治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法技术

本发明专利技术公开了一种治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，属于煤炭开采水害预防技术领域

【技术实现步骤摘要】
治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法


[0001]本专利技术涉及一种治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，属于煤炭开采水害预防

。

技术介绍

[0002]随着开采技术的进步，煤矿残采区遗煤开采越来越成为人们关注的焦点
。
但受前期开采影响，残采区的完整性和稳定性均遭受不同程度的损伤破坏，可能引发矿井灾害，影响安全生产
。
因此，遗煤开采的先决条件为：对残采区煤层能否进行安全开采进行可行性评价与判定，通过现场调研和技术资料分析计算以及相似模拟
、
数值模拟等方法，通过计算分析实现对小窑巷柱式遗留煤柱开采可行性的预先判别与评价，指导工程实践
。
[0003]小窑巷柱式遗留煤柱群之间的残采区空区逐渐被地下水充满，软化煤柱与围岩，影响开采稳定性
。
老空积水具有分散
、
孤立和隐蔽的特点
。
采空区空间分布的形态难以判断
,
老空水的边缘
、
积水形状无规律可循，近距离煤层开采，老空积水危害严重
。
由于地质构造等原因，煤层分布不规律，造成各煤层空间分布在局部地区的变化，进一步使老空水分布复杂化
。
老空积水具有空间动态性，静水为主
、
动水补给，面积
、
水位
、
水量随时间变化，具有突发性，一旦导通水体，大量积水突然溃出，且常伴有有毒有害气体溢出，极易造成人员伤亡
。
为保证遗煤的安全开采，需要将采空区老空水排放掉，来保证工作面的快速安全回采
。
[0004]中国专利
CN108468566A
公开了基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，它指出了利用物探方法圈定老空区的大概空间范围以指导钻孔设计，然后利用束状定向钻孔主孔查明老空区具体位置，再利用垂向分支孔
、
轴向分支孔和横向分支孔等查明老空区具体空间参数和充水情况，并进行老空水疏放
。
该专利的方法对近距离煤层具有较大适用性，但由于钻孔工程量大
、
钻孔管道复杂，在实际工程当中经济性较差
、
难以实施
。
中国专利 CN114687796A
公开了综合治理顶板老空水的系统，此系统包括井下水仓地面永久排水系统
、
地面钻孔贯通采空区井下放水系统
、
地面钻孔贯通采空区直排水系统
、
地面大孔径抽水井排水系统和老矿井下水仓地面永久排水系统
。
此系统虽可以彻底疏空各层老空水，但地面钻孔贯通煤层底部耗费工程巨大，并且后续还需将疏放到底部的水全部抽出至地面，这个过程做了许多不必要的工作，例如地面钻孔贯通煤层底部中间穿过较多岩层，增加了工程量
。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，有效解决了残采区煤柱群在开采过程发生突水涌水的问题
。
针对现有技术中存在的钻孔工程量大
、
钻孔管道复杂
、
耗费工程巨大的问题，本专利技术方法钻孔位置明确，只需向上或向下直线钻孔，可实施性较强，同时兼有随采随疏
、
精准排放的特点；本专利技术在复采过程中进行老空水的疏放，自老空水上方向下钻孔，直接抽排到地面，避免了多余的工作；除此之外，井点管可重复使用，经济型较强
。
[0006]本专利技术中，在判别遗留煤层开采可行性
、
探明残采区煤柱群和空区群分布状况的基础上，以小窑巷柱式遗留煤柱作为残采区煤柱间积水的隔断，利用井点降水技术分段抽取采空区老空水并输送到地面进行专业处理
。
具体内容为，在采空区上方巷道布置井点孔，划定抽水范围后向采空区钻孔
。
钻孔后利用酸值测定仪测定老空水酸度，然后通过孔道向采空水投放稍过量的碱性中和剂，酸碱中和后产生不溶于水的沉淀，以减少酸水产生的危害，且具有一定的衬砌支护作用
。
除此之外，还需自地面向下钻孔至布置巷道，下放管道与排水管相连，老空水抽出后直接经过高压水泵泵送到地面进行处理
。
此方法较以往的老空水治理方法具有随采随疏
、
结构简单
、
经济适用的特点，可有效治理采空区老空水，避免遗煤开采时发生透水现象，确保井下安全生产
。
[0007]本专利技术提供的一种治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，包括以下步骤：（1）分析小窑巷柱式遗煤复采的可行性；（2）结合矿井原有地质
、
技术资料，勘探查明浅部遗煤分布状况，绘制浅部遗煤分布形态图以指导安全生产；结合矿井生产资料，对浅部采空区的积水高度
、
积水量和水质进行探测；（3）调查核实采空区资料，以便处理老空水时对其进行探放水；（4）掘进煤层的回采巷道，布置煤层工作面；（5）在遗留煤层的上方回风巷道中布置泵送站，进行巷道中抽水设备与回路管道架设；（6）遗留煤层上方巷道中进行井点放线定位，布置井点
。
采用冲击钻钻孔（
CZ
－
22
或
CZ
－
20
型）
、
回转钻钻孔
、
潜水电钻钻孔中的任一种钻孔方式，用泥浆护壁，孔口设置护筒，以防孔口塌方，并在一侧设排泥沟
、
泥浆坑
。
