在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝，包括如下步驟：S001：對開采區(qū)域進行勘察，確定基巖層和第四系含水層處于表土層下方的位置和水分布數(shù)據(jù)，基巖層位于第四系含水層的下方；S002：在開采區(qū)域內(nèi)，從表土層施工至少一條位于第四系含水層下方的鉆孔；S003：向鉆孔內(nèi)注入注漿液；S004：在注漿液凝固后，形成一層隔離層，且隔離層形成在基巖層與第四系含水層之間，或隔離層形成在基巖層內(nèi)。本發(fā)明提供的施工工藝，實現(xiàn)了對地表水和第四系松散層中的孔隙水保護與對裂隙水有效開發(fā)利用的雙重目標，保證了較高的煤炭采出率和開采效率，減少地下水的流失及對地表生態(tài)環(huán)境的擾動。
【專利說明】
在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤炭開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上嚴重缺水的國家之一，僅為世界人均水平的1/4，而西部晉陜蒙寧甘也僅占全國的6.8%。我國目前的煤炭開采方法造成了大量礦井水外排，僅國有重點煤礦每年排放的礦井水就高達22億噸，平均每開采一噸煤約排放2噸礦井水。我國西部地區(qū)賦存著豐富的煤炭資源，也屬于生態(tài)脆弱區(qū)和嚴重缺水區(qū)。目前煤炭開采產(chǎn)生的礦井水主要用于井下除塵、地面工業(yè)和生活及生態(tài)保護等方面，由于這些用水量有限且存在較強的季節(jié)性和周期性，剩余的大量礦井水外排造成水資源極大浪費。煤炭資源規(guī)?；_發(fā)使礦區(qū)及周邊區(qū)域用水供需矛盾進一步惡化，嚴重制約著礦區(qū)煤炭資源與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展。
[0003]研究表明，我國主要含煤巖系的上覆巖層中的地下水可以劃分為近地表土壤層中的土壤水、第四系松散層(第四系含水層)中的孔隙水和基巖層中的裂隙水。其中，孔隙水是人類可利用的地下水資源，而基巖層中的裂隙水貯存并運移于裂隙中，主要受裂隙密集度、張開度和連通性控制，如果基巖層中沒有導(dǎo)水裂隙，采用常規(guī)方法開發(fā)利用基巖中的裂隙水極其困難。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過保持地下含水層的原狀或在含水層破壞后，將礦井水轉(zhuǎn)移儲存，來實現(xiàn)對地下水的保護，其對煤炭安全高效開采和礦區(qū)水資源保護具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠有效隔離第四系含水層與基巖層，對地下水能夠進行有效保護利用的施工工藝。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝，其特征在于，包括如下步驟:SOOl:對開采區(qū)域進行勘察，確定基巖層和含有孔隙水的第四系含水層處于表土層下方的位置和水分布數(shù)據(jù)，其中，所述基巖層位于所述第四系含水層的下方;S002:在所述開采區(qū)域內(nèi)，從所述表土層施工至少一條位于第四系含水層下方的鉆孔；S003:向所述鉆孔內(nèi)注入注漿液;S004:在所述注漿液凝固后，形成一層隔離層，且所述隔離層形成在所述基巖層與所述第四系含水層之間，或所述隔離層形成在所述基巖層內(nèi)。
[0007]進一步地，在所述步驟S002中還包括如下步驟S0021:將所述基巖層的部分區(qū)域或全部區(qū)域壓裂造縫，并在所述基巖層中形成有與所述鉆孔連通的壓裂裂隙；在所述步驟S004中還包括如下步驟S0041:所述注漿液流入所述壓裂裂隙中，并在所述壓裂裂隙中凝固形成所述隔離層。
[0008]進一步地，在采煤工作面回采時，由于冒落帶塌落，而在所述基巖層中的全部區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)形成有基巖裂隙，從而形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶;所述隔離層形成在所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶與所述第四系含水層之間，或所述隔離層形成在所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶內(nèi)。
