具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1和图2，本发明提供了一种矿山地下极强动水过水通道地面封堵水方法，包括：

S1、获取地下过水通道的位置及几何尺寸，地下过水通道的位置及几何尺寸可以通过地质资料与物探资料确定，此为现有技术，对此不再赘述；

S2、根据所述地下过水通道的位置，完成通向所述地下过水通道上方岩层的爆破钻孔1，本实施例中，钻井方法采用定向钻井，定向钻井技术可以使钻孔沿着预先设计的方向和轨迹钻达目标位置，钻孔自动纠偏，快速完成堵水钻孔施工；

S3、向所述爆破钻孔1内装填炸药并引爆，以使所述地下过水通道上方的岩层崩塌，崩塌下来的岩石块堆积在所述地下过水通道内以形成封堵所述地下过水通道的岩块堵水体2。

爆破形成的岩块堵水体2具有下部岩石块度大、上部块度小的特点，部分爆破崩落的岩块的长度可以达到1m以上，大块岩石垮落可以较好抵抗动水冲刷作用。岩块堵水体2的作用主要有两方面，一方面是堵水，另一方面是利用爆破形成的大块岩石堆阻挡后期投入的堵水材料(将在后文详述)，从而有效减少动水流动对堵水材料的冲走量。

本发明通过实施爆破钻孔1，从而便于将炸药放置到地下过水通道上方的岩层中，通过引爆炸药使地下过水通道上方的岩层崩塌，从而通过崩塌下来的岩石块封堵所述地下过水通道，由于崩塌下来的岩石块体积大、其崩塌过程迅速，因此可防止岩石块被水流冲走，从而可有效、快速地封堵地下极强动水过水通道。

为了确定炸药的安装位置，可以通过理论分析确定炸药的安装位置，具体推算过程如下：

(1)通过物探资料获取地下过水通道的过水断面的空间高度为M，通过地质资料获取过水通道顶面上覆第1层岩石厚度M₁、碎胀系数K₁、第2层岩石厚度M₂、碎胀系数K₂……，第n层岩石厚度M_n、碎胀系数K_n。

(2)假设第n层岩层崩落厚度为M_x时，崩落的岩石可以将过水断面空间高度与崩落岩石空间高度充填满，则第n层岩层需要崩落的高度M_x为：

(3)从而可得出过水通道顶板上覆岩层需要崩落的总高度H为：

(4)爆破孔压碎圈半径需要大于H/2，由此可计算出爆破钻孔内装填炸药的安装位置：

上述式中，h为装填炸药的位置与地下过水通道的顶面上方的距离，M_i为地下过水通道上方第i层岩石的厚度，M为过水断面的高度，K_i为地下过水通道上方第i层岩石的碎胀系数，K_n为地下过水通道上方第n层岩石的碎胀系数，n为封堵所述地下过水通道所需要崩落的岩石层的层数，i为大于0的自然数。

确定爆破钻孔1内装填炸药的安装位置后，再在此基础上确定装药量等爆破参数，此为现有技术，对此不再赘述。

为了防止爆破钻孔1垮塌，请参照图1-图4，在一优选的实施例中，所述步骤S1包括：

S11、在地表第四系地层3内完成一级爆破钻孔11；

S12、向所述一级爆破钻孔11内下入爆破套管12、并固井，从而可防止松散的第四系地层3内钻开的一级爆破钻孔11垮塌；

S13、在一级爆破钻孔11下方的基岩地层中完成通向所述地下过水通道上方岩层的二级爆破钻孔13，由于二级爆破钻孔13服务时间短，因此不需要安装套管与注入水泥浆液固定。

本实施例中，一级爆破钻孔11的孔径为443.5mm，一级爆破钻孔11的深度终止位置为穿过地表第四系松散层进入基岩下5m的位置，下入直径339.7mm的爆破套管12后，向爆破套管12与一级爆破钻孔11之间的环空注入水泥浆液，对爆破套管12固定；实施二级爆破钻孔13的孔径为244.5mm，二级爆破钻孔13的深度终止位置为距离地下过水通道顶面H/2的位置，再将炸药放置在二级爆破钻孔13的底部并通过导爆索引爆炸药。

为了便于测量岩块堵水体2下游的水流流速变化，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述步骤S3之后还包括：