首先排放总管，再埋设井点，用弯联管将井点管与总管连通，然后安装抽水设备
。
钻孔往采空区积水中下放并布置井点管路，井孔形成后，拔出冲孔管，立即插入井点管，并及时在井点管与孔壁之间填灌砂滤层，以防止孔壁塌土；（7）通过酸值测定仪测出老空水酸度后，基于步骤（2）中探测的积水量，通过钻孔孔道向老空水中投入过量碱性中和剂反应一定时间，利用酸碱中和原理，生成的氢氧根离子
OH
‑
中和水中
H
+
，升高
pH
值的同时，重金属离子与
OH
‑
生成难溶于水的沉淀，实现净化水的目的，且沉淀留在老空区中，有一定的衬砌支护作用；（8）从地面向巷道钻孔，埋设输送管道，并与井点总管相连，便于抽出老空积水后及时泵送到地面上进行处理，防止老空水有害物质对人体及采煤作业造成伤害；巷道中的钻孔应领先于当前复采区，提前在下一个煤柱间空区中布置井点钻孔，并下放管路（即遗煤复采推进过程中应提前布置，对下一老空区采空水进行治理），进行预先井点降水工作，提高降水速率；（9）前期布置好的抽水设备开始抽水，由于采空区老空积水具有空间动态性，静水为主
、
动水补给，面积
、
水位
、
水量随时间变化，随着采煤工作面的推进，应实时对当前底板下采空区积水进行探测，便于井点布置；（
10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，其特征在于：在采空区上方巷道布置井点孔，划定抽水范围后向采空区钻孔；钻孔后测定老空水酸度，然后通过孔道向采空水投放碱性中和剂进行中和处理；自地面向下钻孔至布置巷道，下放管道与排水管相连，老空水抽出后直接经过高压水泵泵送到地面进行处理
。2.
根据权利要求1所述的治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）分析小窑巷柱式遗煤复采的可行性；（2）结合矿井原有地质
、
技术资料，勘探查明浅部遗煤分布状况，绘制浅部遗煤分布形态图以指导安全生产；结合矿井生产资料，对浅部采空区的积水高度
、
积水量和水质进行探测；（3）调查核实采空区资料，以便处理老空水时对其进行探放水；（4）掘进煤层的回采巷道，布置煤层工作面；（5）在遗留煤层的上方回风巷道中布置泵送站，进行巷道中抽水设备与回路管道架设，并从地面向巷道钻孔，埋设输送管道；（6）遗留煤层上方巷道中进行井点放线定位，布置井点：采用冲击钻钻孔
、
回转钻钻孔
、
潜水电钻钻孔中的一种钻孔方式，用泥浆护壁，孔口设置护筒，以防孔口塌方，并在一侧设排泥沟
、
泥浆坑；首先设置排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与排放总管连通，然后安装抽水设备；（7）通过酸值测定仪测出老空水酸度后，通过钻孔孔道向老空水中投入碱性中和剂反应，利用酸碱中和原理，生成的氢氧根离子
OH
‑
中和水中
H
+
，升高
pH
值的同时，重金属离子与
OH
‑
生成难溶于水的沉淀，实现净化水的目的，且沉淀留在老空区中，起到衬砌支护作用；（8）将输送管道与排放总管相连，便于抽出老空积水后及时泵送到地面上进行处理，防止老空水有害物质对人体及采煤作业造成伤害；巷道中的钻孔应领先于当前复采区，提前在下一个煤柱间采空区中布置井点钻孔，并下放管路，即针对下一采空区老空水提前布置：进行预先井点降水工作，提高降水速率；（9）前期布置好的抽水设备开始抽水，由于采空区老空积水具有空间动态性，静水为主
、
动水补给，面积
、
水位
、
水量随时间变化，随着采煤工作面的推进，应实时对当前底板下采空区积水进行探测，便于井点布置；（
10
）在残采区煤柱间积水由抽水泵抽出完成后，及时送出地面进行处理，回采工作面逐段推进；（
11
）重复步骤（5）
~
（
10
），工作面临近的下一个煤柱间采空区中的老空水被抽出，为工作面的推进提供一个无透水威胁的安全环境，工作面继续往前推进，逐渐采出遗留煤层煤炭资源
。3.
根据权利要求2所述的治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，其特征在于：所述遗留煤柱间老空水为不与地下暗河连通的积水，所指积水长期水量基本不变，受到地下水少量补充的同时有小规模流失，总体水量处于动态稳定状态；步骤（1）可行性判定方法为：开采前，通过现场调研和技术资料分析计算以及相似模拟
、
数值模拟方法结合起来，综合判别残采区遗留煤层开采的可行性
。4.
根据权利要求2所述的治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，其特征在于：步骤
（2）中通过调研矿井原有地质
、
技术资料查清煤层残采区空区群和煤柱群的宽度
、
高度，采用三维激光扫描仪精准探测刀柱式残采区空区群的分布方位
、
尺寸和体积，同时探明煤柱间空区中积水的深度
、
分布范围和体积
。5.
根据权利要求2所述的治理小窑巷柱式遗留煤柱间老空水的方法，其特征在于：步骤（4）在已经探明的残采区端部煤柱的上方布置煤层的开切眼，材料
、
管线...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭军，张洁，冯国瑞，文晓泽，于露杨，米鑫程，冯文明，王子，皇文博，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：