[0009]進一步地，在所述采煤工作面回采完成、周期來壓結(jié)束、煤層頂板完全垮落及導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶形成時，開始執(zhí)行步驟S003。
[0010]進一步地，調(diào)整所述采煤工作面的回采速度，以控制或減緩所述基巖裂隙向所述第四系含水層發(fā)育的趨勢。
[0011]進一步地，部分或全部的所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶的頂部與部分或全部的壓裂裂隙連通。進一步地，所述鉆孔的鉆進方向與采煤工作面的推進方向相反。
[0012]進一步地，在向所述鉆孔內(nèi)注入所述注漿液時，同時向所述注漿液施加壓力。
[0013]進一步地，所述注漿液在所述壓裂裂隙內(nèi)的水平方向流動速度大于其垂直方向流動速度。
[0014]進一步地，在采煤工作面的長度方向上，布置有相互間隔地多條所述鉆孔。
[0015]進一步地，在采煤工作面的寬度方向上，布置有相互間隔地多條所述鉆孔。
[0016]進一步地，所述鉆孔包括依次形成的垂直段鉆孔、彎曲段鉆孔和水平段鉆孔;所述垂直段鉆孔從表土層向下延伸至所述第四系含水層的下方，所述水平段鉆孔在所述第四系含水層的下方水平延伸，所述彎曲段鉆孔連接在所述垂直段鉆孔與所述水平段鉆孔之間。
[0017]進一步地，假設(shè)，在所述采煤工作面的長度方向上，每條所述鉆孔的長度方向壓裂控制距離為U，所述彎曲段鉆孔的曲率半徑為Lr;則在所述采煤工作面的長度方向上，相鄰的兩條所述鉆孔在所述表土層上的起始位置之間的距離為U-Lr。
[0018]進一步地，采煤工作面在寬度方向上，其每側(cè)都具有安全控制距離K;假設(shè)，在所述采煤工作面的寬度方向上，每條所述鉆孔的寬度方向壓裂控制距離SL2，采煤工作面的寬度為W;則在所述采煤工作面的寬度方向上所布置所述鉆孔的個數(shù)n>(W+2K)/L2，其中η取整數(shù)。
[0019]進一步地，假設(shè)所述第四系含水層的底板的施工安全距離為h，則所述水平段鉆孔與所述底板之間的距離H彡2h。
[0020]進一步地，將所述開采區(qū)域分為多個階段開采區(qū)域，在完成一個所述階段開采區(qū)域內(nèi)的施工后，按照步驟S001-步驟S004進行下一個所述階段開采區(qū)域的施工。
[0021]進一步地，還包括步驟S005:將所述基巖層中位于所述隔離層下方的裂隙水釋放并利用。
[0022]采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果:
[0023]本發(fā)明提供的施工工藝，改變了以往地下水抽采利用、地下水的分布式存儲和充填開采保含水層的傳統(tǒng)思維，通過對開采區(qū)域覆巖的特定層位再造，即主動對該層位進行壓裂使其形成壓裂裂隙貫通導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶，注漿形成隔離層，一方面實現(xiàn)了對地表水和上部孔隙水保護，另一方面主動釋放出下部裂隙水，實現(xiàn)對裂隙水有效開發(fā)利用的目標，保證了較高的煤炭采出率和開采效率，特別適用于超大工作面開采，同時能夠大幅度降低地下水涌入礦井造成安全隱患和礦井排水難度，減少地下水的流失及對地表生態(tài)環(huán)境的擾動。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明提供的施工工藝的流程圖；
[0025]圖2為施工鉆孔的平面圖；
[0026]圖3為圖2沿著采煤工作面的長度方向的剖視示意圖；
[0027]圖4為圖2沿著采煤工作面的寬度方向的剖視示意圖。
[0028]附圖標記對照表:
[0029]1-表土層；2-第四系含水層；3-基巖層；
[0030]31-導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶；4-煤層；5-冒落帶；
[0031]6-鉆孔；61-垂直段鉆孔；62-彎曲段鉆孔；
[0032]63-水平段鉆孔;7-隔離層;8-采煤工作面；
[0033]A1-4-起始位置；箭頭B-米煤工作面推進方向；
[0034]L1-長度方向壓裂控制距離；L2-寬度方向壓裂控制距離；
[0035]W-采煤工作面的寬度；K-安全控制距離。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。其中相同的零部件用相同的附圖標記表示。
[0037]如圖1-4所示，本發(fā)明一實施例提供的一種在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝，包括如下步驟:
