本發(fā)明涉及掘進巷道的疏放水方法領(lǐng)域，具體是一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法。

背景技術(shù)：

1、礦井水害是煤炭開采過程中最普遍、最嚴重、危及礦工人身安全和礦井財產(chǎn)安全最突出的問題之一。對于煤礦防治水，《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水細則》均規(guī)定“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的基本原則。然而，在一些大傾角的巷道下山掘進過程中，由于前方巷道頂板含水層水體水位較低、水壓較小，通過傳統(tǒng)自流方法進行探放水無法放出，或僅能放出一部分。由于含水層水體賦存較低，則頂板隔水層必然較薄，若巷道繼續(xù)向前掘進，采動影響極易使得頂板導水裂隙貫穿至含水層，造成工作面突水。另外，若含水層不能疏放完全，更給后期工作面的安全高效回采帶來巨大挑戰(zhàn)。

2、目前針對上述復雜難放水體，主要采用以下方法措施：（1）通過注漿錨索等加強支護、封堵導水裂隙，繼續(xù)向前掘進至合適位置再進行探放水；（2）改變巷道方位、傾角等布置方式進行超前探放水；（3）增加輔助切槽或巷硐進行超前探放水。這些方法措施雖然在某些礦井起到了成效，但是他們或存在一定的安全隱患，或?qū)畬邮璺挪粡氐祝蚋淖兞嗽邢锏涝O(shè)計、增加了掘進和支護工程量，限制了礦井高效開采。并且以上方法措施不具有普遍適用性，無法根本解決復雜難放水體的合理有效疏放。因此，對于富水礦區(qū)礦井，特別是現(xiàn)代化大型礦井來說，如何對特殊條件下的含水層進行科學疏放已成為亟待解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的各種不足，本發(fā)明提供一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道探放水方法，可以有效地對大傾角巷道頂板近距離含水層進行冷凍固結(jié)，在保證安全的同時，最大限度的減小頂板含水層對巷道正常掘進與施工的影響，同時實現(xiàn)對水體的徹底疏放。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，包括以下步驟：

4、步驟1、獲取目標煤巖層的水文地質(zhì)信息、巷道開采技術(shù)參數(shù)，其中水文地質(zhì)信息包括：含水層沿巷道方向長度 l、厚度 h，隔水層分布范圍，含水層水量、水壓 p，含水層的補給、徑流和排泄信息；巷道開采技術(shù)參數(shù)包括：巷道設(shè)計方位角、傾角，頂板隔水層抗拉強度 σb、巷道寬度 l、高度，巷道支護形式與支護技術(shù)參數(shù)；

5、步驟2、根據(jù)步驟1得到的水文地質(zhì)信息和巷道開采技術(shù)參數(shù)，確定含水層的凍結(jié)范圍；

6、步驟3、在凍結(jié)范圍內(nèi)，沿巷道中線位置每隔相同距離布置一列凍結(jié)孔，然后以該列凍結(jié)孔為中心向兩側(cè)每隔相同距離再布置若干凍結(jié)孔，直至在凍結(jié)范圍為布置滿若干個間距相同的凍結(jié)孔，由此完成凍結(jié)孔施工，然后進行凍結(jié)前的準備工作；

7、步驟4、進行巷道掘進，當巷道掘進至距離含水層水體距離時，開始進行凍結(jié)工作，其中 k為安全系數(shù)；

8、步驟5、在凍結(jié)過程中繼續(xù)進行巷道的掘進與支護作業(yè)，待巷道掘進至含水層水體賦存最低位置處，通過在頂板打設(shè)導水鉆孔至水體最下端后，安裝導水管路，同時在巷道施工儲水槽并安裝敷設(shè)排水設(shè)施，進行疏放水準備工作；

