采煤工作面推进的推进距离D；S4、将采煤工作面推进距离D后，记录T0时间内无降水条件下的采煤工作面涌水量Q0；S5、获取涌水量为Q0时的涌出水样，并测定水质矿化度a0；S6、取大气降水的水样，并测定大气降水的水样矿化度a
j
；S7、继续开采工作面的煤炭，直至完成采煤工作面内煤炭回采，在这一过程中逐渐形成采空区；采空区形成后，记录每次矿山来压时形成的采空区实际总的涌水量Q
n
，并取样测得来压时涌水的矿化度a
n
，同时记录矿山来压时的来压步距L
n
；其中，Q
n
、a
n
以及L
n
中的n指代推进距离D后矿山来压的序号数；S8、计算T0时间内无降水量条件下，每次矿山来压形成的采空区地下总涌水量D
n
；若记录Q
n
前T0时间无大气降水，则D
n
＝Q
n
；若记录Q
n
前T0时间有大气降水，则采用公式(I)计算：S9、计算每个矿山来压段的不考虑降水的涌水量C
n
，采用公式(II)计算：C
n
＝D
n
‑
D
n
‑1ꢀꢀꢀ
(II)式中，n为≥1的整数，且当n＝1时，D
n
‑1＝Q0；S10、判定煤炭采空区地下水通道的优势矿山来压段；当C
n
≥C
p
时，则判定该煤炭采空区地下水通道的矿山来压段为优势矿山来压段；其中，C
p
是所有C
n
的平均值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，刘建刚，高颖，李博，
申请(专利权)人：六盘水师范学院，
类型：发明
国别省市：