一种矿井强含水层的疏放水方法与流程

本发明属于煤矿水害防治与水资源利用，具体涉及一种矿井强含水层的疏放水方法。

背景技术：

1、我国西北地区分布着大面积的煤层火烧区，这些火烧区是地质历史时期煤层自燃形成的。在煤层燃烧煤炭资源湮灭损失之后，煤层顶板一定范围内的岩层经烧融、烧结、烘烤及坍塌后，形成了烧变岩。烧变岩的岩体裂隙发育连通性好，地下水水位以下富水性强，对侧帮尤其是下覆煤层开采威胁和影响极大。

2、西部矿区部分煤矿井田内发育有大范围火烧区，上部煤层全部烧变。同层煤开采遇到保护煤柱厚度不足时，侧帮烧变岩易发生突水事故，下组煤工作面进入火烧区下面时，顶板烧变岩易发生突水事故，烧变岩水害问题日益严重。如榆神矿区已查明火烧区700km2，压覆煤炭储量约为30亿t，随着矿井开采逐步由条件简单区域向条件复杂区域推进，烧变岩水害问题日益凸显。受烧变岩影响，煤矿开采过程中，大量烧变岩水进入矿井，一方面威胁矿井安全生产，另一方面给矿井增加高昂的排水费用和水处理费用，对宝贵地下水资源造成巨大的浪费。

3、为有效防治煤矿烧变岩水害和保护地下水资源，达到保障矿井安全、减少矿井涌水量和有效利用地下水资源的绿色开采目标，亟需开发一种针对烧变岩强含水层的疏放水方法，实现烧变岩水害防治与综合利用，保障煤矿绿色安全高效生产，解决西北地区普遍存在的烧变岩水害问题。

4、本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供一种矿井强含水层的疏放水方法，该方法能够克服现存关于煤层顶板水害治理技术不足，能够实现在上组煤工作面采煤塌陷区附近层位中施工一个大口径水源井，且水源井的供水量不小于100m3/h，矿从建井至关井期间无顶板水害影响，能够提高下组煤以上地层层位的控制程度，为后序塌陷区治理提供依据。

5、为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

6、一种矿井强含水层的疏放水方法，该方法包括如下步骤：

7、步骤一：根据地形地质条件，结合物探及钻探方法，确定垂直大口径疏降井的平面位置和钻孔结构，所述的垂直大口径疏降井包括单口疏降井或多口疏降联合井，所述的多口疏降联合井包括中心井和多个外围井；

8、步骤二：采用全套管全回转钻进工艺，穿透上部层位，将施工套管跟管钻进的孔底布置于强含水层底板以下位置；

9、步骤三：制作滤水套管，滤水套管长度和孔深相等，将滤水套管对应强含水层段及含水层底板以下深度处设置为可进水的花管段；

10、步骤四：将滤水套管下至孔底，上提施工套管，使施工套管底端略低于含水层底板；滤水套管外侧顺长均匀设置有多根环状注浆管和一根底部注浆管，底部注浆管穿过滤水套管底端开口处，水平或斜向布置于滤水套管内部；

11、步骤五：通过底部注浆管向滤水套管内进行注浆，将滤水套管下部注死，待注浆液凝固；

12、步骤六：滤水套管底部注浆完成后，通过环状注浆管对滤水套管外侧进行注浆，直至花管段最下端有浆液流进滤水套管中，之后停止注浆；

13、步骤七：依次拔出工具管和施工套管，同时对强含水层底部及强含水层段进行填砾，在填砾的强含水层上部环状填入一段粘土，在粘土上环状间歇注入水泥浆进行固井；

14、步骤八：在滤水套管中花管段以下一定位置下入气囊，并使气囊膨胀；

15、步骤九：在垂直大口径疏降井地面一侧确立周围确定长距离近水平井位置，长距离近水平井包括水平井引孔段和水平井疏水段；

16、步骤十：采用非开挖钻机，在地面施工水平井引孔段，并从滤水套管中气囊以下段贯穿垂直大口径疏降井，直至形成水平井疏水段；

17、步骤十一：通过非开挖钻头由水平井疏水段的疏放水孔回拖水平井套管至垂直大口径疏降井中，然后继续回拖使水平井套管由水平井引孔段拖出至地面；

18、步骤十二：松开气囊的排气阀门，使其放气后将气囊从滤水套管中提出；

19、步骤十三：将垂直大口径疏降井内的水平井套管沿滤水套管的管壁切断，在水平井引孔段一侧的断口处安装堵孔阀门；

20、步骤十四：将垂直大口径疏降井内的钻孔沉渣从滤水套管中打捞出来；

21、步骤十五：开放水平井疏水段，完成烧变岩含水层的自主疏放水。

22、步骤十中，所述的水平井疏水段的形成方式为：对于单口疏降井则连续近水平定向钻进，直至从混凝土护坡处穿出，形成水平井疏水段；对于多口疏降联合井中的中心井，连续近水平定向钻进，直至从混凝土护坡处穿出，形成水平井疏水段，对于外围井，则连续近水平定向钻进，直至连通中心井或其他外围井，形成多个水平井疏水段。

