[发明专利]冲积含水层自动补充失水法预防井筒破裂的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿用井筒的技术领域，具体为冲积含水层自动补充失水层水位，以预防井筒破裂的方法。

背景技术

立井井筒是煤矿提升运输、矿井通风、管线吊装及人员上下的重要通道，是生产矿井的咽喉。井筒破坏无疑给矿井生产和安全造成重大危害，立井井筒破坏现象及危害主要有：①安全隐患巨大，包括：井壁破裂，破坏的混凝土块坠落，容易伤人和砸坏井筒内设备；罐道变形，卡罐等重大事故；井壁断裂导致出现冲积含水层向井筒内涌水、溃砂、淹井等重大灾害的可能性。②经济损失严重，包括：矿井停产治理期间影响煤炭产量；“井圈加固”、“套壁”和“卸压槽”治理影响提升、通风能力；治理工程需一定费用等。

经过二十几年的研究，特别是20世纪90年代以来，国内外建井及地质界的专家和学者对井壁破裂的机理进行了大量的调查和科学试验，从不同角度对井筒破坏原因给出了理论解释和说明，提出了包括地应力说、施工质量说、渗流变形说和井壁竖直附加应力说等主要学说。经过多年研究实践，井壁竖直附加应力说得到大多数学者和工程人员的认可。该学说认为：采矿引起新生界冲积层底部含水层水位

下降，导致深部土层固结压缩，其上面的地层不断沉降。地层在沉降过程中，由于对井壁有向下的相对运动，在外井壁产生向下的摩擦力，外井壁的摩擦力在井壁内产生竖直向下的压应力，又称附加应力。井壁压应力随埋深增大，一般在冲积层底部断面达到最大。当压应力超过井壁强度时，井壁出现破裂，井筒内的设备发生变形。由此可见，井筒破坏是经过含水层水位下降—地层压缩—井壁破裂的循序渐进过程。

目前国内采用的井壁破裂防治措施主要有⑴井圈加固井壁法，②卸压槽治理法，③套壁加固法，④地层注浆法，⑤地面钻孔注水稳定水位法等方法。实践表明，以上治理工程实施时存在一定的安全风险，包括：封堵含水层困难，井壁开裂、井壁掉块，设备变形，治理费用高等。

（1）井圈加固井壁法和套壁加固法只能作为井筒破坏治理的辅助措施，无法作为长期治理的手段；

（2）卸压槽治理法和地层注浆法一般联合使用，注浆工程在开卸压槽前实施，对地层进行加固和堵水，保证实施卸压槽工程时的安全，此种治理方法占用井筒时间长，并且随着卸压槽压实，井筒每隔几年需再次治理；

（3）地层注浆法治理工程费用高，施工过程不易控制，易造成

井口设备变形等，治理效果略好，但也无法保持井筒长期稳定；

（4）地面钻孔注水稳定水位法的缺点是：一是需要外供水源长期供水，需要投入一些注水设备和费用；二是需要额外人工管理费；三是需要投入供水管路和管路的冬季维护费；四是需要投入较高的注水费；五是注入的水质可能污染含水层。

受认知和实验水平的限制，到目前为止还没有一种采用含水层自动补水预防井筒破裂的技术。 

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，而提供了一种冲积含水层自动补充失水法预防井筒破裂的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

冲积含水层自动补充失水法预防井筒破裂的方法，包括如下步骤：

(1)施工下组水文孔,确定补水法的可行性

首先在距离井筒10—30米范围内的任意位置施工一个第四系下组水文孔，按规程进行取芯、化验，获取准确的地层地质资料，获取准确的第四系上、中、下组层位资料，确定上部各含水体与下部含水体之间的隔水层的层位，隔水层是第四系中组；该隔水层的存在可基本阻隔其上部各含水体与下部含水体之间的水力联系，并进行抽水实验、土工实验，获取相应水文资料，确定井筒附近底部存在稳定的粘土层，且含水层连通性较差，井筒附近松散含水层具有可补性，以此确定补水法的可行性；

（2）确定补水孔位置，施工上组水文孔

将下组水文孔对称位置确定为自动补水孔位置；在距离此补水孔10-15米的位置处，施工一组上组水文孔，获取上组水文资料，确定上组水具备自动注水条件；

（3）补水水源化验分析，确定上组含水层补充中下组含水层的可行性

补水孔松散层上组含水层抽水试验临近结束前半小时，取水样一件，进行工业全分析，水质检测结果表明，上组水已达到饮用标准，补入中下组失水含水层后不会对地下水质造成任何影响，因此采用上组含水层补中组含水层是可行的；

（4）施工自动补水孔

①在钻孔上端的松散表土段下入实管，管外用粘土捣实；

②在钻孔对应的第四系上组含水层区段安装疏水管；

③在第四系上组与中下组间的隔水层段下入实管，管外灌注水泥浆固定；