一种矿井水转移存储的方法

摘要

本发明涉及矿井水处理领域，公开了一种矿井水转移存储的方法，包括如下步骤：确定目标层的大致位置后，在工作面巷道内选择合适位置，向目标层大致方位开设探查孔；通过探查孔对水样及各个岩层的岩石样品进行取样并进行分析；在探查孔附近开设向目标层的注水孔，在探查孔和注水孔进行放水试验和压水试验；根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定目标层的精确位置，在工作面巷道内向目标层开设若干新的注水孔，用以将工作面的矿井水回灌至目标层。本发明通过上述方法有效减少了矿井水的处理费用，保护了矿区地下水资源和矿区的生态环境，减少了矿井突水灾害，为矿井安全生产和矿区生态环境保护提供综合技术保障。

权利要求

1.一种矿井水转移存储的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：确定目标层的大致位置后，在工作面巷道内选择合适位置，向所述目标层大致方位开设探查孔；

步骤S2：通过所述探查孔对水样及各个岩层的岩石样品进行取样并进行分析；

步骤S3：在所述探查孔附近开设向所述目标层的注水孔，在所述探查孔和所述注水孔进行放水试验和压水试验；

步骤S4：根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定所述目标层的精确位置，并确定所述目标层是否具有可注性；

若所述目标层具有可注性，则以所述目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向所述目标层开设若干新的所述注水孔，以将工作面的矿井水回灌至所述目标层；

若所述目标层不具有可注性，则重新确定所述目标层的大致位置，重新执行所述步骤S1至所述步骤S3，直至重新确定的所述目标层具有可注性，则以重新确定的所述目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向重新确定的所述目标层开设若干新的所述注水孔，用以将工作面的矿井水回灌至重新确定的所述目标层。

2.根据权利要求1所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤包括：在工作面巷道内朝煤层底板的砂砾岩方向进行第一次开钻，形成第一开孔径段，再下入第一套管，并进行第一次固井；

沿第一开孔径段进行第二次开钻钻至煤层下，形成第二开孔径段，再下入第二套管，并进行第二次固井；

沿第二开孔径段进行第三次开钻钻至目标层，形成第三开孔径段，裸眼完井，形成所述探查孔。

3.根据权利要求1所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：通过所述探查孔进行岩心取样，对各岩层进行结构及强度测试、孔隙结构特征、所述目标层的富水性及透水性进行取样分析。

4.根据权利要求1所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述步骤S3的步骤具体包括：在工作面巷道内向所述目标层大致方位开设所述注水孔，所述注水孔的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与所述探查孔相同；

在所述注水孔和探测孔进行放水试验和压水试验。

5.根据权利要求4所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述步骤S3中进行放水试验的步骤包括：采用非稳定流在所述探查孔进行放水试验，使所述目标层的水溢出所述探查孔，并通过所述注水孔进行观测；

采用非稳定流在所述探查孔和所述注水孔同时进行放水试验，使所述目标层的水溢出所述探查孔和所述注水孔，待稳定后关闭所述探查孔和所述注水孔，观测水位恢复情况。

6.根据权利要求4所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述步骤S3中进行压水试验的步骤包括：采用不同的回灌压力在所述探查孔进行压水试验，通过所述探查孔将水回灌至所述目标层，并通过所述注水孔进行观测。

7.根据权利要求6所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述采用不同的回灌压力包括低压、中压和高压，低压的范围在0Mpa至1.6Mpa，中压的范围在1.6Mpa至10Mpa，高压的范围在100Mpa以上。

8.根据权利要求1所述的矿井水转移存储的方法，其特征在于，所述目标层为煤层底板的砂砾岩，且所述煤层底板的砂砾岩与工作面巷道之间具有隔水层。

说明书

一种矿井水转移存储的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及矿井水处理领域，特别涉及一种矿井水转移存储的方法。

背景技术

[0002] 矿井水是指在采煤过程中，所有渗入井下采掘空间的水，有时也含有少量渗入的地表水。矿井水流经采煤工作面和巷道时，因受人为活动影响，煤岩粉和一些有机物进入水中，遍含存在以煤岩粉为主的悬浮物，以及可溶的无机盐类。