[0038]SOOl:對開采區(qū)域進行勘察，確定基巖層3和含有孔隙水的第四系含水層2處于表土層I下方的位置和水分布數(shù)據(jù)，其中，基巖層3位于第四系含水層2的下方。
[0039]S002:在開采區(qū)域內(nèi)，從表土層I施工至少一條位于第四系含水層2下方的鉆孔6。
[0040]S003:向被壓裂的鉆孔6內(nèi)注入注漿液。
[0041]S004:在注漿液凝固后，形成一層隔離層7，且隔離層7形成在基巖層3與第四系含水層2之間，或隔離層7形成在基巖層3內(nèi)。
[0042]也即是，該施工工藝主要包括如下步驟:
[0043]對開采區(qū)域的地下空間勘查與觀測:
[0044](I)在煤炭開采規(guī)劃區(qū)域，為選取可能適宜的隔離層對開采區(qū)的地下空間進行探查，獲得采礦區(qū)域地層及巖性、采動覆巖分層結(jié)構(gòu)關(guān)系及含水性特征等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0045]采區(qū)地下空間勘查的手段以地質(zhì)和水文物探為主，結(jié)合鉆探實際揭露的水文地質(zhì)條件進行校驗。探查范圍及密度可根據(jù)采區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件等情況并結(jié)合實際工程需要而設(shè)定。
[0046](2)進一步探明開采區(qū)域的基巖層3中的導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31和第四系含水層2的分布區(qū)，并對第四系含水層2的地下水位、水質(zhì)、水壓等進行定期動態(tài)觀測，查明規(guī)劃開采區(qū)域的地下水分布特征和流動規(guī)律。
[0047]地下水分布動態(tài)觀測與采集手段分為人工和自動兩種方式，結(jié)合實際水文地質(zhì)條件，一般設(shè)定每周(人工)或每天(自動)記錄I次數(shù)據(jù)，通過數(shù)字設(shè)備導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)將不同時期、不同格式的多源數(shù)據(jù)匯集，作為原始水文地質(zhì)依據(jù)。
[0048]長距離鉆孔的設(shè)計及形成:
[0049](I)在煤炭開采區(qū)，根據(jù)采煤工作面8的長度和鉆孔6最佳壓裂控制距離，綜合確定鉆孔6的起始位置AhA^A3A等在表土層I上位置。
[0050](2)從表土層I向第四系含水層2的下方施工鉆孔6，并使鉆孔6有一段水平位于第四系含水層2的下方。
[0051]注漿形成隔離層:
[0052]向鉆孔6內(nèi)注入注漿液，在一定壓力下，注漿液可以流入鉆孔6中或通過鉆孔6流入壓裂裂隙和基巖裂隙中。在一定時間后，注漿液凝固，之后形成一層隔離層7，其隔離在第四系含水層2與基巖層3之間，或位于基巖層3內(nèi)，將位于隔離層7上方的第四系含水層2和位于隔離層7下方的基巖層3有效封閉。
[0053]通過形成該隔離層7，可以避免基巖層3中的裂隙發(fā)育到第四系含水層2中，從而保護上方第四系含水層2中的孔隙水不會流入基巖層3中。
[0054]保護效果評價:
[0055](I)采用比較方法，以回采工作面未采時間的礦井水量和第四系含水層2中的水位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，隨著壓(壓裂鉆孔)一采(采煤工作面回采)一注(向鉆孔內(nèi)注入注漿液)循環(huán)推進，按照I次/天周期持續(xù)觀測，采用數(shù)據(jù)庫工具和地理信息系統(tǒng)進行管理和比較分析，確定地下水(裂隙水和孔隙水)的釋放量，確定礦井水排放變化量和第四系含水層2內(nèi)的水位穩(wěn)定性或下降趨勢，來評價隔離效果。當不同時間段內(nèi)觀測到的地下水釋放量越接近，說明隔離層7的隔離效果越好。
[0056](2)采用物探方法，以回采工作面未采時間的礦井水量和第四系含水層2內(nèi)的水位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，隨著壓一采一注循環(huán)推進，按照I次/天周期持續(xù)觀測，采用數(shù)據(jù)庫工具和地理信息系統(tǒng)進行管理和比較分析，確定地下水的釋放量，確定礦井水排放變化量和第四系含水層水位穩(wěn)定性或下降趨勢，評價隔離效果。當不同時間段內(nèi)觀測到的地下水釋放量越接近，說明隔離層7的隔離效果越好。
[0057]較佳地，在步驟S002中還包括如下步驟S0021:
[0058]將基巖層3的部分區(qū)域或全部區(qū)域壓裂造縫，并在基巖層3中形成有與鉆孔6連通的壓裂裂隙。
[0059]在步驟S004中還包括如下步驟S0041:
[0060]注漿液流入壓裂裂隙中，并在壓裂裂隙中凝固形成隔離層7。
[0061]在采煤工作面8回采時，開采煤層4上方的巖石會下落形成冒落帶5，在此過程中，基巖層3部分區(qū)域會變形或塌落，形成基巖裂隙，從而形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31，導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31的基巖裂隙中含有大量的裂隙水。
[0062]在采煤工作面8回采完成后，通過壓裂設(shè)備在表土層I將基巖層3的全部或部分區(qū)域壓裂，形成有壓裂裂隙。該過程是對基巖層3的主動壓裂，在壓裂裂隙形成過程中，因壓裂裂隙的形成，基巖層3中所含的無法被開采的水主動轉(zhuǎn)換為裂隙水流出，從而可以將其進行利用。
[0063]壓裂裂縫中的全部裂縫或部分裂縫與鉆孔6連通，具體地與鉆孔裂縫中的全部或部分連通，從而在將注漿液注入鉆孔6內(nèi)時，注漿液會流入壓裂裂隙中，并在壓裂裂隙中凝固形成隔離層7，提高了隔離效果。
[0064]較佳地，如圖3-4所示，在采煤工作面8回采時，由于冒落帶塌落，而在基巖層3中的全部區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)形成有基巖裂隙，從而形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31。
[0065]隔離層7形成在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31與第四系含水層2之間，或隔離層7形成在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31內(nèi)。
[0066]如上所述，在采煤工作面8回采時，開采煤層4上方的巖石會下落形成冒落帶5，在此過程中，基巖層3部分區(qū)域會變形或塌落，在基巖層3中形成了基巖裂隙，基巖裂隙可以導(dǎo)水，從而形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31，導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31的基巖裂隙中含有大量的裂隙水。
[0067]將隔離層7設(shè)置在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31與第四系含水層2之間，可以很好地將孔隙水與裂隙水分隔開來，可以實現(xiàn)對上部孔隙水的保護和對下部裂隙水的利用。
[0068]根據(jù)具體的情況，也可以將隔離層7形成在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31內(nèi)，可以保證第四系含水層2中的孔隙水不會流入隔離層7下方的導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31內(nèi)，起到保護作用。
[0069]在該種情形下，僅對位于隔離層7下方的裂隙水進行利用。
[0070]較佳地，在采煤工作面8回采完成、周期來壓結(jié)束、煤層頂板完全垮落及導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31形成時，開始執(zhí)行步驟S003。
[0071]在采煤工作面8回采完成時，因回采而產(chǎn)生的周期來壓結(jié)束，煤層頂板完全垮落形成冒落帶5，裂隙及巖層3中的基巖裂隙完全形成，并形成了導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31，該導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31還進入了收縮期，此時對鉆孔6進行注漿，可以提高注漿液形成隔離層7的效果，不會因還在形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31或基巖裂隙而影響注漿效果。
[0072]較佳地，調(diào)整采煤工作面8的回采速度，以控制或減緩基巖裂隙向第四系含水層2發(fā)育的趨勢，避免導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中的基巖裂隙與第四系含水層2連通，而造成孔隙水流入導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中。
