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> 含水裂隙巖層改造后的超前探水方法
1963
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中國礦業(yè)大學(xué)
權(quán)利要求
1.含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：包括如下步驟：
步驟S1：在進(jìn)入超前探水范圍內(nèi)，以電法物探方法對掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探測，通過巖體電阻率獲取掘進(jìn)工作面前方巖體的水文地質(zhì)構(gòu)造情況；
步驟S2：在防水巖帽或防水閘墻(1)的防護(hù)下，將安裝有止水閥門(8)的止水套管(7)固定在防水巖帽或防水閘墻(1)上，止水套管(7)貫穿并固定于防水巖帽或防水閘墻(1)；
步驟S3：在防水巖帽或防水閘墻(1)的防護(hù)下，在井筒(3)掘進(jìn)工作面布置探水鉆機(jī)(4)，沿掘進(jìn)工作面向含水裂隙巖層(2)分別超前施工多個探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)；
步驟S4：利用步驟3超前施工的探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)，對含水裂隙巖層(2)進(jìn)行不同方式預(yù)裂，導(dǎo)通含水裂隙巖層(2)范圍內(nèi)各個鉆孔與含水裂隙巖層(2)巖體之間的滲流通道；
步驟S5：通過不同預(yù)裂方式對含水裂隙巖層(2)預(yù)裂改造，若含水層水壓較大，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層(2)裂隙水沿探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)流出，若含水層水壓較小，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層(2)裂隙水無法沿探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)返流出掘進(jìn)工作面孔口，需采用抽水試驗(yàn)確定含水裂隙巖層(2)的富水情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步驟S1中的掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域范圍為100m，電法物探方法采用直流電法儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步驟S2中安裝有止水閥門(8)的止水套管(7)，其內(nèi)直徑為100mm，外直徑為114mm，止水套管(7)的長度大于防水巖帽或防水閘墻(1)的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步驟S3中工作面預(yù)注漿鉆孔(6)同時作為超前探水和后續(xù)注漿封堵裂隙水的功能，多個探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)與豎直方向的傾斜角度均小于10°，且多個探水鉆孔(5)和工作面預(yù)注漿鉆孔(6)與止水套管(7)的傾斜角度一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步驟S4中不同方式預(yù)裂為炸藥爆破和射孔彈爆炸中的一種，炸藥爆破和射孔彈爆炸的能量根據(jù)巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)和爆破范圍決定，巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)由室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)確定，爆破范圍由探水鉆孔(5)和預(yù)注漿鉆孔(6)密度決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：所述步驟S5中采用容積法和流速儀測量方法對含水裂隙巖層(2)涌水量進(jìn)行測定，直觀而準(zhǔn)確地獲取含水裂隙巖層(2)的水量信息，進(jìn)而做出超前探水判斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，其特征在于：在所述步驟S5過程中，采用地震探測儀對各個時間段進(jìn)行地震量級、位置和時間段的實(shí)時記錄。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及礦山工程施工安全技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種含水裂隙巖層改造后的超前探水方法。
背景技術(shù)
目前，在深部地下工程(井筒或巷道)施工過程中往往需要穿越含水裂隙巖層。由于裂隙賦存的復(fù)雜性，掘進(jìn)工作面前方的富水評價一直是地下工程施工的重點(diǎn)難題。為保障施工安全，煤礦防治水技術(shù)要求“有掘必探，先探后掘”。對于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，在進(jìn)入探水范圍內(nèi)，必須以鉆探為主，物探相輔助的探放水要求。
