含水裂隙岩层改造后的超前探水方法

2033 编辑：中冶有色技术网来源：中国矿业大学

2022-01-05 11:03:57

权利要求

1.含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：在进入超前探水范围内，以电法物探方法对掘进工作面前方水文地质复杂区域进行地质构造探测，通过岩体电阻率获取掘进工作面前方岩体的水文地质构造情况；

步骤S2：在防水岩帽或防水闸墙(1)的防护下，将安装有止水阀门(8)的止水套管(7)固定在防水岩帽或防水闸墙(1)上，止水套管(7)贯穿并固定于防水岩帽或防水闸墙(1)；

步骤S3：在防水岩帽或防水闸墙(1)的防护下，在井筒(3)掘进工作面布置探水钻机(4)，沿掘进工作面向含水裂隙岩层(2)分别超前施工多个探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)；

步骤S4：利用步骤3超前施工的探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)，对含水裂隙岩层(2)进行不同方式预裂，导通含水裂隙岩层(2)范围内各个钻孔与含水裂隙岩层(2)岩体之间的渗流通道；

步骤S5：通过不同预裂方式对含水裂隙岩层(2)预裂改造，若含水层水压较大，预裂改造后的含水裂隙岩层(2)裂隙水沿探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)流出，若含水层水压较小，预裂改造后的含水裂隙岩层(2)裂隙水无法沿探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)返流出掘进工作面孔口，需采用抽水试验确定含水裂隙岩层(2)的富水情况。

2.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步骤S1中的掘进工作面前方水文地质复杂区域范围为100m，电法物探方法采用直流电法仪。

3.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步骤S2中安装有止水阀门(8)的止水套管(7)，其内直径为100mm，外直径为114mm，止水套管(7)的长度大于防水岩帽或防水闸墙(1)的深度。

4.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步骤S3中工作面预注浆钻孔(6)同时作为超前探水和后续注浆封堵裂隙水的功能，多个探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)与竖直方向的倾斜角度均小于10°，且多个探水钻孔(5)和工作面预注浆钻孔(6)与止水套管(7)的倾斜角度一致。

5.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步骤S4中不同方式预裂为炸药爆破和射孔弹爆炸中的一种，炸药爆破和射孔弹爆炸的能量根据岩石坚硬程度、物理力学参数和爆破范围决定，岩石坚硬程度、物理力学参数由室内岩石物理力学性质试验确定，爆破范围由探水钻孔(5)和预注浆钻孔(6)密度决定。

6.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步骤S5中采用容积法和流速仪测量方法对含水裂隙岩层(2)涌水量进行测定，直观而准确地获取含水裂隙岩层(2)的水量信息，进而做出超前探水判断。

7.根据权利要求1所述的含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，其特征在于：在所述步骤S5过程中，采用地震探测仪对各个时间段进行地震量级、位置和时间段的实时记录。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山工程施工安全技术领域，具体是一种含水裂隙岩层改造后的超前探水方法。

背景技术

目前，在深部地下工程(井筒或巷道)施工过程中往往需要穿越含水裂隙岩层。由于裂隙赋存的复杂性，掘进工作面前方的富水评价一直是地下工程施工的重点难题。为保障施工安全，煤矿防治水技术要求“有掘必探，先探后掘”。对于水文地质条件复杂的区域，在进入探水范围内，必须以钻探为主，物探相辅助的探放水要求。

但是，采用钻探和物探技术进行超前探水都有其自身的不足：现有物探大多采用电法勘探，在许多情况下，由于岩矿地质条件的复杂性以及其他金属设施等干扰因素，单一物理参数勘探方法往往不易获得确定的探水结果；采用钻探技术无疑增加了探水结果的确定性，但钻孔数量有限而导致钻探穿越的岩层区域有限。因此，即使采用钻探和物探相结合进行含水裂隙岩层的超前探水，仍存在突水事故的可能性。水害一直是煤矿“五大灾害”之一，具有事故发生面广，经济损失严重，事故救援难度大，恢复生产时间长等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，既减少探水钻孔和工作面预注浆钻孔的数量，降低钻孔的施工密度，节省钻孔施工工期和费用，又在提高超前探水效率的同时，还提高了含水裂隙岩层超前探水结果的可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，包括如下步骤：

步骤S1：在进入超前探水范围后内，以电法物探方法对掘进工作面前方水文地质复杂区域进行地质构造探测，通过岩体电阻率变化获取掘进工作面前方岩体的水文地质构造情况；

步骤S2：在防水岩帽或防水闸墙的防护下，将安装有止水阀门的止水套管固定在防水岩帽或防水闸墙上，止水套管贯穿并固定于防水岩帽或防水闸墙；

步骤S3：在防水岩帽或防水闸墙的防护下，在井筒掘进工作面布置探水钻机，沿掘进工作面向含水裂隙岩层分别超前施工多个探水钻孔和工作面预注浆钻孔；

步骤S4：利用步骤超前施工的探水钻孔和工作面预注浆钻孔，对含水裂隙岩层进行不同方式预裂，导通含水裂隙岩层范围内各个钻孔与含水裂隙岩层岩体之间的渗流通道；

步骤S5：通过不同预裂方式对含水裂隙岩层预裂改造，若含水层水压较大，预裂改造后的含水裂隙岩层裂隙水沿探水钻孔和工作面预注浆钻孔流出，若含水层水压较小，预裂改造后的含水裂隙岩层裂隙水无法沿探水钻孔和工作面预注浆钻孔返流出掘进工作面孔口，需采用抽水试验确定含水裂隙岩层的富水情况。