9、步驟6、通過對含水層的解凍進行疏放水；

10、步驟7、待含水層水體疏放完畢，進行回撤導水管、排水管，回撤工作完成后繼續(xù)掘進巷道。

11、進一步的，步驟2中水層的凍結(jié)范圍為：凍結(jié)寬度為巷道寬度 l+10、凍結(jié)長度為含水層沿巷道方向長度 l、凍結(jié)高度為含水層沿巷道方向厚度 h。

12、進一步的，步驟4中，凍結(jié)工作按照先高水位、后低水位，先中間后兩端的順序依次凍結(jié)。

13、進一步的，步驟4中，安全系數(shù) k=4~10，安全系數(shù) k的具體取值根據(jù)巷道圍巖導水性能、含水層凍結(jié)速度以及巷道掘進速度確定。

14、進一步的，步驟5中，凍結(jié)段的巷道支護類型與支護參數(shù)與圍巖類型，頂板隔水層厚度、巖性以及含水層凍結(jié)情況相關(guān)。

15、進一步的，步驟6中，解凍順序按照先低水位、后高水位，先中間后兩側(cè)的順序依次進行，解凍速度根據(jù)水壓閥顯示的水壓隨時調(diào)整。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點為：

17、（1）本發(fā)明通過對含水層進行凍結(jié)與解凍的方法，可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)探放水方法難以放出，或僅能放出部分的下山巷道頂板含水層的有效疏放，并且可以達到完全疏放，確保了工作面的安全回采。

18、（2）本發(fā)明中，當巷道掘進至距含水層一定距離時，便開始對含水層進行凍結(jié)工作，使水體失去流動性與滲透性，降低突水風險，實現(xiàn)富水頂板巷道掘進施工的本質(zhì)安全。

19、（3）本發(fā)明通過在含水層底端位置安設(shè)導水管，進行集中統(tǒng)一探放，減少了設(shè)備使用量與工人工作量，降低了探放水成本，提高了巷道掘進速率。

20、（4）本發(fā)明通過調(diào)整含水層的解凍速度來控制水壓及流出速度，實現(xiàn)了水的均勻流出以及探放水過程的安全可控。

技術(shù)特征：

1.一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步驟2中水層的凍結(jié)范圍為：凍結(jié)寬度為巷道寬度l+10、凍結(jié)長度為含水層沿巷道方向長度l、凍結(jié)高度為含水層沿巷道方向厚度h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步驟4中，凍結(jié)工作按照先高水位、后低水位，先中間后兩端的順序依次凍結(jié)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步驟4中，安全系數(shù)k=4~10，安全系數(shù)k的具體取值根據(jù)巷道圍巖導水性能、含水層凍結(jié)速度以及巷道掘進速度確定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步驟5中，凍結(jié)段的巷道支護類型與支護參數(shù)與圍巖類型，頂板隔水層厚度、巖性以及含水層凍結(jié)情況相關(guān)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，其特征在于，步驟6中，解凍順序按照先低水位、后高水位，先中間后兩側(cè)的順序依次進行，解凍速度根據(jù)水壓閥顯示的水壓隨時調(diào)整。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于含水層凍結(jié)的井下巷道疏放水方法，根據(jù)目標含水層水體的分布范圍以及巷道開采參數(shù)，確定含水層凍結(jié)范圍，根據(jù)目標含水層水體的空間位置、水壓、隔水層強度、巷道寬度等確定含水層起凍距離；在含水層水體凍結(jié)后進行巷道的掘進，并在掘進至含水層水位最低點時進行集中統(tǒng)一疏放水作業(yè)，疏放水流速和水壓可通過解凍速度進行調(diào)控。本發(fā)明科學地解決了大傾角下山巷道頂板含水層難以疏放的難題，在實現(xiàn)完全疏放的同時，又保證了安全掘進，集約高效。

技術(shù)研發(fā)人員：姜淑印,魏路浩,王躍華,王鵬軍,尹帥軍
受保護的技術(shù)使用者：山西亞美大寧能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10