[0073]具體地，根據(jù)導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31的預(yù)計高度，確定采煤工作面8的回采速度V，通過調(diào)整采煤工作面8的回采速度，最大限度的通過隔離層7控制或減緩因回采采動而導(dǎo)致導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中的基巖裂隙向第四系含水層2發(fā)育的趨勢，同時在隔離層7的導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中的裂隙均勻發(fā)育。
[0074]較佳地，部分或全部的導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31的頂部與部分或全部的壓裂裂隙連通，從而將隔離層7形成在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31的頂部上，很好地隔絕導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31與第四系含水層2之間的聯(lián)系，提高密封效果。
[0075]優(yōu)選地，部分或全部的基巖裂隙與部分或全部的壓裂裂隙連通，從而注漿液也可以流入導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中的基巖裂隙內(nèi)，將隔離層7形成在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31內(nèi)，提高了隔離層7的密封效果。
[0076]較佳地，如圖2所示，鉆孔6的鉆進方向與采煤工作面8的推進方向相反。采煤工作面8沿著箭頭B的方向推進。
[0077]在采煤工作面8推進前就施工完成鉆孔6，鉆孔6的初始位置至終止位置的方向與采煤工作面8的推進方向相反。
[0078]在采煤工作面8回采時，開采煤層4上方的巖石會下落形成冒落帶5，在此過程中，基巖層3部分區(qū)域會變形或塌落，從而形成基巖裂隙。
[0079]所以基巖層3中的基巖裂隙是在采煤工作面8回采時形成的，其隨著采煤工作面8的回采而發(fā)育。
[0080]將鉆孔6的鉆進方向與采煤工作面8的推進方向相反，使實施鉆孔壓裂推進方向與采煤工作面8的回采方向一致，可以壓裂裂隙與導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31中的基巖裂隙連通。[0081 ]較佳地，在向鉆孔6內(nèi)注入注漿液時，同時向注漿液施加壓力。具體地施加水平方向上的壓力，使其快速流入鉆孔6內(nèi)，凝固形成隔離層。
[0082]較佳地，注漿液在壓裂裂隙內(nèi)的水平方向流動速度大于其垂直方向流動速度，從而使得注漿液沿著水平方向快速延伸形成水平隔離在導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶31與第四系含水層2之間的隔離層。
[0083]較佳地，如圖2所示，在采煤工作面8的長度方向上，布置有相互間隔地多條鉆孔6，以在長度方向上，完全覆蓋住采煤工作面8，提高隔離層7的隔離效果。
[0084]較佳地，如圖2所示，在采煤工作面8的寬度方向上，布置有相互間隔地多條鉆孔6，以在寬長度方向上，完全覆蓋住采煤工作面8，提高隔離層7的隔離效果。
[0085]較佳地，如圖3所示，鉆孔6包括依次形成的垂直段鉆孔61、彎曲段鉆孔62和水平段鉆孔62。
[0086]垂直段鉆孔61從表土層I向下延伸至第四系含水層2的下方，水平段鉆孔63在第四系含水層2的下方水平延伸，彎曲段鉆孔62連接在垂直段鉆孔61與水平段鉆孔63之間。
[0087]垂直段鉆孔61位于每個鉆孔6的起始位置A1J2J3J4處向下延伸。水平段鉆孔63在第四系含水層2的下方，其水平朝向采煤工作面8的推進方向的反向延伸。垂直段鉆孔61與水平段鉆孔63通過彎曲段鉆孔62連接。
[0088]當然在施工鉆孔6時，依次先形成垂直段鉆孔61，再形成彎曲段鉆孔62，最后形成水平段鉆孔62。
[0089]該鉆孔6也可被稱之為水平長距離鉆孔。
[0090]較佳地，如圖1所示，假設(shè)，在采煤工作面8的長度方向上，每條鉆孔6的長度方向壓裂控制距離為L1，彎曲段鉆孔的曲率半徑為Lr ;
[0091]則在采煤工作面8的長度方向上，相鄰的兩條鉆孔6在表土層I上的起始位置之間的距離為Ll-Lr。