[0003] 煤矿开采过程中，矿井水的外排易造成地下水污染，破坏矿区生态环境，造成矿井突水灾害等。传统矿井水处理利用方法是将矿井水由井下水仓排出，通过地面上的调节池以及各种处理构筑物处理，达到复用水质要求后，再将矿井水在地面利用。但该方法存在基建投资大、矿井水提升运行费用高、矿井水净化费用高、占地面积大和处理能力差等缺点。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种矿井水转移存储的方法，以保护矿区地下水资源、减少矿井突水灾害，保护矿区生态环境。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种矿井水转移存储的方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤S1：确定目标层的大致位置后，在工作面巷道内选择合适位置，向所述目标层大致方位开设探查孔；

[0009] 步骤S2：通过所述探查孔对水样及各个岩层的岩石样品进行取样并进行分析；

[0010] 步骤S3：在所述探查孔附近开设向所述目标层的注水孔，在所述探查孔和所述注水孔进行放水试验和压水试验；

[0011] 步骤S4：根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定所述目标层的精确位置，在工作面巷道内向所述目标层开设若干新的所述注水孔，用以将工作面的矿井水回灌至所述目标层。

[0012] 进一步地，所述步骤S1的具体步骤包括：

[0013] 在工作面巷道内朝煤层底板的砂砾岩方向进行第一次开钻，形成第一开孔径段，再下入第一套管，并进行第一次固井；

[0014] 沿第一开孔径段进行第二次开钻钻至煤层下，形成第二开孔径段，再下入第二套管，并进行第二次固井；

[0015] 沿第二开孔径段进行第三次开钻钻至目标层，形成第三开孔径段，裸眼完井，形成所述探查孔。

[0016] 进一步地，所述步骤S2的具体步骤包括：

[0017] 通过所述探查孔进行岩心取样，对各岩层进行结构及强度测试、孔隙结构特征、所述目标层的富水性及透水性进行取样分析。

[0018] 进一步地，所述步骤S3的步骤具体包括：

[0019] 在工作面巷道内向所述目标层大致方位开设所述注水孔，所述注水孔的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与所述探查孔相同；

[0020] 在所述注水孔和探测孔进行放水试验和压水试验。

[0021] 进一步地，所述步骤S3中进行放水试验的步骤包括：

[0022] 采用非稳定流在所述探查孔进行放水试验，使所述目标层的水溢出所述探查孔，并通过所述注水孔进行观测；

[0023] 采用非稳定流在所述探查孔和所述注水孔同时进行放水试验，使所述目标层的水溢出所述探查孔和所述注水孔，待稳定后关闭所述探查孔和所述注水孔，观测水位恢复情况。

[0024] 进一步地，所述步骤S3中进行压水试验的步骤包括：

[0025] 采用不同的回灌压力在所述探查孔进行压水试验，通过所述探查孔将水回灌至所述目标层，并通过所述注水孔进行观测。

[0026] 进一步地，所述采用不同的回灌压力包括低压、中压和高压，低压的范围在0Mpa至1.6Mpa，中压的范围在1.6Mpa至10Mpa，高压的范围在100Mpa以上。

[0027] 进一步地，所述步骤S4的具体步骤包括：

[0028] 根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定所述目标层的精确位置，并确定所述目标层是否具有可注性；

[0029] 若所述目标层具有可注性，则以所述目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向所述目标层开设若干新的所述注水孔，以将工作面的矿井水回灌至所述目标层。

[0030] 进一步地，若所述目标层不具有可注性，则重新确定所述目标层的大致位置，重新执行所述步骤S1至所述步骤S3，直至重新确定的所述目标层具有可注性，则以重新确定的所述目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向重新确定的所述目标层开设若干新的所述注水孔，以将工作面的矿井水回灌至重新确定的所述目标层。

[0031] 进一步地，所述目标层为煤层底板的砂砾岩，且所述煤层底板的砂砾岩与工作面巷道之间具有隔水层。

[0032] (三)有益效果

[0033] 本发明提供一种矿井水转移存储的方法，通过在探查孔和注水孔进行取样分析、放水试验和压水试验，来确定目标层的精确位置，从而在工作面巷道内向目标层开设若干新的注水孔，以将工作面的矿井水回灌至目标层。通过上述方法有效减少了矿井水的处理费用，保护了矿区地下水资源和矿区的生态环境，减少了矿井突水灾害，为矿井安全生产和矿区生态环境保护提供综合技术保障。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1是本发明实施例提供的矿井水转移存储的方法的流程示意图；

