阅读说明：本技术 一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法 (Water prevention and control protection method for safe excavation of water-rich coal seam section of vertical shaft ) 是由 王春刚 方刚 高栓文 刘洋 王宇 梁向阳 徐圣集 黄浩 李博 魏瀚昆 武永强 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法,包括以下步骤：S1：立井井筒马头门与其上方40m之间的区域为待注浆堵水区域,对待注浆堵水区域内的壁间及壁后环形空间进行充填注浆；S2：在待注浆堵水区域周边施工一定数量的疏水泄压钻孔；S3：对富水煤层内待掘马头门两帮及迎头影响范围内施工一定数量的注浆孔,采用水泥基注浆料对煤层裂隙进行注浆改造,形成注浆改造区域；S4：对注浆改造区域施工检查孔,通过单孔压水试验、出水量、注浆圈内外水压差综合分析注浆效果,不满足要求的通过检查孔进行补充注浆。本发明经济投入相对较少,工期较短,有助于矿井加快基础设施建设的时间要求。(The invention discloses a water prevention and control protection method for safe excavation of a water-rich coal seam section of a vertical shaft, which comprises the following steps: s1: the area between the ingate of the vertical shaft and the area 40m above the ingate is a water plugging area to be grouted, and annular spaces between walls and behind the walls in the water plugging area to be grouted are filled and grouted; s2: constructing a certain number of drainage pressure relief drill holes at the periphery of a water plugging area to be grouted; s3: constructing a certain number of grouting holes in the water-rich coal seam within the influence range of the two sides of the to-be-dug horse head and head-on, and performing grouting transformation on the coal seam crack by adopting cement-based grouting material to form a grouting transformation area; s4: and (3) comprehensively analyzing the grouting effect through a single-hole water pressure test, the water yield and the difference between the internal water pressure and the external water pressure of the grouting ring for the grouting reconstruction area construction inspection hole, and performing supplementary grouting through the inspection hole which does not meet the requirements. The invention has relatively less economic investment and shorter construction period, and is favorable for the time requirement of accelerating the infrastructure construction of the mine.)

一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法

技术领域

本发明属于立井井筒施工技术领域，具体涉及一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法。

背景技术

在我国煤矿井筒施工过程中，为防止地下含水层段进入掘进工作面影响安全生产，往往采用冻结法施工工艺将地层冷冻，而后进行井筒掘进，其成本高，且由于设计深度问题，尤其是立井井筒，往往难以进行整个井筒段冷冻。在我国鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田的榆横北区内，近年来发现存在富水煤层，进而对矿井在建设、生产过程中带来相关的水害问题。由于以往认识中对煤层段认为其为致密的不含水沉积体，而区内矿井在建设过程中，还按照以往立井井筒掘进时进行设计施工，并未对井筒全段进行冻结，因此，在掘进至井筒煤层段时，发生突水，而现场排水能力有限，将对矿井及人员安全带来威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法，其结构要点在于：包括以下步骤：

S1：立井井筒马头门与其上方40m之间的区域为待注浆堵水区域，对待注浆堵水区域内的壁间及壁后环形空间进行充填注浆，避免煤层水封堵后水位上升，加速上段冻结层段的冻结孔及冻结壁的解冻速度；

S2：在待注浆堵水区域周边施工一定数量的疏水泄压钻孔，通过集中放水截流，降低待注浆堵水区域内的煤层水压力，并在注浆过程中起到引流注浆的作用；

S3：对富水煤层内待掘马头门两帮及迎头影响范围内施工一定数量的注浆孔，采用水泥基注浆料对煤层裂隙进行注浆改造，形成注浆改造区域，单孔注浆过程采用全孔段注浆的方法，注浆孔在煤层顶板砂岩中开孔，并在砂岩中下止水套管；

S4：对注浆改造区域施工检查孔，通过单孔压水试验、出水量、注浆圈内外水压差综合分析注浆效果，不满足要求的通过检查孔进行补充注浆。

与现有技术相比，本发明经济投入相对较少，工期较短，有助于矿井加快基础设施建设的时间要求。

附图说明

图1为本发明立井井筒马头门泄压钻孔布置平面图；

图2为本发明立井井筒马头门泄压钻孔设计剖面图；

图3为本发明立井井筒马头门泄压钻孔开孔示意图；

图4为本发明立井井筒马头门注浆钻孔布置平面图；

图5为本发明立井井筒马头门注浆钻孔设计剖面图；

图6为本发明立井井筒马头门注浆钻孔开孔位置示意图；

图7为本发明立井井筒马头门注浆堵水预期效果示意图；

图8为本发明巴拉素煤矿副立井马头门帷幕注浆效果平面示意图；

图9为本发明巴拉素煤矿副立井马头门帷幕注浆效果剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案，一种立井井筒过富水煤层段安全掘进防治水保护方法，包括以下步骤：

S1：立井井筒马头门与其上方40m之间的区域为待注浆堵水区域，对待注浆堵水区域内的壁间及壁后环形空间进行充填注浆，避免煤层水封堵后水位上升，加速上段冻结层段的冻结孔及冻结壁的解冻速度；

S2：在待注浆堵水区域周边施工一定数量的疏水泄压钻孔，通过集中放水截流，降低待注浆堵水区域内的煤层水压力，并在注浆过程中起到引流注浆的作用；

S3：对富水煤层内待掘马头门两帮及迎头影响范围内施工一定数量的注浆孔，采用水泥基注浆料对煤层裂隙进行注浆改造，形成注浆改造区域，单孔注浆过程采用全孔段注浆的方法，注浆孔在煤层顶板砂岩中开孔，并在砂岩中下止水套管；

S4：对注浆改造区域施工检查孔，通过单孔压水试验、出水量、注浆圈内外水压差综合分析注浆效果，不满足要求的通过检查孔进行补充注浆。

请参阅图8-9，应用于我国陕北侏罗纪煤田榆横北区巴拉素煤矿副立井马头门注浆堵水工程中，取得良好的应用效果。通过本发明中相关钻探、注浆方法，首次成功实现区内富水煤层封堵工程。该矿井副立井井筒总涌水量由最初的150m³/h(最高200m³/h)衰减至当前的11m³/h，注浆堵水率为93％，从矿井防治水角度出发，可保证井筒继续安全掘进施工。

榆横北区内矿井均为整装井田，目前大多数基本处于勘探、建设阶段，对于未生产矿井，其各项设施均不完善，尤其是矿井排水系统、水处理系统等，矿井水及深层地下水矿化度高，外排将将污染环境，但矿井煤层富水则必须进行疏放，因此，采用本发明中提到的注浆手段进行煤层水害防治，可解决区内基建矿井所面临的多重难题，而在矿井各项设施完备后，进入生产阶段，自身可满足大量井下水外排、矿井水处理等需求，届时煤层水害可进行长期疏放，满足安全生产要求。本发明中的方法技术相比冻结法施工，其经济投入相对较少，工期较短，有助于矿井加快基础设施建设的时间要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。