阅读说明：本技术 一种基于断层破碎带或陷落柱的井筒揭煤水害防治方法 (Shaft coal uncovering water damage prevention and control method based on fault fracture zone or collapse column ) 是由 马丹 刘县委 张吉雄 吴浩 张彦董 冯秀娟 黄艳利 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于断层破碎带或陷落柱的井筒揭煤水害防治方法,涉及揭煤时水害防治方法领域。提出了一种可利用断层破碎带或陷落柱的高渗透性、高连通性进行疏水降压,从而更好的进行揭煤水害防治的基于断层破碎带或陷落柱的井筒揭煤水害防治方法。基于断层破碎带的井筒揭煤水害防治方法按以下步骤进行：S1、确定断层破碎带的位置；S2、施工立井；S3、开凿出临时水仓；S4、施工前探钻孔；S5、施工倾斜排水钻孔；S6、布置水压监测系统、水位监测系统,并布置位移监测系统；S7、进行疏水卸压,至安全准则后,注浆封堵倾斜排水钻孔,进行揭煤。克服了断层破碎带或陷落柱等地质构造的危险性,将其变害为利,解决了含水煤层井筒揭煤突水问题。(The invention discloses a shaft coal uncovering water damage prevention and control method based on fault fracture zones or collapse columns, and relates to the field of water damage prevention and control methods during coal uncovering. The method for preventing and treating the coal uncovering water damage of the shaft based on the fault fracture zone or the collapse column can be used for carrying out hydrophobic depressurization by utilizing the high permeability and the high connectivity of the fault fracture zone or the collapse column so as to better prevent and treat the coal uncovering water damage. The method for preventing and controlling the coal uncovering water damage of the shaft based on the fault fracture zone comprises the following steps: s1, determining the position of a fault fracture zone; s2, constructing a vertical shaft; s3, digging out a temporary water sump; s4, drilling a hole before construction; s5, constructing inclined drainage drill holes; s6, arranging a water pressure monitoring system, a water level monitoring system and a displacement monitoring system; and S7, draining and releasing pressure, grouting and plugging the inclined drainage drill hole after safety criteria are met, and uncovering the coal. The danger of geological structures such as broken zone, broken zone or collapse column is overcome, the harm is changed into the benefit, and the problem of coal uncovering and water inrush of the shaft of the water-containing coal seam is solved.)

一种基于断层破碎带或陷落柱的井筒揭煤水害防治方法

技术领域

本发明涉及揭煤时水害防治方法领域。

背景技术

井筒揭露见煤造成的突水淹井事故一直是困扰矿山安全生产的重大技术难题。针对这一问题，国内外学者开展了相关研究，形成了防水煤岩柱留设、岩层注浆充填、含水层疏水降压等水害防治方法。随着地质勘探技术的革新和易采区煤炭资源的枯竭，煤层为主含水层水文地质特征的矿井逐渐被人们认识，但关于井筒揭露含水煤层水害防治技术却鲜有报道。

对于含水煤层此类特殊水文地质条件下的井筒揭煤，如果不进行预处理就直接进行揭煤，常常会因煤层水直接涌入立井井筒中，而造成淹井事故的发生。为避免井筒突水灾害，必须在揭煤前进行疏水卸压，以避免揭煤水害的发生。然而，如果直接对含水煤层进行抽水，则将因含水煤层渗透性太低、煤层水分布区域分散等问题，带来不宜集中抽取、抽水效率太低等问题。

与此同时，在矿山建设及生产过程中，往往会遇到断层破碎带或陷落柱等地质构造。

一方面，断层破碎带或陷落柱的渗透性将远高于含水煤层，具有一定的利用价值；比如在中国发明专利（名为“基于断层导水裂隙带的煤-地热水协同开采方法”、申请号为“202010416817.2”）中，提出了利用断层破碎带与地热水交接处高渗透性的特点进行煤热共采的技术；又比如在中国发明专利（名为“基于陷落柱导水通道的煤-地热水协同开采方法”、申请号为“202010416827.6”）中，提出了利用陷落柱与地热水交接处高渗透性的特点进行煤热共采的技术。

另一方面，断层或陷落柱又是一种弱胶结的不稳定岩体结构，其内部存在天然的导水裂隙网络，因此，在矿井建设期间往往会选择避开这些复杂的地质构造体，从而增加建设的施工困难程度和资源的浪费，并且部分断层构造具有隐伏性，不易被发现，为矿井的安全建设带来了巨大的隐患。

因此，如何在不避开断层或陷落柱等复杂地质构造的前提下，对断层破碎带或陷落柱的高渗透性、高连通性加以利用，并可以更好的实现揭煤水害防治的目的，就成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种利用断层破碎带或陷落柱高渗透性、高连通性进行疏水降压的基于断层破碎带或陷落柱的井筒揭煤水害防治方法。

