一種礦山突水綜合治理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及礦山開(kāi)采工程地下突水災(zāi)害防治領(lǐng)域，特別涉及復(fù)雜富水礦區(qū)側(cè)向圍 巖突水的疏、堵、探與監(jiān)測(cè)相結(jié)合的動(dòng)態(tài)綜合治理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)已勘探查明的礦床中有較大儲(chǔ)量因受突水災(zāi)害的威脅而難于開(kāi)采，據(jù)統(tǒng)計(jì)， 約有150億噸儲(chǔ)量的煤炭礦床和8億噸儲(chǔ)量的鐵礦床受突水災(zāi)害威脅。在復(fù)雜富水礦山 的建設(shè)和開(kāi)采過(guò)程中，時(shí)常伴隨著相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜水文地質(zhì)條件等不利因素造成的突水風(fēng) 險(xiǎn)，開(kāi)采活動(dòng)稍有不慎，就會(huì)誘發(fā)突水事故，造成重大的突水災(zāi)害與生命財(cái)產(chǎn)損失。近30年 來(lái)，我國(guó)僅煤礦突水災(zāi)害就發(fā)生百余起，造成經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)27億元，突水災(zāi)害的科學(xué)防治 問(wèn)題亟待解決。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外突水災(zāi)害防治方法主要有四類(lèi)：⑴排水疏干方法，此法適用于水量 較小，水壓力不大，涌水量預(yù)計(jì)不超出技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的允許范圍，并且礦床底板為巖溶裂隙水 為主。（2)預(yù)防為主的治水方法，此法在水量大、水壓大時(shí)采用，在礦井底板相對(duì)隔水層厚 度大于I m/atm，其巖體結(jié)構(gòu)、力學(xué)指標(biāo)較清楚，留有足夠的斷層、裂隙帶礦柱，主要巷道中 裝有防水閘門(mén)，采區(qū)有獨(dú)立排水系統(tǒng)等條件下采用。（3)強(qiáng)排降壓方法，此法主要用于水量 大、水壓大、煤層底板大多沒(méi)有隔水層或隔水層較薄及治水機(jī)械化程度較高的礦區(qū)，對(duì)環(huán)境 造成的不利影響較大。（4)注漿堵水方法，用注漿設(shè)備通過(guò)管道將水泥漿或化學(xué)漿壓入井下 巖層裂隙或巷道中，使巖層具有較高的強(qiáng)度、密實(shí)性和不透水性，達(dá)到封堵截?cái)嘌a(bǔ)給水源和 加固地層的作用。該技術(shù)適用導(dǎo)水通道與裂隙非常準(zhǔn)確清楚條件下的礦山，但通常水泥消 耗量大，防治水成本較高。
[0004] 上述方法對(duì)礦山突水災(zāi)害的防治起到了一定的積極作用，但每種治水方法主要是 針對(duì)具體特定的水文地質(zhì)條件進(jìn)行的，存在著諸多局限性，而且由于礦山與區(qū)域地下水存 在著密切水力聯(lián)系，在礦區(qū)水文地質(zhì)條件和突水通道復(fù)雜、礦床突水類(lèi)型多變及突水水量 較大的情況下，運(yùn)用單一排水或封堵治理方案通常很難達(dá)到防治突水的預(yù)期效果，并且對(duì) 技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)成本要求較高。因此，在傳統(tǒng)突水災(zāi)害防治方法的基礎(chǔ)上，深入研宄和分析 突水災(zāi)害形成的原因與機(jī)理，研宄和建立一種具有普遍應(yīng)用價(jià)值的疏、堵、探與監(jiān)測(cè)相結(jié)合 的突水綜合治理方法，對(duì)科學(xué)而有效防治礦山突水災(zāi)害，保障礦山工程的安全建設(shè)和礦產(chǎn) 資源的安全開(kāi)采，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種礦山突水綜合治理方法，其針對(duì) 傳統(tǒng)礦山突水治理方法的不足，基于礦山地下水系統(tǒng)滲流場(chǎng)運(yùn)移規(guī)律和礦山側(cè)向圍巖突水 災(zāi)害形成機(jī)理與規(guī)律，特提出疏、堵、探與監(jiān)測(cè)相結(jié)合的地下突水綜合治理方法，對(duì)于存在 突水威脅的礦井和地下工程，因地制宜地采取疏、堵、探與監(jiān)測(cè)相結(jié)合的措施進(jìn)行綜合防 治，以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的，為礦山開(kāi)采工程礦區(qū)外圍突水災(zāi)害的科學(xué)防治提供科學(xué)與有 效的防治方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：其包括如下步驟：
[0007] 步驟一，礦山水文地質(zhì)觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)定；
