[发明专利]一种煤矿区地面钻孔引导水源蓄存采空区的保水方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种保水方法，尤其是一种适用于煤炭开采与环境保护技术领域中的煤矿区地面钻孔引导水源蓄存采空区的保水方法。

背景技术

我国西部大多是干旱半干旱的水资源匮乏地区，年均降水量低于400mm，但蒸发量却达到2500mm左右。近年来，随着该地区煤炭开采强度的不断加大，导致该地区水域环境及生态系统遭到严重破坏，主要表现为：地下水位下降，河湖萎缩；天然植被枯死，自然生态系统退化；水土流失严重，土地荒漠化加剧。我国西部水资源量仅占全国的1.6%，水资源与生态环境相互作用，互相影响，生态环境十分脆弱，已成为制约西部干旱半干旱地区煤炭可持续开发的重大因素。因此，如何能在煤炭开采的过程中最大限度的防止生态环境遭到破坏、有效保护水资源，是我国西部煤炭开发过程中面临的重大技术问题，也是保水采煤所需解决的关键科学问题。

目前，已有相关发明提出利用煤矿井下采空区作为储水和净化水的空间，依靠采动岩体的破断裂隙作为水源流动的通道，将雨水、地表水、基岩含水层储水等水源收集至采空区，进行矿区水资源系统的统筹蓄储和循环利用，取得了较大成功，参考CN1221479C，煤矿井下采空区水的净化方法，2005；CN102862775A，一种矿井地下水的分布式存储方法，2013。然而，事实上并非所有情况下煤层开采后其上覆岩层的采动裂隙均能导通水源。如，对于开采煤层厚度较小、基岩较厚的开采条件，覆岩采动裂隙发育的高度有限，其仅能将基岩中部分含水层中的水源导入采空区储存，而对于水源相对丰富的大气降水以及地表水，却无法收集利用。由此，地表水源将会在巨大的蒸发作用下而损耗、浪费。为了充分利用地表水资源，尤其是大气降水，防止地表蒸发造成水资源损失，有必要针对采动裂隙无法沟通地表的开采条件，开展将煤矿区地表水源引流至采空区进行蓄存的保水方法的专门设计。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存的问题，通过对矿井各开采区域具体的煤层赋存条件及地表地形各因素的采集，提供一种步骤简单，实施方便，且成本低，既考虑了直接利用井下采空区蓄水的保水采煤适用条件，还考虑了区域地表地形及开采沉陷盆地分布特征对水源引流钻孔选址的影响，方法可靠，实用性强的煤矿区地面钻孔引导水源蓄存采空区的保水方法。

为实现上述目的，本发明的煤矿区地面钻孔引导水源蓄存采空区的保水方法，包括以下步骤：

a．在矿井各采煤区域的向下施工钻孔取芯，通过取芯样本获取各个钻孔处的覆岩信息，并从钻孔取岩样进行岩石物理力学参数测试，获得各岩层的弹性模量，抗拉强度，容重等参数信息；

b．利用关键层判别软件KSPB对各钻孔处覆岩关键层位置进行判别，从而确定钻孔处覆岩关键层位置；

c．根据确定的各钻孔处覆岩关键层位置，采用导水裂隙带高度的预计方法，通过覆岩主关键层位置与煤层采高的关系对采动覆岩导水裂隙带高度进行判断，从而获得各区域覆岩导水裂隙带高度H_d与基岩厚度H_j的大小关系；

d．根据各区域覆岩导水裂隙带高度H_d与基岩厚度H_j的大小关系，分别判断导水裂隙带是否沟通基岩顶界面，当导水裂隙带高度H_d大于等于基岩厚度H_j，则判断该区域导水裂隙带沟通基岩顶界面，无需施工引流钻孔，当导水裂隙带高度H_d小于基岩厚度H_j，则判断该区域判断导水裂隙带不沟通基岩顶界面，需要在该区域施工引流钻孔；

e．在需要施工引流钻孔区域内，根据地表地形和开采沉陷盆地的分布确定引流钻孔的施工位置，根据区域内煤层埋深和导水裂隙带高度H_d关系或随钻头注入的钻孔冲洗液突然漏失位置确定钻孔施工的深度，并根据需要在钻孔施工的同时构建引流水槽。

其特征在于，所述确定水源引流钻孔的施工深度为煤层埋深H与导水裂隙带高度H_d之差h，或为随钻头钻孔注入用以冷却钻头的冲洗液在钻进至冲洗液突然从钻孔中快速漏失时的位置；

所述确定引流钻孔的施工位置方法如下： 

若地表地形为平缓地形，在开采区域的中心位置即开采沉陷盆地中心处施工一个钻孔；