本发明的技术方案为：基于断层破碎带的井筒揭煤水害防治方法按以下步骤进行：

S1、根据矿井前期进行的地质勘探工作确定断层破碎带51的位置，以此确定断层破碎带与含水煤层交汇的富水区7的位置；

S2、从地面垂直向下施工立井2至含水煤层6上方的隔水层11中；

S3、在含水煤层6上方的隔水层11中施工出临时水仓3，并在临时水仓3中布置抽排水设备；

S4、在立井2的底板上垂直向下施工前探钻孔9，并测定含水煤层6的水体赋存特征，待观测结束后用注浆液10对前探钻孔9进行封堵；

S5、从立井2底部的隔水层11内施工倾斜排水钻孔4，使得临时水仓3连通所述断层破碎带51，并在倾斜排水钻孔4中安装抽放管，以连接立井和断层破碎带；

S6、在倾斜排水钻孔4与断层破碎带51连接位置处布置水压监测系统、水位监测系统，并在含水煤层6与其上方的隔水层11的交界处布置位移监测系统；

S7、开启抽排水设备经由断层破碎带51与含水煤层6交汇的富水区7抽采煤层水，进行疏水卸压，待含水煤层6疏水卸压至安全准则后，注浆封堵倾斜排水钻孔4，进行揭煤。

基于陷落柱的井筒揭煤水害防治方法按以下步骤进行：

T1、根据矿井前期进行的地质勘探工作确定陷落柱52的位置，以此确定陷落柱与含水煤层交汇的富水区7的位置；

T2、从地面垂直向下施工立井2至含水煤层6上方的隔水层11中；

T3、在含水煤层6上方的隔水层11中施工出临时水仓3，并在临时水仓3中布置抽排水设备；

T4、在立井2的底板上垂直向下施工前探钻孔9，并测定含水煤层6的水体赋存特征，待观测结束后用注浆液10对前探钻孔9进行封堵；

T5、从立井2底部的隔水层11内施工倾斜排水钻孔4，使得临时水仓3连通所述陷落柱52，并在倾斜排水钻孔4中安装抽放管，以连接立井和陷落柱；

T6、在倾斜排水钻孔4与陷落柱52连接位置处布置水压监测系统、水位监测系统，并在含水煤层6与其上方的隔水层11的交界处布置位移监测系统；

T7、开启抽排水设备经由陷落柱52与含水煤层6交汇的富水区7抽采煤层水，进行疏水卸压，待含水煤层6疏水卸压至安全准则后，注浆封堵倾斜排水钻孔4，进行揭煤。

步骤S4或步骤T4中，注浆封堵的高度为前探钻孔9长度的2/3。

步骤S7或步骤T7中，所述安全准则为：涌水量降至100m3/h以下，煤层水卸压至0.1MPa以下。

本发明的有益效果为：

一、通过利用断层破碎带或陷落柱的连通性和高渗透性，布置抽水管道对煤层进行疏水降压，克服了断层破碎带或陷落柱等地质构造的危险性，将其变害为利，解决了含水煤层井筒揭煤突水问题。

二、利用断层破碎带或陷落柱与煤层之间形成的渗流通道，贯通了含水煤层与断层或陷落柱，经由断层破碎带或陷落柱的富水区向外抽水排放，方便了煤层水的流动和抽采，大幅提高了抽采效率。

三、利用断层破碎带或陷落柱的高连通性，并借助二者在地理位置上的优势，极大地缩短了煤层水的抽采距离，减小了布置管道的工程量，节约了抽采成本。

附图说明

图1是本案实施例一的使用状态参考图，

图2是本案实施例二的使用状态参考图；

图中：1-地面，2-立井，3-临时水仓，4-倾斜排水钻孔，51-断层破碎带，52-陷落柱，6-含水煤层，7-富水区，8-上覆岩层，9-前探钻孔，10-注浆封堵液，11-隔水层。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明在现有技术的基础上创造性的提出一种基于断层破碎带或陷落柱的高渗透性对含水煤层疏水降压的方法，可实现含水煤层井筒安全揭煤的目的。

实施例一，如图1所示。

基于断层破碎带的井筒揭煤水害防治方法按以下步骤进行：

S1、根据矿井前期进行的地质勘探工作确定断层破碎带51的位置，以此确定断层破碎带与含水煤层交汇的富水区7的位置；人们在进行前期地质勘探工作时，通常能够采集到断层破碎带51所在位置，并判断出其与含水煤层是否连通，当发现断层破碎带51连通含水煤层时，可进行下一步。