[0008] 步驟二，礦區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)、排泄區(qū)與徑流區(qū)的測(cè)定；
[0009] 步驟三，礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)導(dǎo)水通道與裂隙的勘探與測(cè)定；
[0010] 步驟四，礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)注漿帷幕堵水方案的確定與實(shí)施；
[0011] 步驟五，礦區(qū)排泄區(qū)疏排水治理方案設(shè)計(jì)與實(shí)施，在礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)注漿帷幕堵水方 案實(shí)施完成后，在礦區(qū)排泄區(qū)進(jìn)行地下水疏排水治理；
[0012] 步驟六，礦區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與信息化疏堵治水方案實(shí)施，在礦區(qū)排泄區(qū)進(jìn)行 地下水疏排水治理過(guò)程中，在礦區(qū)徑流區(qū)對(duì)地下水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 結(jié)果檢驗(yàn)疏堵治水方案實(shí)施效果和調(diào)整優(yōu)化疏堵治水方案，以此完成?目息化疏堵治水方案 實(shí)施。
[0013] 本發(fā)明基本原理如下：
[0014] 本發(fā)明基于礦區(qū)地下水系統(tǒng)滲流演化規(guī)律，分析礦山突水災(zāi)害形成原因和機(jī)理， 首先在礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)進(jìn)行注漿帷幕堵水治理，控制并減少區(qū)域地下水補(bǔ)給區(qū)對(duì)采礦區(qū)的充 水；在礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)注漿帷幕堵水治理完成后，在礦區(qū)排泄區(qū)進(jìn)行疏排水治理，對(duì)進(jìn)入礦區(qū)和 礦體內(nèi)部的地下水進(jìn)行疏導(dǎo)排出；在礦區(qū)排泄區(qū)進(jìn)行疏排水治理過(guò)程中，同時(shí)在礦區(qū)徑流 區(qū)對(duì)其地下水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)疏堵治水方案實(shí)施效果和調(diào) 整優(yōu)化疏堵治水方案，以此完成?目息化疏堵治水方案實(shí)施。
[0015] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0016] 第一步：礦山水文地質(zhì)觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)定
[0017] 根據(jù)《地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》(ΜΤ/Τ 633-1996)，結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施特 點(diǎn)，礦山地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)的觀測(cè)步驟如下：
[0018] 1、收集礦區(qū)有關(guān)水文、地質(zhì)資料，查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件與類(lèi)型，確定地表水與巖 層含水層的分布特征，確定水文觀測(cè)區(qū)域。
[0019] 2、在礦區(qū)內(nèi)自然排泄點(diǎn)（地表自然泉）或人工排泄點(diǎn)（人工排水井），以排泄點(diǎn)為 中心布置兩條互相垂直的觀測(cè)線，觀測(cè)線平行于水平面。
[0020] 3、觀測(cè)網(wǎng)由觀測(cè)點(diǎn)、線組成，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)，水文觀測(cè)孔孔徑：120~150mm， 孔深至最低水位以下2米；相鄰觀測(cè)線間距500~800m，每條觀測(cè)線上相鄰觀測(cè)點(diǎn)間距 100~200m，觀測(cè)網(wǎng)覆蓋整個(gè)礦區(qū)地下水系統(tǒng)。
[0021] 4、地下水與地表水聯(lián)系的觀測(cè)點(diǎn)，應(yīng)垂直于地表水流向布置的觀測(cè)線；在河流流 入和流出礦區(qū)的地段，亦應(yīng)布置垂直于河流的觀測(cè)線；線上各觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)分別控制不同的地 貌和水文地質(zhì)單元，并在不同單元的交界處，同一條觀測(cè)線上相鄰觀測(cè)點(diǎn)間距調(diào)整為50~ IOOm ；
[0022] 5、監(jiān)測(cè)設(shè)備的選取與安裝
