基于同位素標(biāo)記的堵水截源后底板承壓水量的測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及煤礦井下承壓水量的測(cè)定方法，具體設(shè)及一種基于同位素標(biāo)記的堵水 截源后底板承壓水量的測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，開(kāi)采條件、地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，工作面回采過(guò)程 中，往往會(huì)遇到承壓水的問(wèn)題，運(yùn)給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大困難，很容易出現(xiàn)底板突水事故。
[0003] 目前，本領(lǐng)域的研究者們通常是采用深降強(qiáng)排和帶壓開(kāi)采的方式來(lái)解決上述問(wèn) 題，其中的深降強(qiáng)排過(guò)程中一般會(huì)采用堵水截源后將底板承壓水排出，運(yùn)樣減少了承壓水 的排水量，然而在選擇排水設(shè)備時(shí)，一般礦井選擇大功率的排水設(shè)備，沒(méi)有考慮到承壓水總 量和補(bǔ)給速度，勢(shì)必會(huì)造成對(duì)設(shè)備的浪費(fèi)，而且大功率的設(shè)備耗電也多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于同位素標(biāo)記的堵水截源后底板承壓水量的測(cè)定 方法，該方法可W測(cè)出承壓水的總量和次要水源對(duì)承壓水的補(bǔ)給速度，具有一定的推廣價(jià) 值。
[0005] 其技術(shù)解決方案包括：
[0006] -種堵水截源后底板承壓水量的測(cè)定方法，依次包括W下步驟：
[0007] a對(duì)采煤工作面底板水文地質(zhì)條件進(jìn)行精細(xì)探測(cè)；
[000引b井下施工在煤層中布置帷幕截流巷，在所述帷幕截流巷處布置帷幕線，根據(jù)所述 帷幕線確定注漿孔的位置，并依次對(duì)所述注漿孔進(jìn)行帷幕注漿，其中，所述注漿孔依次穿過(guò) 位于所述煤層下方的隔水層和承壓水含水層，并伸入至所述承壓水含水層下面的巖層；
[0009] C利用工作面上下順槽，每隔一定的距離向所述煤層中打向下的傾斜鉆孔作為投 放孔，所述投放孔穿過(guò)所述隔水層，并伸入至所述承壓水含水層，向每個(gè)投放孔中投放重氧 水，并且每個(gè)投放孔中的重氧水密度相同且體積相同，記下每個(gè)投放孔中的重氧水密度S;
[0010] d在相鄰的投放孔之間打向下的傾斜鉆孔作為觀測(cè)孔，所述觀測(cè)孔穿過(guò)所述隔水 層，并伸入至所述承壓水含水層，所述投放孔在所述承壓水含水層中的深度與觀測(cè)孔在承 壓水含水層中的深度相同；
[0011] e待重氧水與承壓水含水層中的承壓水混合均勻后，進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量次數(shù)從第一 次、第二次…第n次，其中每隔1小時(shí)測(cè)量一次，每次測(cè)量的同位素密度作為Si,通過(guò)式（1)計(jì) 算得出底板承壓水量M，
[001引式（1)中：m為投放同位素總量，m2;
[0014] 5為最初投放的同位素密度，g/m2;
[001引5i為第i次現(xiàn)慢樣本中同位素密度，g/m2;
[0016] f運(yùn)用重氧水質(zhì)量守恒原則，通過(guò)式(2)計(jì)算出次要水源對(duì)底板承壓水的補(bǔ)給速度 V，
[001引式(2)中:Mi為第i次測(cè)量所得承壓水的總量，m2;
[0019] n為現(xiàn)慢的次數(shù)，且nMO。
[0020] 作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，步驟a中，精細(xì)探測(cè)包括對(duì)底板承壓水主要的涌水通 道位置、補(bǔ)給水源的流速、流量及流向進(jìn)行測(cè)定。
[0021] 作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，步驟b中，所述帷幕線與地下水流方向垂直。
[0022] 優(yōu)選的，所述投放孔在所述承壓水含水層中的深度為1~3m。
[0023] 本發(fā)明所帶來(lái)的有益技術(shù)效果是：
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)向投放孔中放置同位素，并且與觀測(cè)孔配合，通過(guò)同 位素重氧水的質(zhì)量守恒原則，借助公式計(jì)算得到底板承壓水量和次要水源對(duì)承壓水的補(bǔ)給 速度，該方法在帷幕注漿和投放孔、觀測(cè)孔實(shí)施過(guò)程中操作簡(jiǎn)單，所需人員少，一般2~4人 即可完成，節(jié)約人員成本，并且整個(gè)操作過(guò)程均在巷道中進(jìn)行，可W保證工作人員的安全， 投放孔和觀測(cè)孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)完畢后封堵方便；
