[发明专利]煤矿顶板砂岩水定向钻孔随采随注随监截水帷幕保水方法

说明书

本发明公开了一种煤矿顶板砂岩水定向钻孔随采随注随监截水帷幕保水方法，根据区域构造、煤矿地质条件和水文地质特征评估煤矿开采对顶板砂岩水、顶板水渗漏量和水位变化的影响，并根据结果判断是否需要构筑截水帷幕，需要则执行步骤2；实现了在煤矿开采过程中顶板砂岩定向钻孔、切削楔形缝、高压压裂注浆和截水帷幕实时在线监测同时进行，实现了顶板砂岩水合理分区管控，采区顶板砂岩水截水帷幕构成了大区域的顶板砂岩隔水边界，解决了现有技术中顶板砂岩层截水帷幕构筑困难的技术问题；无线微型监测仪器可实时监测截水帷幕的应力、变形、温度和孔隙水压力，并对外无线传送和接收，解决现有技术中顶板砂岩层无法实现实时监测功能的技术问题。

技术领域

本发明属于煤矿地下水控制和水资源保护的技术领域，涉及帷幕保水，具体是一种煤矿顶板砂岩水定向钻孔随采随注随监截水帷幕保水方法。

背景技术

矿山的地下矿床水文地质条件复杂，涌水量大，用疏干方法难以达到降压排水安全开采的目的。顶板砂岩水是中、深部煤炭和非煤矿山开采的主要水源，富水性强，导致矿井疏排水量巨大、水资源浪费和生态环境的破坏。尤其是西部矿区的洛河组砂岩分布面积广、厚度大、地下水丰富、水质良好，煤矿开采过程中洛河组砂岩水经采动裂隙进入矿井，水质受到污染、增加矿井排水量、影响矿井安全生产。

煤矿开拓过程中，通过立井或斜井形式的主井、副井和风井、井底车场和运输大巷等进行运输和通风，为了有计划、按顺序、安全、合理地开采井田内的煤层，一般将井田划分为若干个采区，采区再划分为若干个工作面。煤矿工作面巷道掘进完成后，工作面回采前通过在巷道内施工顶板疏放钻孔疏降顶板砂岩水，将顶板砂岩水头疏降至安全水头，保障工作面安全回采。大量的疏降水通过钻孔疏放至巷道排水沟，经潜水泵泵送至排水管道排至地表，疏降和排放过程中造成顶板洁净的砂岩水资源浪费和污染。煤矿工作面回采后，煤层顶板垮落，导水裂隙带发育至顶板砂岩含水层，大量的顶板砂岩水通过导水裂隙渗漏至煤矿采空区，洁净的顶板砂岩水在采空区与遗煤、破碎岩石混合后污染，造成顶板水资源破坏、水位下降，采空区渗漏的水资源污染，煤矿区地下水资源与水环境发生改变。

现有技术中，钻孔注浆帷幕通过地面直钻孔、地面定向水平孔或井下水平孔在灰岩层中施工线状注浆通道，通过注浆泵将浆液注入钻孔，然后浆液沿钻孔揭露的裂隙或溶隙扩散，封堵灰岩层过水通道。目前，现有钻孔注浆截水帷幕仅在灰岩层成功应用，在孔隙小、岩体完整的顶板砂岩中扩散范围极小，无法形成截水帷幕，而且不具备实时监测功能，满足不了顶板砂岩水截水帷幕构筑要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿顶板砂岩水定向钻孔随采随注随监截水帷幕保水方法，解决现有技术中顶板砂岩层截水帷幕构筑困难以及无法实现实时监测功能的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿顶板砂岩水定向钻孔随采随注随监截水帷幕保水方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据区域构造、煤矿地质条件和水文地质特征评估煤矿开采对顶板砂岩水、顶板水渗漏量和水位变化的影响，并根据评估结果判断是否需要构筑截水帷幕，需要则执行步骤2；

步骤2，根据煤矿地质和采煤工艺条件分别规划采区和工作面的位置、范围以及开采顺序，确定顶板砂岩水截水帷幕位置，并在煤矿采区采动影响范围以外构筑闭环的采区顶板砂岩水截水帷幕；

步骤3，在地面架设定向钻机，并采用定向钻机沿设计轨迹在采区顶板砂岩层施工垂直钻孔和定向钻孔，完成水平钻孔施工后，提起钻杆；

步骤4，在已施工的区顶板砂岩层的水平钻孔的顶部和底部通过楔形槽切削结构分别切削出上行楔形槽和下行楔形槽，在满足应力要求时水平钻孔顶部和底部形成连续的高度L的楔形槽后，取出楔形槽切削结构；