[0092]也即是，水平段鉆孔63在長度方向上的長度方向壓裂控制距離為L1，彎曲段鉆孔的曲率半徑為Lr，則相鄰的起始位置A1與起始位置如之間或起始位置A3與起始位置A4之間的距離為L1-Lr,以保證在長度方向上相鄰的兩條鉆孔6的長度方向壓裂控制距離完全連接在一起，可以實現(xiàn)鉆孔6在從長度方向上的壓裂控制區(qū)域?qū)Σ擅汗ぷ髅?完全覆蓋，不會有遺漏的區(qū)域。
[0093]本發(fā)明中所涉及到的壓裂控制距離為鉆孔壓裂后形成的壓裂裂隙可以控制的范圍，也可以理解為注漿液可以流動到的距離，具體包括深度或長度方向上的距離和寬度方向上的距離。
[0094]較佳地，如圖1所示，采煤工作面8在寬度方向上，其每側(cè)都具有安全控制距離K。
[0095]假設(shè)，在采煤工作面8的寬度方向上，每條鉆孔6的寬度方向壓裂控制距離為L2,采煤工作面8的寬度為W;
[0096]則在采煤工作面8的寬度方向上所布置鉆孔6的個數(shù)η多(W+2K)/L2，其中η取整數(shù)。
[0097]安全控制距離K可以根據(jù)煤層的沉陷傾角計算得出，其表示需要控制采煤工作面8之外的寬度距離。
[0098]水平段鉆孔63在寬度方向上的寬度方向壓裂控制距離為L2,則需要在采煤工作面8的寬度方向上所布置鉆孔6的個數(shù)n ^ (W+2K) /L2，才能保證在寬度方向上完全覆蓋住采煤工作面8及其所需的安全控制距離，會有遺漏的區(qū)域。
[0099]較佳地，假設(shè)第四系含水層2的底板的施工安全距離為h，則水平段鉆孔63與底板之間的距離H多2h。將水平段鉆孔63設(shè)置在第四系含水層2的底板下方，兩者之間的距離H多2h，可以保證在施工鉆孔6時，不會對底板造成破壞。
[0100]較佳地，將開采區(qū)域分為多個階段開采區(qū)域，在完成一個階段開采區(qū)域內(nèi)的施工后，按照步驟S001-步驟S004進行下一個階段開采區(qū)域的施工，最終完成整個開采區(qū)域的施工。
[0101]較佳地，該施工工藝還包括步驟S005:將基巖層3中位于隔離層7下方的裂隙水進行利用。
[0102]本發(fā)明提供的施工工藝，一方面保護上層的第四系含水層中的孔隙水，另一方面通過主動壓裂基巖層，使其形成壓裂裂隙，基巖層中無法被開采的裂隙水，會順著壓裂裂隙流出，從而起到主動釋放基巖層中的水的作用。在回采過程中，基巖層中還會形成基巖裂隙，基巖層中無法被開采的裂隙水，也會順著基巖裂隙流出，其與順著壓裂裂隙流出的水一同構(gòu)成了可以被利用的礦井水。
[0103]綜上，本發(fā)明提供的施工工藝，通過在開采區(qū)域選取適宜的地下地質(zhì)層位作為采動裂隙的隔離層，通過在開采前，在鉆孔內(nèi)形成裂隙，較大幅度的降低了回采時，基巖層中的裂隙因采動而向上傳導(dǎo)的能量，同時利用注漿工程措施對鉆孔及其裂隙進行水平定向注漿，形成隔離層，實現(xiàn)隔離層上的孔隙水的有效保護，減少地下水資源的開采損失，同時借助于煤炭規(guī)模開采也有效開發(fā)了豐富的裂隙水資源，為保護礦區(qū)地下水資源和開發(fā)裂隙水資源提供科學(xué)合理的技術(shù)方法。
[0104]根據(jù)需要，可以將上述各技術(shù)方案進行結(jié)合，以達到最佳技術(shù)效果。
[0105]以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實施例。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種在煤炭開采過程中對地下水進行保護的施工工藝，其特征在于，包括如下步驟: SOOl:對開采區(qū)域進行勘察，確定基巖層和含有孔隙水的第四系含水層處于表土層下方的位置和水分布數(shù)據(jù)，其中，所述基巖層位于所述第四系含水層的下方； S002:在所述開采區(qū)域內(nèi)，從所述表土層施工至少一條位于第四系含水層下方的鉆孔； S003:向所述鉆孔內(nèi)注入注漿液； S004:在所述注漿液凝固后，形成一層隔離層，且所述隔離層形成在所述基巖層與所述第四系含水層之間，或所述隔離層形成在所述基巖層內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工工藝，其特征在于，在所述步驟S002中還包括如下步驟S0021: 將所述基巖層的部分區(qū)域或全部區(qū)域壓裂造縫，并在所述基巖層中形成有與所述鉆孔連通的壓裂裂隙； 在所述步驟S004中還包括如下步驟S0041: 所述注漿液流入所述壓裂裂隙中，并在所述壓裂裂隙中凝固形成所述隔離層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的施工工藝，其特征在于，在采煤工作面回采時，由于冒落帶塌落，而在所述基巖層中的全部區(qū)域或部分區(qū)域內(nèi)形成有基巖裂隙，從而形成導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶； 