[0036] 图2是本发明实施例提供的矿井水转移存储的结构示意图；

[0037] 图3是本发明实施例提供的探查孔的结构示意图；

[0038] 其中，1：探查孔；2：注水孔；3：目标层；4：煤层；11：第一开孔径段；12：第二开孔径段；13：第三开孔径段。

具体实施方式

[0039] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 本发明实施例提供一种矿井水转移存储的方法，如图1所示，该矿井水转移存储的方法包括如下步骤：

[0041] 步骤S1：确定目标层的大致位置后，在工作面巷道内选择合适位置，向目标层大致方位开设探查孔。

[0042] 在执行步骤S1之前，如图2所示，需对目标层3(即转移存储层)进行选择。在本采区煤系地层以下，优先选取煤层底板的砂砾岩作为目标层3。目标层3厚度应依据矿井水量进行评估，具有一定的渗透性。为满足环保要求，此层位的水质应不优于待处理的矿井水，且煤层底板的砂砾岩与工作面巷道应存在稳定隔水层，以避免突水。

[0043] 如图2和图3所示，目标层3选定后，开始执行步骤S1，在工作面巷道内选择合适位置，向目标层3(煤层底板的砂砾岩)开设探查孔1。先在工作面巷道内朝煤层底板的砂砾岩方向进行第一次开钻，形成第一开孔径段11，再下入第一套管，并进行第一次固井。然后再沿第一开孔径段11进行第二次开钻钻至煤层4下，形成第二开孔径段12，再下入第二套管，并进行第二次固井。最后沿第二开孔径段12进行第三次开钻钻至目标层3，形成第三开孔径段13。若发现第三开孔径段13附近为较为稳定的岩土结构，例如岩性坚硬致密且井壁稳定不坍塌的碳酸盐岩或砂壁储层，可直接在第三开孔径段13进行裸眼完井，即直接在第三开孔径段13上打孔，将工作面巷道和目标层3连通，形成探查孔1。若发现第三开孔径段13附近为气顶、底水或易塌夹层等复杂地质时，还可在第三开孔径段13加装第三套管，再进行完井。

[0044] 如图3所示，由于钻孔结构既要满足可操作性，又要兼顾高强度、持续性压水的要求，建议钻孔结构满足：一开用孔径Ф311mm钻头钻进，下入Ф245mm的第一套管，套管外壁加筋，固井，安装防喷装置，并做耐压试验。二开用孔径Ф216mm钻头钻进至煤层4下5m，下入Ф178mm的第二套管，固井止水，并做耐压试验。三开用Ф152mm钻头钻进至目标层3，裸眼终孔。

[0045] 步骤S2：通过探查孔对水样及各个岩层的岩石样品进行取样并进行分析。

[0046] 开设探查孔后，即步骤S1结束后，再通过探查孔进行岩心取样，对各岩层进行结构及强度测试、孔隙结构特征、目标层的富水性及透水性进行取样分析。具体地，探查孔采用全孔取芯，全部进行数字测井，进行室内X衍射、压汞试验、电镜扫描、溶滤试验、物理力学参数测试等、水样的水质分析、同位素测试等。

[0047] 步骤S3：在探查孔附近开设向目标层的注水孔，在探查孔和注水孔进行放水试验和压水试验。

[0048] 取样分析结束后，如图2所示，在工作面巷道内向目标层3大致方位开设一个注水孔2，注水孔2的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与探查孔1相同。利用该注水孔2和探测孔1进行放水试验和压水试验。

[0049] 步骤S4：根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定目标层的精确位置，在工作面巷道内向目标层开设若干新的注水孔，用以将工作面的矿井水回灌至目标层。

[0050] 放水试验和压水试验结束后，根据取样分析、放水试验和压水试验的试验结果，确定所述目标层的精确位置，并确定目标层是否具有可注性。

[0051] 若目标层具有可注性，则以目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向目标层开设若干新的注水孔，以将工作面的矿井水回灌至目标层。通过高压泵向新的注水孔内持续注入矿井水，过受注含水层流场的演化，在通畅得径排条件下，矿井水在注入后方可有效扩散，因此可持续将矿井水注入到目标层中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。