[0023] 本發(fā)明使用的設(shè)備包括地下水參數(shù)測(cè)試儀、和無(wú)線數(shù)據(jù)采集裝置。在礦區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng) 點(diǎn)布設(shè)地下水參數(shù)測(cè)試儀；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用無(wú)線數(shù)據(jù)采集裝置收集并傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。
[0024] 第二步：礦區(qū)地下水補(bǔ)給區(qū)、排泄區(qū)與徑流區(qū)的測(cè)定
[0025] 1、應(yīng)用地下水參數(shù)測(cè)試儀每2天觀測(cè)一次地下水水位與水壓，并記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn) 地下水流向，將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水參數(shù)統(tǒng)一整理制作成數(shù)據(jù)表格。
[0026] 2、先以比例尺為1:10000的地形圖作底圖，然后按照2m的水位間隔、水位值從低 到高，將水位相同的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接繪制水位等值線，形成等水位線圖。
[0027] 3、根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地下水流向確定地下水滲流方向和趨勢(shì)，確定各區(qū)域地下水與地 表水之間的補(bǔ)給關(guān)系，以及區(qū)域地下水的水力聯(lián)系，進(jìn)而繪制礦區(qū)地下水流場(chǎng)圖。
[0028] 4、將等水位線的水位值由低到高V^hn三等分，中間值分別為h JPhjOi^ hp。 將水位值為b~h 1等水位線的分布區(qū)域確定為排泄區(qū)；將水位值為h i~h等水位線分布 區(qū)域確定為徑流區(qū)；將水位值為h n等水位線分別區(qū)域定義為補(bǔ)給區(qū)，以此確定礦區(qū)地 下水的補(bǔ)給區(qū)、排泄區(qū)與徑流區(qū)。
[0029] 第三步：礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)導(dǎo)水通道與裂隙的勘探與測(cè)定
[0030] 依據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（GB12719-1991)，結(jié)合本發(fā)明具體的實(shí)施 特點(diǎn)，補(bǔ)給區(qū)導(dǎo)水通道與裂隙的測(cè)定方法如下：
[0031] 1、根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件與類(lèi)型，沿垂直于礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)流線方向布置勘探線與N 個(gè)探測(cè)鉆孔，并根據(jù)層狀裂隙水的埋藏深度和構(gòu)造富水帶發(fā)育程度確定孔深H，鉆孔垂直勘 探深度一般大于或等于礦區(qū)含水層底板，勘探孔直徑d多91mm，勘探孔間距L < 30m ;形成 3~5個(gè)水文地質(zhì)剖面，每個(gè)剖面探測(cè)鉆孔不少于3個(gè)（N彡3)。
[0032] 2、采用鉆孔電磁波CT物探技術(shù)或跨孔聲波探測(cè)技術(shù)等進(jìn)行探測(cè)，并結(jié)合鉆探巖 心及礦區(qū)地質(zhì)條件分析，綜合查明和確定礦區(qū)巖溶溶洞、斷層破碎帶及節(jié)理裂隙密集區(qū)等 地下水通道富集區(qū)的大小、形狀特征及空間分布規(guī)律。
[0033] 第四步：礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)注漿帷幕堵水方案的確定與實(shí)施
[0034] 1、根據(jù)礦區(qū)補(bǔ)給區(qū)導(dǎo)水通道、導(dǎo)水裂隙和導(dǎo)水?dāng)鄬拥目臻g分布特征，沿垂直于導(dǎo) 水通道、導(dǎo)水裂隙和導(dǎo)水?dāng)鄬幼呦虿荚O(shè)注漿孔，進(jìn)行注漿封堵，形成厚度為T(mén)、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的環(huán) 形防水帷幕，封堵礦區(qū)外圍的高水位補(bǔ)給區(qū)的過(guò)水途徑。
[0035] 2、鉆孔間距設(shè)計(jì)公式為：d - t，其中d為孔距，T為帷幕厚度，r為漿液 V 4 擴(kuò)散半徑；帷幕長(zhǎng)度L應(yīng)覆蓋主要過(guò)水途徑，鉆孔深度至導(dǎo)水通道、導(dǎo)水裂隙和導(dǎo)水?dāng)鄬又?間部位。
[0036] 3、以高壓力注漿的方法將注漿液壓至巖層的裂隙中去，裂隙巖體注漿壓力按經(jīng)驗(yàn) 公式：P e= pw+y 4+111(?-!!)-!? · yc-S · γ￥)，其中pw為