一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法与流程

本发明涉及掘进巷道的疏放水方法领域，具体是一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法。

背景技术：

1、矿井水害是煤炭开采过程中最普遍、最严重、危及矿工人身安全和矿井财产安全最突出的问题之一。对于煤矿防治水，《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》均规定“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的基本原则。然而，在一些大倾角的巷道下山掘进过程中，由于前方巷道顶板含水层水体水位较低、水压较小，通过传统自流方法进行探放水无法放出，或仅能放出一部分。由于含水层水体赋存较低，则顶板隔水层必然较薄，若巷道继续向前掘进，采动影响极易使得顶板导水裂隙贯穿至含水层，造成工作面突水。另外，若含水层不能疏放完全，更给后期工作面的安全高效回采带来巨大挑战。

2、目前针对上述复杂难放水体，主要采用以下方法措施：（1）通过注浆锚索等加强支护、封堵导水裂隙，继续向前掘进至合适位置再进行探放水；（2）改变巷道方位、倾角等布置方式进行超前探放水；（3）增加辅助切槽或巷硐进行超前探放水。这些方法措施虽然在某些矿井起到了成效，但是他们或存在一定的安全隐患，或对含水层疏放不彻底，或改变了原有巷道设计、增加了掘进和支护工程量，限制了矿井高效开采。并且以上方法措施不具有普遍适用性，无法根本解决复杂难放水体的合理有效疏放。因此，对于富水矿区矿井，特别是现代化大型矿井来说，如何对特殊条件下的含水层进行科学疏放已成为亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的各种不足，本发明提供一种基于含水层冻结的井下巷道探放水方法，可以有效地对大倾角巷道顶板近距离含水层进行冷冻固结，在保证安全的同时，最大限度的减小顶板含水层对巷道正常掘进与施工的影响，同时实现对水体的彻底疏放。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，包括以下步骤：

4、步骤1、获取目标煤岩层的水文地质信息、巷道开采技术参数，其中水文地质信息包括：含水层沿巷道方向长度 l、厚度 h，隔水层分布范围，含水层水量、水压 p，含水层的补给、径流和排泄信息；巷道开采技术参数包括：巷道设计方位角、倾角，顶板隔水层抗拉强度 σb、巷道宽度 l、高度，巷道支护形式与支护技术参数；

5、步骤2、根据步骤1得到的水文地质信息和巷道开采技术参数，确定含水层的冻结范围；

6、步骤3、在冻结范围内，沿巷道中线位置每隔相同距离布置一列冻结孔，然后以该列冻结孔为中心向两侧每隔相同距离再布置若干冻结孔，直至在冻结范围为布置满若干个间距相同的冻结孔，由此完成冻结孔施工，然后进行冻结前的准备工作；

7、步骤4、进行巷道掘进，当巷道掘进至距离含水层水体距离时，开始进行冻结工作，其中 k为安全系数；

8、步骤5、在冻结过程中继续进行巷道的掘进与支护作业，待巷道掘进至含水层水体赋存最低位置处，通过在顶板打设导水钻孔至水体最下端后，安装导水管路，同时在巷道施工储水槽并安装敷设排水设施，进行疏放水准备工作；

9、步骤6、通过对含水层的解冻进行疏放水；

10、步骤7、待含水层水体疏放完毕，进行回撤导水管、排水管，回撤工作完成后继续掘进巷道。

11、进一步的，步骤2中水层的冻结范围为：冻结宽度为巷道宽度 l+10、冻结长度为含水层沿巷道方向长度 l、冻结高度为含水层沿巷道方向厚度 h。

12、进一步的，步骤4中，冻结工作按照先高水位、后低水位，先中间后两端的顺序依次冻结。

13、进一步的，步骤4中，安全系数 k=4~10，安全系数 k的具体取值根据巷道围岩导水性能、含水层冻结速度以及巷道掘进速度确定。

14、进一步的，步骤5中，冻结段的巷道支护类型与支护参数与围岩类型，顶板隔水层厚度、岩性以及含水层冻结情况相关。

15、进一步的，步骤6中，解冻顺序按照先低水位、后高水位，先中间后两侧的顺序依次进行，解冻速度根据水压阀显示的水压随时调整。

16、与现有技术相比，本发明优点为：

17、（1）本发明通过对含水层进行冻结与解冻的方法，可以实现对传统探放水方法难以放出，或仅能放出部分的下山巷道顶板含水层的有效疏放，并且可以达到完全疏放，确保了工作面的安全回采。

18、（2）本发明中，当巷道掘进至距含水层一定距离时，便开始对含水层进行冻结工作，使水体失去流动性与渗透性，降低突水风险，实现富水顶板巷道掘进施工的本质安全。

19、（3）本发明通过在含水层底端位置安设导水管，进行集中统一探放，减少了设备使用量与工人工作量，降低了探放水成本，提高了巷道掘进速率。

20、（4）本发明通过调整含水层的解冻速度来控制水压及流出速度，实现了水的均匀流出以及探放水过程的安全可控。

技术特征：

1.一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步骤2中水层的冻结范围为：冻结宽度为巷道宽度l+10、冻结长度为含水层沿巷道方向长度l、冻结高度为含水层沿巷道方向厚度h。

3.根据权利要求1所述的一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步骤4中，冻结工作按照先高水位、后低水位，先中间后两端的顺序依次冻结。

4.根据权利要求1所述的一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步骤4中，安全系数k=4~10，安全系数k的具体取值根据巷道围岩导水性能、含水层冻结速度以及巷道掘进速度确定。

5.根据权利要求1所述的一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步骤5中，冻结段的巷道支护类型与支护参数与围岩类型，顶板隔水层厚度、岩性以及含水层冻结情况相关。

6.根据权利要求1所述的一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步骤6中，解冻顺序按照先低水位、后高水位，先中间后两侧的顺序依次进行，解冻速度根据水压阀显示的水压随时调整。

技术总结本发明公开了一种基于含水层冻结的井下巷道疏放水方法，根据目标含水层水体的分布范围以及巷道开采参数，确定含水层冻结范围，根据目标含水层水体的空间位置、水压、隔水层强度、巷道宽度等确定含水层起冻距离；在含水层水体冻结后进行巷道的掘进，并在掘进至含水层水位最低点时进行集中统一疏放水作业，疏放水流速和水压可通过解冻速度进行调控。本发明科学地解决了大倾角下山巷道顶板含水层难以疏放的难题，在实现完全疏放的同时，又保证了安全掘进，集约高效。技术研发人员：姜淑印,魏路浩,王跃华,王鹏军,尹帅军受保护的技术使用者：山西亚美大宁能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10