但是，采用鉆探和物探技術(shù)進(jìn)行超前探水都有其自身的不足：現(xiàn)有物探大多采用電法勘探，在許多情況下，由于巖礦地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及其他金屬設(shè)施等干擾因素，單一物理參數(shù)勘探方法往往不易獲得確定的探水結(jié)果；采用鉆探技術(shù)無疑增加了探水結(jié)果的確定性，但鉆孔數(shù)量有限而導(dǎo)致鉆探穿越的巖層區(qū)域有限。因此，即使采用鉆探和物探相結(jié)合進(jìn)行含水裂隙巖層的超前探水，仍存在突水事故的可能性。水害一直是煤礦“五大災(zāi)害”之一，具有事故發(fā)生面廣，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，事故救援難度大，恢復(fù)生產(chǎn)時間長等特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，既減少探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔的數(shù)量，降低鉆孔的施工密度，節(jié)省鉆孔施工工期和費(fèi)用，又在提高超前探水效率的同時，還提高了含水裂隙巖層超前探水結(jié)果的可靠性，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，包括如下步驟：
步驟S1：在進(jìn)入超前探水范圍后內(nèi)，以電法物探方法對掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探測，通過巖體電阻率變化獲取掘進(jìn)工作面前方巖體的水文地質(zhì)構(gòu)造情況；
步驟S2：在防水巖帽或防水閘墻的防護(hù)下，將安裝有止水閥門的止水套管固定在防水巖帽或防水閘墻上，止水套管貫穿并固定于防水巖帽或防水閘墻；
步驟S3：在防水巖帽或防水閘墻的防護(hù)下，在井筒掘進(jìn)工作面布置探水鉆機(jī)，沿掘進(jìn)工作面向含水裂隙巖層分別超前施工多個探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔；
步驟S4：利用步驟超前施工的探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔，對含水裂隙巖層進(jìn)行不同方式預(yù)裂，導(dǎo)通含水裂隙巖層范圍內(nèi)各個鉆孔與含水裂隙巖層巖體之間的滲流通道；
步驟S5：通過不同預(yù)裂方式對含水裂隙巖層預(yù)裂改造，若含水層水壓較大，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層裂隙水沿探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔流出，若含水層水壓較小，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層裂隙水無法沿探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔返流出掘進(jìn)工作面孔口，需采用抽水試驗(yàn)確定含水裂隙巖層的富水情況。
作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟S1中的掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域范圍為100m，電法物探方法采用直流電法儀。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟S2中安裝有止水閥門的止水套管，其內(nèi)直徑為100mm，外直徑為114mm，止水套管的長度大于防水巖帽或防水閘墻的深度。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟S3中工作面預(yù)注漿鉆孔同時作為超前探水和后續(xù)注漿封堵裂隙水的功能，多個探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔與豎直方向的傾斜角度均小于10°，且多個探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔與止水套管的傾斜角度一致。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟S4中不同方式預(yù)裂為炸藥爆破和射孔彈爆炸中的一種，炸藥爆破和射孔彈爆炸的能量根據(jù)巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)和爆破范圍決定，巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)由室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)確定，爆破范圍由探水鉆孔和預(yù)注漿鉆孔密度決定。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟S5中采用容積法和流速儀測量方法對含水裂隙巖層涌水量進(jìn)行測定，直觀而準(zhǔn)確地獲取含水裂隙巖層的水量信息，進(jìn)而做出超前探水判斷。
作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：在所述步驟S5過程中，采用地震探測儀對各個時間段進(jìn)行地震量級、位置和時間段的實(shí)時記錄。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：采用電法物探方法為輔，使用炸藥爆破、射孔彈爆炸技術(shù)對含水裂隙巖層進(jìn)行預(yù)裂改造，再根據(jù)預(yù)裂改造后的探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔對含水裂隙巖層進(jìn)行超前探水，既減少探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔的數(shù)量，降低鉆孔的施工密度，節(jié)省鉆孔施工工期和費(fèi)用，又在提高超前探水效率的同時，還提高了含水裂隙巖層超前探水結(jié)果的可靠性；另外，含水裂隙巖層預(yù)裂改造后，可大幅地提高后續(xù)工作面預(yù)注漿鉆孔的滲透性，提高工作面預(yù)注漿鉆孔封堵裂隙水的效果，有效地防止突水事故的發(fā)生，具有重要工程實(shí)踐意義。