[0025] 該方法借助公式計(jì)算得到底板承壓水量和次要水源對(duì)承壓水的補(bǔ)給速度，對(duì)受承 壓水威脅的礦井采用堵水截源后人工排水時(shí)選用排水設(shè)備及所需費(fèi)用具有重要指導(dǎo)意義， 根據(jù)此方法可W精確選取水累的流量，避免盲目選取大排量的水累，造成設(shè)備浪費(fèi)，從而節(jié) 約設(shè)備成本和降低水累的能源消耗;并且在帷幕注漿和投放孔和觀測(cè)孔實(shí)施過(guò)程中操作簡(jiǎn) 單，所需人員少，一般2~4人即可完成，節(jié)約人員成本；
[0026] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有安全性與可靠性好，施工方法簡(jiǎn)單、效率高、成本低等 有値效果。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：
[002引圖1為本發(fā)明測(cè)定方法的流程圖；
[0029] 圖2為帷幕注漿及鉆孔布置平面圖；
[0030] 圖3為帷幕注漿及鉆孔布置剖面圖；
[0031 ]圖中，1-帷幕截流巷，2-承壓水含水層，3-帷幕線，4-觀測(cè)孔，5-投放孔，6-隔水層， 7-巖層。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0033] 如圖1所示，本發(fā)明，基于同位素標(biāo)記的堵水截源后底板承壓水量的測(cè)定方法，依 次包括W下步驟：
[0034] 步驟1、收集地質(zhì)資料，對(duì)采煤工作面水文地質(zhì)條件做精細(xì)探測(cè)，具體精細(xì)探測(cè)的 內(nèi)容包括有:是否符合帷幕注漿的要求，查明底板承壓水主要的涌水通道位置，并測(cè)定補(bǔ)給 水源的流速、流量和流向；
[0035] 步驟2、當(dāng)上述精細(xì)探測(cè)達(dá)標(biāo)后，帷幕注漿W實(shí)現(xiàn)堵水截源，具體的如圖2所示，帷 幕注漿切斷地下水通道，包括W下子步驟：
[0036] 井下施工并在煤層開(kāi)挖帷幕截流巷1，布置帷幕線3,帷幕的位置應(yīng)該符合W下條 件：
[0037] (1.1)帷幕線必須布置在主要進(jìn)水口地段并與地下水流方向直交；
[0038] (1.2)要求主要過(guò)水?dāng)嗝娣舛聡?yán)密，不產(chǎn)生繞流；
[0039] (1.3)做到帷幕形成后不被采礦所破壞；
[0040] 為確保帷幕注漿達(dá)到堵水的效果，在注漿孔的布置上應(yīng)該做到W下幾點(diǎn)：
[0041 ] 注漿孔布置的兩端應(yīng)坐落在不透水體上；
[0042] (2.1)注漿孔的布置密度應(yīng)當(dāng)合理選取，保證注漿孔漿液擴(kuò)散后可W相互連接；
[0043] (2.2)注漿孔的鉆進(jìn)深度W穿透承壓水含水層2為原則，即注漿孔一定要伸入承壓 水含水層2下面的巖層7,注漿孔在巖層7內(nèi)的最宜深度為3~5m;
[0044] (2.3)注漿孔的布置W垂直水流方向?yàn)橐耍?br>[0045] 注漿鉆孔完成后立即進(jìn)行灌漿，形成完整的帷幕；
[0046] 步驟3、利用工作面上下順槽，每隔一定的距離向煤層中打向下的傾斜鉆孔作為投 放孔5,投放孔5有14個(gè)，如圖2所示，分別編號(hào)為T(mén)1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、 1'12、1'13、1'14，運(yùn)14個(gè)投放孔5均穿過(guò)隔水層6，并伸入至承壓水含水層2，向每個(gè)投放孔中投 放重氧水，并且每個(gè)投放孔中的重氧水密度相同且體積相同，記下每個(gè)投放孔中的重氧水 密度8,并且根據(jù)投放孔中重氧水的密度和體積可計(jì)算得到投放的同位素總量；
[0047] 步驟4、在相鄰的投放孔之間打向下的傾斜鉆孔作為觀測(cè)孔4,分別編號(hào)G1、G2、G3、 G4…G14,所有的觀測(cè)孔4均穿過(guò)隔水層6,并伸入至承壓水含水層2,投放孔5在承壓水含水 層2中的深度與觀測(cè)孔在承壓水含水層2中的深度相同；
[0048] 步驟5、提取樣本進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出堵水截源后底板承壓水量，具體如下：
[0049] 提取承壓水樣本進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量分為兩步：
[0050] (1)檢驗(yàn)同位素與承壓水是否混合均勻，
[0051] 首先用質(zhì)譜儀測(cè)出所有觀測(cè)孔承壓水中重氧水的密度，如果密度相差太大，則證 明同位素沒(méi)有混合均勻，然后相隔12小時(shí)候再次測(cè)量，直到樣本中重氧水