[发明专利]一种强富水松散层煤矿斜井井筒涌水帷幕截水治理方法

说明书

本发明公开一种强富水松散层煤矿斜井井筒涌水帷幕截水治理方法，通过确定斜井井筒附近的待治理区域、闭合截水帷幕位置的布设位置和闭合截水帷幕墙体厚度最小值，完成闭合截水帷幕的设计和施工；通过斜井井筒上的微型钻孔完成斜井井筒涌水点封堵，并在闭合截水帷幕内的地表上构筑顶部垂向防渗系统，从而本发明大幅度减少甚至杜绝了强富水松散层斜井井筒涌水量，从而构建了从松散层侧向补给隔绝、顶部垂向防渗、底部天然隔水的立体截水防渗体系，实现了顶底隔水、侧向防水的斜井井筒治理，大幅度提升了斜井井筒涌水的治理水平和效果，有效避免了斜井井筒周围塑性区和施工扰动对斜井井筒的影响，确保了闭合截水帷幕的安全性和耐久性。

技术领域

本发明属于煤矿水害防治与井筒加固治理技术领域，涉及一种强富水松散层煤矿斜井井筒涌水帷幕截水治理方法。

背景技术

我国西部井田内由于煤层埋藏不深、表土层不厚、水文地质简单、煤层缓斜或倾斜，所以煤矿大多采用斜井井筒开拓方式。当表土为含水的冲积层或流沙层时，斜井井筒施工技术复杂，流沙层在含水或动力扰动下具有自流动性，施工不当会引起流砂向临空面流动充填开挖空间将井筒淹没或造成地表大面积塌陷。为使井筒快速穿越含水的冲积层或流沙层，往往采用冻结法或预注浆法施工斜井井筒，但是，施工完成后的斜井井筒存在接茬、施工缝、不良孔洞等渗漏点，导致现在我国西部大部分斜井井筒出现渗漏水现象，甚至出现涌水携砂情况。斜井井筒长期涌水携砂，不但增加矿井排水费用、恶化井内作业环境、面临矿井水外排环保压力、腐蚀井筒设备设施、增大井筒设备设施维修成本并减少其服务年限，更为严重的是井筒长期涌水携砂能够使得潜水水位下降，造成表土层在井筒的外壁上产生一种竖起附加力，积累到一定程度后可使井筒破裂，造成影响生产甚至使井筒报废的严重后果。井筒长期涌水携砂还能够掏空井筒壁后的表土层，给将来矿井投产后的井筒运行埋下巨大的安全隐患。

现有技术中，主要采用井筒壁后注浆、地面注浆等方式堵截斜井井筒渗漏水，其缺陷在于：井筒壁后注浆会破坏了井筒结构、降低井筒强度、增大了进一步渗漏水的风险，且斜井井筒壁后松散层注浆效果极差，堵水效果不理想；地面注浆方式难以注入浆液或浆液扩散方向、范围不可控，难以形成一道厚度和深度符合要求、能封严堵实孔隙渗流通道的有效防渗帷幕，达不到理想的防渗堵漏效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种强富水松散层煤矿斜井井筒涌水帷幕截水治理的方法，以解决现有技术中斜井井筒涌水治理时难以构筑有效封堵孔隙渗流通道的防渗帷幕的技术问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种强富水松散层煤矿斜井井筒涌水帷幕截水治理方法，包括以下步骤：

步骤1、获取斜井井筒建井数据、斜井井筒围岩物理特征数据和斜井井筒涌水数据；

所述斜井井筒建井数据包括斜井井筒等效半径和斜井井筒周围一定区域内的历史最高地下水位高度；所述斜井井筒围岩物理特征数据包括斜井井筒围岩塑性区的实测半径；所述斜井井筒涌水数据包括斜井井筒涌水点和总涌水量；

步骤2、根据步骤1得到的数据，采用理论计算方法计算得到斜井井筒围岩塑性区的理论半径；

步骤3、采用数值模拟方法构建煤矿斜井井筒及围岩结构模型，并计算得到斜井井筒围岩塑性区的模拟半径；

步骤4、将获得的斜井井筒围岩塑性区的实测半径、理论半径和模拟半径中的最大值作为斜井井筒围岩塑性区半径，确定斜井井筒围岩塑性区；

步骤5、根据帷幕施工扰动半径、斜井井筒等效半径和斜井井筒围岩塑性区半径，确定闭合截水帷幕内壁与斜井井筒外壁的最小间距，进而确定闭合截水帷幕的布设位置和待治理区域；

步骤6、在闭合截水帷幕内侧地表上沿竖向开设至少一个内抽水孔，在闭合截水帷幕外侧地表上沿竖向开设多个外侧观测孔；在每个内抽水孔和外观测孔中设置监测装置，分别实时获取闭合截水帷幕内侧地下水位高度和闭合截水帷幕外侧地下水位高度；