由于断层破碎带是一种天然的导水裂隙带，容易与含水煤层之间形成渗流通道，在地应力的作用会使水向渗透性高的断层流动，在断层附近形成高渗透、高连通性强的富水区；因此，可借助断层破碎带对富水区进行集中抽采。

S2、从地面垂直向下施工立井2至含水煤层6上方断层防水保护煤岩柱安全距离以外的隔水层11中；

S3、在含水煤层6上方的隔水层11中施工出临时水仓3，并在临时水仓3中布置抽排水设备，以完善排水系统；

S4、在立井2的底板上垂直向下施工前探钻孔9，并测定含水煤层6的水体赋存特征，包括煤层水的初始水压，初始水位和煤层含水量，待观测结束后用注浆液10对前探钻孔9进行封堵；

S5、从立井2底部的隔水层11内施工倾斜排水钻孔4，使得临时水仓3连通所述断层破碎带51，并在倾斜排水钻孔4中安装抽放管，以连接立井和断层破碎带；即断层破碎带经过抽放管连接排水设备，最终经过井筒向外排放；

S6、在倾斜排水钻孔4与断层破碎带51连接位置处布置水压监测系统、水位监测系统，并在含水煤层6与其上方的隔水层11的交界处布置位移监测系统；通过位移监测系统监测煤层位移的变化，以便于确定井筒揭煤延伸的厚度，并可配合水压、水位的变化判断富水区是否抽采完毕，最终保证了抽采工作的安全性，提高抽采效率；

S7、开启抽排水设备经由断层破碎带51与含水煤层6交汇的富水区7抽采煤层水，进行疏水卸压，待含水煤层6疏水卸压至安全准则后，注浆封堵倾斜排水钻孔4，进行揭煤；后续可结合已有的常规井筒揭煤方法，延伸立井井筒至含水煤层内，实现含水煤层井筒安全揭煤。

步骤S4中，注浆封堵的高度为前探钻孔9长度的2/3。

步骤S7中，所述安全准则为：通过倾斜排水钻孔4排水泄压使涌水量降至100m3/h以下，煤层水卸压至0.1MPa以下。

实施例二，如图2所示。

基于陷落柱的井筒揭煤水害防治方法按以下步骤进行：

T1、根据矿井前期进行的地质勘探工作确定陷落柱52的位置，以此确定陷落柱与含水煤层交汇的富水区7的位置；人们在进行前期地质勘探工作时，通常能够采集到陷落柱52所在位置，并判断出其与含水煤层是否连通，当发现陷落柱52连通含水煤层时，可进行下一步。

由于陷落柱是一种天然的导水裂隙带，容易与含水煤层之间形成渗流通道，在地应力的作用会使水向渗透性高的陷落柱流动，在陷落柱附近形成高渗透、高连通性强的富水区；因此，可借助陷落柱对富水区进行集中抽采。

T2、从地面垂直向下施工立井2至含水煤层6上方陷落柱防水保护煤岩柱以外距离的隔水层11中；

T3、在含水煤层6上方的隔水层11中施工出临时水仓3，并在临时水仓3中布置抽排水设备，以完善排水系统；

T4、在立井2的底板上垂直向下施工前探钻孔9，并测定含水煤层6的水体赋存特征，包括煤层水的初始水压，初始水位和煤层含水量，待观测结束后用注浆液10对前探钻孔9进行封堵；

T5、从立井2底部的隔水层11内施工倾斜排水钻孔4，使得临时水仓3连通所述陷落柱52，并在倾斜排水钻孔4中安装抽放管，以连接立井和陷落柱，即陷落柱经过抽放管连接排水设备，最终经过井筒向外排放；

T6、在倾斜排水钻孔4与陷落柱52连接位置处布置水压监测系统、水位监测系统，并在含水煤层6与其上方的隔水层11的交界处布置位移监测系统；通过位移监测系统监测煤层位移的变化，以便后续确定井筒揭煤延伸的厚度，并可配合水压、水位的变化判断富水区是否抽采完毕，最终保证了抽采工作的安全性，提高抽采效率；

T7、开启抽排水设备经由陷落柱52与含水煤层6交汇的富水区7抽采煤层水，进行疏水卸压，待含水煤层6疏水卸压至安全准则后，注浆封堵倾斜排水钻孔4，进行揭煤；后续可结合已有的常规井筒揭煤方法，延伸立井井筒至煤层内，实现含水煤层井筒安全揭煤。

步骤T4中，注浆封堵的高度为前探钻孔9长度的2/3。

步骤T7中，所述安全准则为：通过倾斜排水钻孔4排水泄压使涌水量降至100m3/h以下，煤层水卸压至0.1MPa以下。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。