[0052] 若目标层不具有可注性，例如目标层含水量较大，则当前确定的目标层不能存储矿井水，需要则重新确定目标层的大致位置。此时，开始重新执行步骤S1至步骤S3，在工作面巷道内选择合适位置，向重新确定的目标层大致方位开设探查孔。通过探查孔对水样及各个岩层的岩石样品进行取样并进行取样分析。在探查孔边缘开设向重新确定的目标层的注水孔，在探查孔和注水孔进行放水试验和压水试验。直至重新确定的目标层具有可注性，则以重新确定的目标层流场渗透扩展半径二倍为间距向重新确定的目标层开设若干新的注水孔，以将工作面的矿井水回灌至重新确定的目标层。

[0053] 本发明实施例提供一种矿井水转移存储的方法，通过在探查孔和注水孔进行取样分析、放水试验和压水试验，来确定目标层的精确位置，从而在工作面巷道内向目标层开设若干新的注水孔，以将工作面的矿井水回灌至目标层。通过上述方法有效减少了矿井水的处理费用，保护了矿区地下水资源和矿区的生态环境，减少了矿井突水灾害，为矿井安全生产和矿区生态环境保护提供综合技术保障。

[0054] 在根据本发明的一个实施例中，如图2所示，步骤S3中进行放水试验的步骤包括：采用非稳定流在探查孔1进行放水试验，使目标层3的水溢出探查孔1，并通过注水孔2进行观测。采用非稳定流在探查孔1和注水孔2同时进行放水试验，使目标层3的水溢出探查孔1和注水孔2，待稳定后关闭探查孔1和注水孔2，观测水位恢复情况。

[0055] 具体地，放水试验中，包括两个阶段，第一阶段：先在探查孔1进行放水试验，使目标层3的水溢出探查孔1，注水孔2进行观测，放水时间不少于15天。第二阶段：探查孔1和注水孔2同时进行放水试验，稳定后，关闭两孔放水阀门，观测水位恢复情况，放水时间同样不少于15天。观测时间要求：开始按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各观测一次，以后每隔30min观测一次，直至放水试验结束。

[0056] 需要说明的是，为使试验能够达到预期的目的，以大流量放水形成大降深，获取水文地质参数，必须长延时充分暴露含水层的边界条件。为达到此效果，放水试验观测采用非稳定流观测时间序列。

[0057] 在根据本发明的一个实施例中，如图2所示，步骤S3中进行压水试验的步骤包括：采用不同的回灌压力在探查孔1进行压水试验，通过探查孔1将水回灌至目标层3，并通过注水孔2进行观测。

[0058] 具体地，如图2所示，压水试验过程中采用大流量、长延时实施回灌，采用自上而下的压水方法，可采用双管和单管顶压。当试段漏水量很大，不能满足规定的压力时，可按水泵的最大供水能力所能达到的压力进行试验或注水。以探查孔1作为回灌孔，注水孔2进行观测为例。然后以回灌压力高低不同，可分为低压、中压和高压三个阶段。低压的范围在0Mpa至1.6Mpa，中压的范围在1.6Mpa至10Mpa，高压的范围在100Mpa以上。通过压水试验，以检验目的回灌层的可注性，同时获取长时间、高强度回灌条件下受注含水层流场演化、渗透性扩展等方面的相关数据。

[0059] 综上所述，本发明实施例通过探查孔进行取样，进行室内X衍射、压汞试验、电镜扫描、溶滤试验和物理力学参数、水样的的水质分析、同位素测试等，对现场取样、放水试验、压水试验的技术指导以及对获取数据的分析处理，对放水试验、压水试验数据分析后的灌注流场的数值模拟与评价，在此基础上，进行注水层(目标层)的评价，包括煤层底板的砂砾岩的转移存储层的补径排及边界条件评价、煤层底板的砂砾岩转移存储层的微孔隙结构与特征研究、煤层底板的砂砾岩转移存储层的渗透性演化及可注性研究、煤层底板的砂砾岩转移存储层的综合储水能力评价、煤层底板的砂砾岩隔水层的抗破坏能力与回灌安全性评价、长期高强度注水条件下的地下水流场及化学场演化评价等。有效减少了矿井水的处理费用，保护了矿区地下水资源和矿区的生态环境，减少了矿井突水灾害，为矿井安全生产和矿区生态环境保护提供综合技术保障。

[0060] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0061] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。