23、步骤十一中，对于所述的中心井，还包括在水平井套管与混凝土护坡的环状间隙中安装防漏卡垫。

24、步骤十一中，还包括在混凝土护坡处固定水平井套管，并在水平井套管管口处安装阀门。

25、步骤十三中，还包括将垂直大口径疏降井与长距离近水平井的连接处进行焊接。

26、所述的多口疏降联合井中，所述的中心井的烧变岩含水层的水位最高，烧变岩底板以上含水层吃水深度最大。

27、步骤十中，所述的外围井的水平井疏水段与所述的中心井的花管段下方的滤水套管相连通，且外围井的水平井疏水段的疏放水孔高于中心井的水平井引孔段的出口处。

28、所述的步骤一中的垂直大口径疏降井的钻孔结构至少包括工具管和施工套管，其中工具管钻进至基岩以下，施工套管钻至烧变岩底板以下；在施工套管内部设置有滤水管套，滤水管套与施工套管齐平。

29、所述的步骤三中的花管段位于滤水套管在孔内烧变岩段及烧变岩以下3m，形成滤水段。

30、所述的步骤十，在水平井疏水段的疏放水孔处刷坡开挖，之后回填浇筑混凝土护坡。

31、本发明与现有技术相比，具有以下技术优势：

32、1、本发明改变了传统的烧变岩水害防治思路，将烧变岩水井下疏放方式改为地面超前疏放，预先降低了烧变岩水头，减少了烧变岩水对煤炭开采的威胁。

33、2、本发明实现了烧变岩水的治用结合，将地面超前疏放的洁净烧变岩水进行生产、灌溉利用或补给地表河流，大幅度减少了煤矿井下疏放水量、降低了煤矿抽排水费用和水处理的费用。

34、3、本发明的烧变岩强含水层疏放水方法实现了烧变岩水的自流排水，无需泵组抽排，运行过程绿色、高效、环保、安全。

35、4、同时满足煤层工作面采煤塌陷区域治理、生态修复用水需要，能够实现在上组煤工作面采煤塌陷区附近层位单口井疏放供水量不小于100m3/h。

36、5、实现上组煤工作面采煤塌陷区附近层位中心井自流排水。

37、6、还可通过水平定向钻，结合地形、地质条件，实现将多口垂直大口径疏降井联动，实现工作面采煤塌陷区治理及生态修复。

技术实现思路

技术特征：

1.一种矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：步骤十中，所述的水平井疏水段(7)的形成方式为：对于单口疏降井则连续近水平定向钻进，直至从混凝土护坡(9)处穿出，形成水平井疏水段(7)；对于多口疏降联合井中的中心井，连续近水平定向钻进，直至从混凝土护坡(9)处穿出，形成水平井疏水段(7)，对于外围井，则连续近水平定向钻进，直至连通中心井或其他外围井，形成多个水平井疏水段(7)。

3.如权利要求2所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：步骤十一中，对于所述的中心井，还包括在水平井套管(8)与混凝土护坡(9)的环状间隙中安装防漏卡垫(10)。

4.如权利要求3所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：步骤十一中，还包括在混凝土护坡(9)处固定水平井套管(8)，并在水平井套管(8)管口处安装阀门(11)。

5.如权利要求2所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：步骤十三中，还包括将垂直大口径疏降井(1)与长距离近水平井的连接处进行焊接。

6.如权利要求2所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：所述的多口疏降联合井中，所述的中心井的烧变岩含水层的水位最高，烧变岩底板以上含水层吃水深度最大。

7.如权利要求2所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：步骤十中，所述的外围井的水平井疏水段(7)与所述的中心井的花管段(1-2)下方的滤水套管(1-1)相连通，且外围井的水平井疏水段(7)的疏放水孔高于中心井的水平井引孔段(6)的出口处。

8.如权利要求1所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：所述的步骤一中的垂直大口径疏降井(1)的钻孔结构至少包括工具管(12)和施工套管(2)，其中工具管(12)钻进至基岩以下，施工套管(2)钻至烧变岩底板以下；在施工套管(2)内部设置有滤水管套(1-1)，滤水管套(1-1)与施工套管(2)齐平。

9.如权利要求1所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：所述的步骤三中的花管段(1-2)位于滤水套管(1-1)在孔内烧变岩段及烧变岩以下3m，形成滤水段。

10.如权利要求2所述的矿井强含水层的疏放水方法，其特征在于：所述的步骤十，在水平井疏水段(7)的疏放水孔处刷坡开挖，之后回填浇筑混凝土护坡(9)。

技术总结
本发明公开了一种矿井强含水层的疏放水方法，包括步骤一：确定垂直大口径疏降井的位置和钻孔结构；步骤二：跟管钻进开挖垂直井至强含水层底板以下；步骤三：制作滤水套管；步骤四：下放滤水套管，布设注浆管；步骤五～七：填砾注浆固井；步骤八：下入气囊并充气；步骤九：确定长距离近水平井位置；步骤十：开挖水平井引孔段和水平井疏水段；步骤十一：回拖水平井套管；步骤十二：取出气囊；步骤十三：切断垂直井内的水平井套管；步骤十四：打捞沉渣；步骤十五：开放水平井疏水段。本发明垂直大口径疏降井以及多口疏降联合井，实现了烧变岩水的治用结合，烧变岩水可自流排水，降低烧变岩水头，减少烧变岩水对煤炭开采的威胁，降低治水排水成本。

技术研发人员：姬中奎,胡俭,陈盼,杨帆,薛小渊,张池,韩强,任智智,王海,贺晓忠
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13