附圖說明
圖1為一種含水裂隙巖層改造后的超前探水方法的施工圖。
圖中標(biāo)記：1、防水巖帽或防水閘墻；2、含水裂隙巖層；3、井筒；4、探水鉆機(jī)；5、探水鉆孔；6、工作面預(yù)注漿鉆孔；7、止水套管；8、止水閥門。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種含水裂隙巖層改造后的超前探水方法，
包括如下步驟：
步驟S1：在進(jìn)入超前探水范圍后內(nèi)，以電法物探方法對掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探測，通過巖體電阻率變化獲取掘進(jìn)工作面前方巖體的水文地質(zhì)構(gòu)造情況；
步驟S2：在防水巖帽或防水閘墻的防護(hù)下，將安裝有止水閥門的止水套管固定在防水巖帽或防水閘墻上，止水套管貫穿并固定于防水巖帽或防水閘墻；
步驟S3：在防水巖帽或防水閘墻的防護(hù)下，在井筒掘進(jìn)工作面布置探水鉆機(jī)，沿掘進(jìn)工作面向含水裂隙巖層分別超前施工多個探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔；
步驟S4：利用步驟超前施工的探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔，對含水裂隙巖層進(jìn)行不同方式預(yù)裂，導(dǎo)通含水裂隙巖層范圍內(nèi)各個鉆孔與含水裂隙巖層巖體之間的滲流通道；
步驟S5：通過不同預(yù)裂方式對含水裂隙巖層預(yù)裂改造，若含水層水壓較大，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層裂隙水沿探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔流出，若含水層水壓較小，預(yù)裂改造后的含水裂隙巖層裂隙水無法沿探水鉆孔和工作面預(yù)注漿鉆孔返流出掘進(jìn)工作面孔口，需采用抽水試驗(yàn)確定含水裂隙巖層的富水情況。
步驟S1中的掘進(jìn)工作面前方水文地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域范圍為100m，電法物探方法采用直流電法儀；步驟S2中安裝有止水閥門8的止水套管7，其內(nèi)直徑為100mm，外直徑為114mm，止水套管7的長度大于防水巖帽或防水閘墻1的深度；步驟S3中工作面預(yù)注漿鉆孔6同時作為超前探水和后續(xù)注漿封堵裂隙水的功能，多個探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6與豎直方向的傾斜角度均小于10°，且多個探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6與止水套管7的傾斜角度一致；所述步驟S4中不同方式預(yù)裂為炸藥爆破和射孔彈爆炸中的一種，炸藥爆破和射孔彈爆炸的能量根據(jù)巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)和爆破范圍決定，巖石堅硬程度、物理力學(xué)參數(shù)由室內(nèi)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)確定，爆破范圍由探水鉆孔和預(yù)注漿鉆孔密度決定；步驟S5中采用容積法和流速儀測量方法對含水裂隙巖層2涌水量進(jìn)行測定，直觀而準(zhǔn)確地獲取含水裂隙巖層2的水量信息，進(jìn)而做出超前探水判斷。
步驟S1中由直流電法儀測得各個掘進(jìn)工作面地質(zhì)的電阻率ρ，電阻率ρ的公式如下：
式中，R為電阻，S為單位橫截面積，L為單位長度，ΔU為電壓變化值，I為電流值；由電阻率ρ確定掘進(jìn)工作面前方巖體的地質(zhì)構(gòu)造情況。
防水巖帽或防水閘墻1頂部至含水裂隙巖層2頂部的距離為鉆孔超前距，鉆孔超前距和止水套管7長度由含水裂隙巖層2水壓p確定，如下表所示：
超前探水鉆孔超前距和止水套管長度
探水鉆機(jī)4的探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6直徑不得小于94mm，探水鉆孔5的數(shù)量及布置形式根據(jù)煤礦防治水細(xì)則規(guī)定確定；工作面預(yù)注漿鉆孔6的數(shù)量及布置形式由建井技術(shù)確定；探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6的深度以穿過含水裂隙巖層5m-10m為宜。
在步驟S5過程中，采用地震探測儀對各個時間段進(jìn)行地震量級、位置和時間段的實(shí)時記錄，以便根據(jù)基礎(chǔ)安全需求隨時停止各個步驟。
本發(fā)明的工作原理是：采用電法物探方法為輔，使用炸藥爆破、射孔彈爆炸技術(shù)對含水裂隙巖層進(jìn)行預(yù)裂改造，再根據(jù)預(yù)裂改造后的探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6對含水裂隙巖層2進(jìn)行超前探水，既減少探水鉆孔5和工作面預(yù)注漿鉆孔6的數(shù)量，降低鉆孔的施工密度，節(jié)省鉆孔施工工期和費(fèi)用，又在提高超前探水效率的同時，還提高了含水裂隙巖層2超前探水結(jié)果的可靠性；另外，含水裂隙巖層2預(yù)裂改造后，可大幅地提高后續(xù)工作面預(yù)注漿鉆孔6的滲透性，提高工作面預(yù)注漿鉆孔6封堵裂隙水的效果，有效地防止突水事故的發(fā)生，具有重要工程實(shí)踐意義。
以上所述僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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