S4、根据所述地下过水通道的位置，完成通向所述地下过水通道的流速观测钻孔4，并向所述流速观测钻孔4内设置测速仪5，以测量所述地下过水通道内的水流速度，其中，所述流速观测钻孔4与所述地下过水通道的连接处为第一连接处，所述爆破钻孔1与所述地下过水通道的连接处为第二连接处，沿所述地下过水通道的水流方向，所述第一连接处位于所述第二连接处的下游。通过测速仪5测量岩块堵水体2下游的水流流速变化，从而可评价堵水效果，具体来说，通过测速仪5测量得到的岩块堵水体2的堵水率应大于30％，否则，则重新在爆破钻孔1附近实施新的爆破钻孔、装填炸药并引爆，直至水流流速相比原始水流流速下降大于30％。

为了防止流速观测钻孔4垮塌，请参照图1和图5，在一优选的实施例中，所述步骤S4具体包括：

S41、在地表第四系地层3内完成一级流速观测钻孔41；

S42、向所述一级流速观测钻孔41内下入第一流速观测套管42、并固井；

S43、在一级流速观测钻孔41下方的基岩地层中完成二级流速观测钻孔43；

S44、向所述二级流速观测钻孔43内下入第二流速观测套管44、并固井；

S45、在二级流速观测钻孔43下方的基岩地层中完成连通所述地下过水通道的三级流速观测钻孔45。

本实施例中，实施一级流速观测钻孔41的孔径为660.4mm，一级流速观测钻孔41的深度终止位置为穿过第四系松散层进入基岩下5m，下入直径508.0mm的第一流速观测套管42后，向第一流速观测套管42与一级流速观测钻孔41之间的环空注入水泥浆液，对第一流速观测套管42固定；实施二级流速观测钻孔43的孔径为443.5mm，二级流速观测钻孔43的深度终止位置为距离过水巷道断面顶板上方2m位置，下入直径339.7mm的第二流速观测套管44后，向第二流速观测套管44与二级流速观测钻孔43之间的环空注入水泥浆液，对第二流速观测套管44固定；实施三级流速观测钻孔45的孔径为244.5mm，三级流速观测钻孔45需要钻穿岩层进入地下过水通道内，三级流速观测钻孔45不需要进行注入水泥浆液固定。

为了降低地下过水通道内的流体的压能，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述步骤S3之后还包括：

S5、根据所述地下过水通道的位置，完成通向所述地下过水通道的卸能钻孔6，其中，所述卸能钻孔6与所述地下过水通道的连接处为第三连接处，所述爆破钻孔1与所述地下过水通道的连接处为第二连接处，沿所述地下过水通道的水流方向，所述第三连接处位于所述第二连接处的上游。

布置卸能钻孔6的理论原理为：根据用于表示流体能量守恒的伯努利方程，流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能(即压力水头)、动能(即流速水头)与位势能(即位置水头)之和保持不变，表示为p+1/2ρv²+ρgh＝常量(p为水的压力，ρ为水的密度，v为水流速度，g为重力加速度，h为水位高度)。

假设岩块堵水体2的位置为b点，岩块堵水体2上游任意一点为a点，则未形成岩块堵水体2时，p_a+1/2ρv_a ²+ρgh_a＝p_b+1/2ρv_b ²+ρgh_b。如果在b点形成岩块堵水体2，水流被截流，水流速度v_b极大降低，如果过水通道顶板完整致密，过水通道较封闭会导致水位难以提升，即h_b变化量较小或不变，岩块堵水体2堵水后，势必导致水流压能p_b急剧上升，作用在岩块堵水体2的推力＝水流压能×岩块堵水体2的面积(等于过水通道断面积)，由此可知作用在岩块堵水体2的推力会剧增，可能推垮岩块堵水体2。

鉴于此，本发明方法中，在岩块堵水体2上游位置布置了卸能钻孔6，当岩块堵水体2截流导致水流速度v_b极大降低时，过水通道中的流体水位可以通过卸能钻孔6上升，即h_b增大，可以有效减小水流压能p_b上升，起到卸能的作用，降低作用在岩块堵水体2上的推力，保护岩块堵水体2，避免其被推垮破坏。

为了便于测量岩块堵水体2上游的水位变化，请参照图1，在一优选的实施例中，所述卸能钻孔6内设置有液位测量件7，所述液位测量件7用于测量所述卸能钻孔6内的液面高度。

为了防止卸能钻孔6垮塌，请参照图1和图6，在一优选的实施例中，所述步骤S5具体包括：

S51、在地表第四系地层3内完成一级卸能钻孔61；

S52、向所述一级卸能钻孔61内下入第一卸能套管62、并固井；

S53、在一级卸能钻孔61下方的基岩地层中完成二级卸能钻孔63；

S54、向所述二级卸能钻孔63内下入第二卸能套管64、并固井；

S55、在二级卸能钻孔63下方的基岩地层中完成连通所述地下过水通道的三级卸能钻孔65。

本实施例中，卸能钻孔6的施工参数可参照流速观测钻孔4的施工参数，本发明对此不再赘述。

为了提高堵水效果，请参照图1和图2，在一优选的实施例中，所述步骤S3之后还包括：

S6、根据所述地下过水通道的位置，完成通向所述地下过水通道的若干个填料钻孔8、并通过各个所述填料钻孔8分别向所述地下过水通道内投入填料以在所述地下过水通道内形成若干个填料堵水体9，其中，各个所述填料堵水体9及所述岩块堵水体2依次相接，且沿所述地下过水通道的水流方向，所述岩块堵水体2位于各个所述填料堵水体9的下游。