所述隔離層形成在所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶與所述第四系含水層之間，或所述隔離層形成在所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的施工工藝，其特征在于，在所述采煤工作面回采完成、周期來壓結(jié)束、煤層頂板完全垮落及導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶形成時，開始執(zhí)行步驟S003。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的施工工藝，其特征在于，調(diào)整所述采煤工作面的回采速度，以控制或減緩所述基巖裂隙向所述第四系含水層發(fā)育的趨勢。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的施工工藝，其特征在于，部分或全部的所述導(dǎo)水裂隙發(fā)育帶的頂部與部分或全部的壓裂裂隙連通。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的施工工藝，其特征在于，所述鉆孔的鉆進方向與采煤工作面的推進方向相反。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的施工工藝，其特征在于，在向所述鉆孔內(nèi)注入所述注漿液時，同時向所述注漿液施加壓力。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的施工工藝，其特征在于，所述注漿液在所述壓裂裂隙內(nèi)的水平方向流動速度大于其垂直方向流動速度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工工藝，其特征在于，在采煤工作面的長度方向上，布置有相互間隔地多條所述鉆孔。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的施工工藝，其特征在于，在采煤工作面的寬度方向上，布置有相互間隔地多條所述鉆孔。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的施工工藝，其特征在于，所述鉆孔包括依次形成的垂直段鉆孔、彎曲段鉆孔和水平段鉆孔； 所述垂直段鉆孔從表土層向下延伸至所述第四系含水層的下方，所述水平段鉆孔在所述第四系含水層的下方水平延伸，所述彎曲段鉆孔連接在所述垂直段鉆孔與所述水平段鉆孔之間。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的施工工藝，其特征在于，假設(shè)，在所述采煤工作面的長度方向上，每條所述鉆孔的長度方向壓裂控制距離為U，所述彎曲段鉆孔的曲率半徑為Lr; 則在所述采煤工作面的長度方向上，相鄰的兩條所述鉆孔在所述表土層上的起始位置之間的距離為U-Lr。14.根據(jù)權(quán)利要求1或13所述的施工工藝，其特征在于，采煤工作面在寬度方向上，其每側(cè)都具有安全控制距離K; 假設(shè)，在所述采煤工作面的寬度方向上，每條所述鉆孔的寬度方向壓裂控制距離為L2,采煤工作面的寬度為W; 則在所述采煤工作面的寬度方向上所布置所述鉆孔的個數(shù)n>(W+2K)/L2，其中η取整數(shù)。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的施工工藝，其特征在于，假設(shè)所述第四系含水層的底板的施工安全距離為h; 則所述水平段鉆孔與所述底板之間的距離H多2h。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工工藝，其特征在于，將所述開采區(qū)域分為多個階段開采區(qū)域，在完成一個所述階段開采區(qū)域內(nèi)的施工后，按照步驟SOOl-步驟S004進行下一個所述階段開采區(qū)域的施工。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的施工工藝，其特征在于，還包括步驟S005:將所述基巖層中位于所述隔離層下方的裂隙水釋放并利用。
【文檔編號】E21B43/26GK106050234SQ201610362595
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】張建民
【申請人】中國神華能源股份有限公司