[发明专利]立井井筒通过强含水厚岩层时涌水水害的治理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于基建、矿业(例如煤矿建井领域)等领域的降低水位法，特别涉及一种对于立井井筒遇到强富含水厚岩层涌水时进行治理的方法。

背景技术

降低水位法又称降水法、井点法、疏降水法、疏干降压法，其理论基础为地下水动力学中的达西渗流定律，后期又经过了多位学者的发展和完善。降低水位法初期主要应用于土木工程领域，如地铁工程、基坑工程中井塔基础、高层建筑深基基础，其应用范围一般是小于30m降深的浅层地层施工。

后来引用到煤矿建井领域，主要应用于松散表土层的普通凿井法施工当中。该方法应用范围存在局限性，从以往的施工统计来看主要有：①在斜井井筒施工中应用较为广泛，在立井井筒施工中虽有应用，但效果不甚明显；②应用深度一般也不超过100m；③适用的地层仅为表土层中的松散含水层。

我国煤炭储量主要分布在华北、西北地区。由于华北、东北赋煤区新建矿井增加缓慢，我国的煤炭能源战略已向西部转移，西北赋煤区建井数量在迅速增加。该区域内普遍发育中生界多层砂岩地层，由于砂岩孔隙率大，一般都发育成富水含水层，例如洛河组是含水砂岩最发育的一套地层，厚200～500m，有优越的地下水赋存条件。立井开凿揭露此类含水层时往往水害严重，若采用冻结法、注浆法治理水害不但大幅增加工程成本，而且也会严重延误工期、影响生产。

发明内容

本发明的目的在于针对提供一种立井井筒通过强含水厚岩层时涌水水害的治理方法，其具有技术要求低、施工工艺简单、占用设备少、成本低、工期短等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种立井井筒通过强含水厚岩层时涌水水害的治理方法，包括：

对立井井筒所要穿过的强富水厚岩层进行可疏性分析，并建立强富水厚岩层渗流场数值模型；以及，依据所获强富水厚岩层渗流场数值模型，选择性的设置与立井配合的疏排水井。

进一步的，所述治理方法具体包括：

(1)对立井井筒所要穿过的强富水厚岩层进行可疏性分析，为建立强富水厚岩层渗流场数值模型提供参数；

(2)依据步骤(1)提供的参数，建立水文地质概念模型，该模型包括立井井筒所要穿过的地下含水系统实际边界性质、内部结构、渗透性能、水力特征和补给排泄条件，并基于水文地质概念模型，对研究区内三维含水层系统进行离散处理及对水文地质条件进行概化，完成强富水厚岩层渗流场数值模型的构建，

(3)依据步骤(2)所获强富水厚岩层渗流场数值模型，考量疏排水效果与排水井数量、布置圈径、初始水头及抽水时间之间的关系，确定施工方案。

(4)根据步骤(3)所获施工方案，进行排水井施工、抽水设备系统安装、降水设备运行与维护，进行抽排水试验，以满足立井井筒的施工进度。

更进一步的，步骤(1)中可疏性分析的内容包括：

①目标强含水层特征研究，包括：地下水埋藏深度与赋存条件、含水层的岩性、厚度、岩石成因类型、岩层组合形式及结构、含水空间形态、导水性和富水性；

②目标强含水层的边界条件分析，包括在垂向和水平方向的补给与排泄边界；

③补给、径流、排泄条件分析，包括：含水层的补给与排泄条件受地形、地貌、地质、水文地质条件、季节的影响分析，以及补给强度，径流路径；

④基于目标强含水层的抽水试验，以及区域、井田水文勘探资料，得出目标含水层的水文地质参数、孔隙度、均质特征、地下水流态。

更进一步的，步骤(2)包括：

依据渗流的连续性方程和达西定律，结合井筒所处区域地下水系统水文地质条件，给出与水文地质概念模型相对应的三维非稳定流数学模型为：