填料钻孔8沿地下过水通道的逆水流方向依次施工，填料钻孔8的实施个数根据实际堵水效果确定。

本实施例中，完成第一个填料钻孔8并填料后，通过测速仪5测量堵水率，堵水率大于45％，结束第一个填料钻孔8的骨料石子投放，形成第一个填料堵水体9，通过第一个填料钻孔8投放的部分骨料石子在动水水流携带作用下，可以楔入爆破形成的岩块堵水体2的间隙(如图7所示)，对岩块堵水体2加密，进一步提高岩块堵水体2的堵水效果；之后，采用相同钻孔方法，钻进第二个填料钻孔8并填料，通过测速仪5测量堵水率，堵水率大于60％，结束第二个填料钻孔8的骨料石子投放，形成第二个填料堵水体9，通过第二个填料钻孔8投放的部分骨料石子在动水水流携带作用下，可以楔入第一个填料堵水体9的间隙，对第一个填料堵水体9加密，进一步提高第一个填料堵水体9的堵水效果；通过同样的方法实施第三个填料钻孔8，使堵水率达到75％，最后，对各个填料钻孔8内均注入水泥水波玻璃双浆液，对各个填料堵水体9进行加固，使堵水率达到90％以上。

为了进一步提高堵水效果，请参照图1，在一优选的实施例中，沿所述地下过水通道的水流方向，各个所述填料堵水体9的填料的粒度逐渐增大。本实施例中，第一个填料钻孔8的填料为100mm左右的骨料石子，第二个填料钻孔8的填料为70mm左右的中等块度骨料石子，第三个填料钻孔8的填料为40mm左右的中等块度骨料石子，从而沿着水流方向，填料的粒度逐渐增大，这样，在水流的作用下，粒度小的填料可楔入粒度大的填料内，从而对粒度大的填料进行加密，提高堵水效果。

本实施例中，各个填料钻孔8均采用三级结构，实施一级填料钻孔的孔径为660.4mm，一级填料钻孔的深度终止位置为穿过地表第四系松散层进入基岩下5m，下入直径508.0mm的第一填料套管后，向第一填料套管与一级填料钻孔之间的环空注入水泥浆液，对第一填料套管固定；实施二级填料钻孔的孔径为443.5mm，二级填料钻孔深度终止位置为距离过水巷道断面顶板上方2m位置，下入直径339.7mm的第二填料套管后，向第二填料套管与二级填料钻孔之间的环空注入水泥浆液，对第二填料套管固定；实施三级填料钻孔的孔径为244.5mm，三级填料钻孔需要钻穿岩层进入地下过水通道内，三级填料钻孔不需要进行注入水泥浆液固定。

为了便于通过填料钻孔8进行投料，请参照图1、图8和图9，在一优选的实施例中，所述步骤S6中，通过各个所述填料钻孔8分别向所述地下过水通道内投入填料的具体方法是：

S61、通过给料机81向各个所述填料钻孔8内投入填料，可在填料钻孔8的井口设置填料漏斗82，以便于投料；

S62、通过高压送水与注浆一体机83向各个所述填料钻孔8内注入高压水流，以防止所述填料钻孔8内投入的投料发生堵塞；

S63、通过高压送水与注浆一体机83向各个所述填料钻孔8内注入水泥与水玻璃双浆液，以加固所述填料堵水体9。

综上所述，本发明通过实施爆破钻孔1，从而便于将炸药放置到地下过水通道上方的岩层中，通过引爆炸药使地下过水通道上方的岩层崩塌，从而通过崩塌下来的岩石块形成岩块堵水体2，以封堵所述地下过水通道，由于崩塌下来的岩石块体积大、其崩塌过程迅速，因此可防止岩石块被水流冲走，再通过实施流速观测钻孔4测量堵水效果，接着通过实施卸能钻孔6降低过水通道内的流体的压能，再通过实施多个填料钻孔8对堵水体层层加密，从而可有效、快速地封堵地下极强动水过水通道。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。