作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中的掘进工作面前方水文地质复杂区域范围为100m，电法物探方法采用直流电法仪。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S2中安装有止水阀门的止水套管，其内直径为100mm，外直径为114mm，止水套管的长度大于防水岩帽或防水闸墙的深度。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S3中工作面预注浆钻孔同时作为超前探水和后续注浆封堵裂隙水的功能，多个探水钻孔和工作面预注浆钻孔与竖直方向的倾斜角度均小于10°，且多个探水钻孔和工作面预注浆钻孔与止水套管的倾斜角度一致。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S4中不同方式预裂为炸药爆破和射孔弹爆炸中的一种，炸药爆破和射孔弹爆炸的能量根据岩石坚硬程度、物理力学参数和爆破范围决定，岩石坚硬程度、物理力学参数由室内岩石物理力学性质试验确定，爆破范围由探水钻孔和预注浆钻孔密度决定。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S5中采用容积法和流速仪测量方法对含水裂隙岩层涌水量进行测定，直观而准确地获取含水裂隙岩层的水量信息，进而做出超前探水判断。

作为本发明再进一步的方案：在所述步骤S5过程中，采用地震探测仪对各个时间段进行地震量级、位置和时间段的实时记录。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用电法物探方法为辅，使用炸药爆破、射孔弹爆炸技术对含水裂隙岩层进行预裂改造，再根据预裂改造后的探水钻孔和工作面预注浆钻孔对含水裂隙岩层进行超前探水，既减少探水钻孔和工作面预注浆钻孔的数量，降低钻孔的施工密度，节省钻孔施工工期和费用，又在提高超前探水效率的同时，还提高了含水裂隙岩层超前探水结果的可靠性；另外，含水裂隙岩层预裂改造后，可大幅地提高后续工作面预注浆钻孔的渗透性，提高工作面预注浆钻孔封堵裂隙水的效果，有效地防止突水事故的发生，具有重要工程实践意义。

附图说明

图1为一种含水裂隙岩层改造后的超前探水方法的施工图。

图中标记：1、防水岩帽或防水闸墙；2、含水裂隙岩层；3、井筒；4、探水钻机；5、探水钻孔；6、工作面预注浆钻孔；7、止水套管；8、止水阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种含水裂隙岩层改造后的超前探水方法，

包括如下步骤：

步骤S2：在防水岩帽或防水闸墙的防护下，将安装有止水阀门的止水套管固定在防水岩帽或防水闸墙上，止水套管贯穿并固定于防水岩帽或防水闸墙；

步骤S1中的掘进工作面前方水文地质复杂区域范围为100m，电法物探方法采用直流电法仪；步骤S2中安装有止水阀门8的止水套管7，其内直径为100mm，外直径为114mm，止水套管7的长度大于防水岩帽或防水闸墙1的深度；步骤S3中工作面预注浆钻孔6同时作为超前探水和后续注浆封堵裂隙水的功能，多个探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6与竖直方向的倾斜角度均小于10°，且多个探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6与止水套管7的倾斜角度一致；所述步骤S4中不同方式预裂为炸药爆破和射孔弹爆炸中的一种，炸药爆破和射孔弹爆炸的能量根据岩石坚硬程度、物理力学参数和爆破范围决定，岩石坚硬程度、物理力学参数由室内岩石物理力学性质试验确定，爆破范围由探水钻孔和预注浆钻孔密度决定；步骤S5中采用容积法和流速仪测量方法对含水裂隙岩层2涌水量进行测定，直观而准确地获取含水裂隙岩层2的水量信息，进而做出超前探水判断。

步骤S1中由直流电法仪测得各个掘进工作面地质的电阻率ρ，电阻率ρ的公式如下：

式中，R为电阻，S为单位横截面积，L为单位长度，ΔU为电压变化值，I为电流值；由电阻率ρ确定掘进工作面前方岩体的地质构造情况。

防水岩帽或防水闸墙1顶部至含水裂隙岩层2顶部的距离为钻孔超前距，钻孔超前距和止水套管7长度由含水裂隙岩层2水压p确定，如下表所示：

超前探水钻孔超前距和止水套管长度

探水钻机4的探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6直径不得小于94mm，探水钻孔5的数量及布置形式根据煤矿防治水细则规定确定；工作面预注浆钻孔6的数量及布置形式由建井技术确定；探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6的深度以穿过含水裂隙岩层5m-10m为宜。

在步骤S5过程中，采用地震探测仪对各个时间段进行地震量级、位置和时间段的实时记录，以便根据基础安全需求随时停止各个步骤。

本发明的工作原理是：采用电法物探方法为辅，使用炸药爆破、射孔弹爆炸技术对含水裂隙岩层进行预裂改造，再根据预裂改造后的探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6对含水裂隙岩层2进行超前探水，既减少探水钻孔5和工作面预注浆钻孔6的数量，降低钻孔的施工密度，节省钻孔施工工期和费用，又在提高超前探水效率的同时，还提高了含水裂隙岩层2超前探水结果的可靠性；另外，含水裂隙岩层2预裂改造后，可大幅地提高后续工作面预注浆钻孔6的渗透性，提高工作面预注浆钻孔6封堵裂隙水的效果，有效地防止突水事故的发生，具有重要工程实践意义。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。